项目2 任务3 了解钢的热处理（课件）-《新能源汽车机械基础》同步精品课堂（高教版）

《新能源汽车机械基础》高教版 项目2 汽车材料的应用 任务3 了解钢的热处理 同步精品课堂—中职专业课 1 CONTENTS 钢的普通热处理工艺 01 钢的表面热处理 02 目录 图纸幅面和格式 教学 目标 知识目标 了解普通热处理工艺及其应用。 了解钢的表面热处理工艺及其应用。 能够掌握钢的热处理概念； 能够掌握热处理工艺的分类。 能力目标 在实践过程中培养学生精益求精的工匠精神，让学生逐步养成严谨、细致、规范的技术行为习惯。 情感目标 图纸幅面和格式 重点 难点 钢的普通热处理工艺 重点 钢的表面热处理 难点 图纸幅面和格式 情景导入 在汽车制造业中，发动机缸体是一个至关重要的部件，它承载着高温高压的工作环境。传统的铸铁缸体虽然成本较低，但在高温下的强度和耐磨性难以满足现代发动机的要求。 因此，工程师们选用了高强度钢作为缸体的制造材料，并通过热处理工艺对其进行强化处理。通过淬火、回火等热处理工艺，钢的晶粒得到细化，组织更加致密，从而显著提高了缸体的强度、硬度和耐磨性。 图纸幅面和格式 相关知识 热处理是将钢铁材料在固态下进行加热、保温和冷却，以获得所需要的组织结构和性能的工艺过程， 热处理是改善金属材料使用性能和工艺性能的一 种非常重要的而且是最为经济的工艺方法，它是强化 金属材料、提高产品质量和寿命的主要途径之一 图纸幅面和格式 01 钢的普通热处理工艺 1.退火 热处理分为普通热处理和表面热处理。 普通热处理即常说的“四火”,包括退火、正火、淬 火、回火。 表面热处理包括表面淬火和化学热处理。 退火是将钢件加热到高于或低于钢的临界点。保温一定时间，随后在炉中或埋入导热性 较差的介质中缓慢冷却，以获得接近平衡组织的一种热处理工艺。 图纸幅面和格式 01 钢的普通热处理工艺 1.退火 降低硬度，便于切削加工 降低硬度 02 使粗大晶粒细化，改善组织不均匀性 细化晶粒 01 消除内应力，提高材料稳定性 消除内应力 03 (1)完全退火 (2)球化退火 球化退火主要用于过共析钢，目的是改善钢的切削加工性，并减少最终热处理时工件变形 和开裂的倾向。 图纸幅面和格式 01 钢的普通热处理工艺 1.退火 3 共析钢和过共析钢的等温退火主要用于合金工具钢和高合金钢等。可以在等温转变过程 的前后稍快地进行冷却，与完全退火相比，可以大大缩短整个退火时间。 等温退火 4 去应力退火又称为低温退火。将钢件加热至某一温度(一般为500～600℃),经保温一 定时间后，缓慢冷却。去应力退火主要用来消除铸件、锻件、焊接件等的残余内应力，在去应力 退火过程中无组织变化。 去应力退火 图纸幅面和格式 01 钢的普通热处理工艺 1.退火 低温退火 加热到再结晶温度以上150～250℃（即500～650℃） 恢复塑性 恢复钢材的塑性到冷变形以前的状态 01 02 图纸幅面和格式 01 钢的普通热处理工艺 2.正火 正火是将钢件加热至适当温度并保温后，从炉内取出在空气中冷却的热处理工艺，其冷却速度较快。 正火的定义和冷却过程 01 退火是将钢件加热至适当温度并保温后，缓慢冷却的热处理工艺，以获得接近平衡的组织结构。 退火的定义和冷却过程 02 正火与退火的主要区别在于冷却速度，退火冷却速度慢，而正火冷却速度较快，导致组织结构的不同。 正火与退火冷却速度的差异 03 图纸幅面和格式 01 钢的普通热处理工艺 2.正火 正火是将钢件加热至适当温度并保温后，从炉内取出在空气中冷却的热处理工艺，其冷却速度较快。 正火的定义和冷却过程 01 退火是将钢件加热至适当温度并保温后，缓慢冷却的热处理工艺，以获得接近平衡的组织结构。 退火的定义和冷却过程 02 正火与退火的主要区别在于冷却速度，退火冷却速度慢，而正火冷却速度较快，导致组织结构的不同。 正火与退火冷却速度的差异 03 图纸幅面和格式 01 钢的普通热处理工艺 2.正火 正火与退火在不同碳含量钢中的应用 低碳钢经过正火处理后的强度和硬度与退火差不多，但正火不占用炉内设备，生产率高，因此多采用正火代替退火。 低碳钢的热处理选择：正火与退火 中、高碳钢正火后硬度可能过高，不利于切削加工，因此应采用退火处理以降低硬度。 中高碳钢的热处理选择：正火与退火 正火由于冷却速度较快，可能导致中高碳钢硬度增加，影响加工性能，而退火则有利于后续的机械加工。 正火与退火对加工性能的影响 图纸幅面和格式 01 钢的普通热处理工艺 3.淬火 淬火是钢的最经济、最有效的强化手段之一。淬火的主要目的是提高钢的强度、硬度，使 钢强化，然后和不同回火处理配合，获得所需要的力学性能。 01 相变点对温度的影响 淬火的加热温度主要依据钢的相变点来确定，相变点是钢在加热过程中发生组织转变的特定温度。 03 高合金钢加热温度选择 对于高合金钢，加热温度的选择还需考虑合金碳化物的溶解和合金元素的均匀化问题，以达到预期的性能。 02 工件形状与尺寸考量 在确定具体零件的热处理温度时，必须考虑工件的形状和尺寸对加热温度的影响，以确保热处理效果。 04 影响加热保温时间的因素 淬火加热与保温时间的确定需要综合钢的成分、原始组织、工件形状和尺寸、加热介质、装炉量等因素的影响。 淬火的加热温度 图纸幅面和格式 01 钢的普通热处理工艺 3.淬火 为了保证淬火质量并减小应力和变形，选择适宜的冷却介质至关重要，常用的冷却介质包括水、盐或碱的水溶液和油。 冷却介质的种类与选择 淬火效果直接受冷却方法的影响，选择合适的冷却方法是获得理想淬火效果的关键。 淬火效果与冷却方法的关系 淬火冷却介质 冷却速度/（℃/s） 淬火冷却介质 冷却速度/（℃/s） 650~550℃ 300~200℃ 650~550℃ 300~200℃ 水（18℃） 600 270 10%NaOH+水（10℃） 1200 300 水（50℃） 100 270 矿物油 100~200 20~50 10%NaCl+水 1100 300 0.5%聚乙烯醇+水 介于油水之间 180 表2-3常用淬火冷却介质的冷却能力 图纸幅面和格式 小组讨论 常用的淬火方法有哪些？分别有哪些特点？ 图纸幅面和格式 01 钢的普通热处理工艺 3.淬火 单液淬火 将加热至淬火温度的工件，投入单一一种淬火介质中连续冷却至室温。 双介质淬火 双介质淬火是将加热的工件先投入一种冷却介质，然后再转入冷却能力 小的另一种介质中冷却。 局部淬火 有些工件根据工作条件只要求局部高硬度，则可进行局部加热淬火，以避 免工件其他部分产生变形和裂纹。 常用淬火冷却方法 图纸幅面和格式 01 钢的普通热处理工艺 3.淬火 钢的淬透性和淬硬性 工件截面冷却速度影响淬透性 合金元素可提高淬透性 钢在理想条件下淬火硬化的最高硬度 含碳量越高淬硬性越好 淬硬性 淬透性 图纸幅面和格式 01 钢的普通热处理工艺 4. 回火 回火的目的：一是为了消除因淬火冷却速度过快而产生的内应力，防止工件变形和开裂，并 减小脆性；二是为了获得所需要的组织和性能。 低温回火可减小工件的内应力、降低脆性， 保持高的硬度，适用于要求硬度高、耐磨性好的零件，如刀具、模具等。 (1)低温回火(150～250℃) 高温回火基本可消除淬火应力，使零件获 得较高的强度和韧性。 (3)高温回火(500～650 ℃) 中温回火可显著减小工件的淬火应力，提高 弹性，常用于各种弹簧的热处理。 (2)中温回火(250～500℃) 图纸幅面和格式 阅读思考 为什么需要对钢件进行表面热处理？ 渗氮与渗碳在工艺和应用上的主要区别是什么？ 图纸幅面和格式 02 钢的表面热处理 1.表面淬火 表面热处理是仅对工件表层进行热处理以改变其组织和性能的工艺，其中最常用的是表面淬火。表面淬火是对钢的表面快速加热至淬火温度，并立即快速冷却，使表层强化的热处理。表面淬火不改变钢表层的成分，仅改变表层的组织，且心部组织不发生变化。 生产中广泛应用的表面淬火方法有感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。 ①感应加热表面淬火 利用感应电流通过工件所产生的热效应， 对工件表面进行局部加热，并立即进行快速冷却的工艺，称为感应加热表面淬火。 ②火焰加热表面淬火 使用乙块-氧焰或煤气-氧焰，将工件表面快速加热到淬火温度，立即喷水冷却的淬火方法称火焰加热表面淬火法 图2-12 火焰加热表面淬火示意图 图纸幅面和格式 02 钢的表面热处理 1.表面淬火 表面热处理是仅对工件表层进行热处理以改变其组织和性能的工艺，其中最常用的是表面淬火。表面淬火是对钢的表面快速加热至淬火温度，并立即快速冷却，使表层强化的热处理。表面淬火不改变钢表层的成分，仅改变表层的组织，且心部组织不发生变化。 生产中广泛应用的表面淬火方法有感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。 ①感应加热表面淬火 利用感应电流通过工件所产生的热效应， 对工件表面进行局部加热，并立即进行快速冷却的工艺，称为感应加热表面淬火。 ②火焰加热表面淬火 使用乙块-氧焰或煤气-氧焰，将工件表面快速加热到淬火温度，立即喷水冷却的淬火方法称火焰加热表面淬火法 图2-12 火焰加热表面淬火示意图 图纸幅面和格式 02 钢的表面热处理 2. 化学热处理 化学热处理的种类很多，一般以渗入的元素来命名。化学热处理有渗碳、渗氮、碳氮共渗 (氰化)、渗硫、渗硼、渗铬、渗铝及多元共渗等。无论是哪一种化学热处理，活性原子渗入工件 表层都由以下三个基本过程组成： 1)分解由化学介质分解出能够渗入工件表层的活性原子； 2)吸收活性原子由钢的表面进入铁的晶格中形成固溶体，甚至可能形成化合物； 3)扩散渗入的活性原子由表面向内部扩散，形成一定厚度的扩散层。 图纸幅面和格式 02 钢的表面热处理 2. 化学热处理 将工件置于富碳介质中加热，使碳原子渗入表层 渗碳原理与目的 气体、液体、固体渗碳，气体渗碳应用最广 渗碳种类与工艺 02 01 渗碳后淬火和低温回火，提高硬度和耐磨性 渗碳后处理与效果 03 钢的渗碳 图纸幅面和格式 02 钢的表面热处理 2. 化学热处理 钢的渗碳 将氮原子渗入工件表层的过程称为渗氮(氮化),目的是提高工件表面硬度、耐磨性、疲劳 强度、热硬性和耐腐蚀性。常用的渗氮方法主要有气体渗氮、液体渗氮及离子渗氮等。 1)与渗碳相比，渗氮工件的表面硬度较高，可达69～72 HRC 2)渗氮温度较低，并且渗氮件一般不再进行其他热处理(如淬火等),因此工件变形很 小，渗氮后工件的疲劳强度可提高15%～35%; 3)渗氮层具有高耐腐蚀性，这是由于氮化层是由致密的、耐腐蚀的氮化物组成，能有效防 止某些介质(如水、过热蒸气、碱性溶液等)的腐蚀作用。 图纸幅面和格式 头脑风暴 表面热处理后，如何评估其效果？ 表面热处理过程中可能遇到的常见问题有哪些？如何解决？ 图纸幅面和格式 我问你答 1. 新能源汽车中哪些金属部位需要进行渗氮处理? 2. 渗碳方法有哪几种? 3.渗碳和渗氮分别适用于哪种场合? 图纸幅面和格式 课堂小结 本节课主要了解了普通热处理工艺及其应用。了解了钢的表面热处理工艺及其应用。通过学习，要求学生能够能够掌握钢的热处理概念；能够掌握热处理工艺的分类。在实践过程中培养学生精益求精的工匠精神，让学生逐步养成严谨、细致、规范的技术行为习惯。 图纸幅面和格式 作业布置 1.绘制钢的热处理的思维导图 2.预习下一节：汽车金属材料的应用。 拓展学习 化学热处理——渗铝 图纸幅面和格式 感谢观看 $$