1.3.1普通热处理（教案）-《汽车机械基础》同步教学（江苏凤凰教育出版社）

单元一 汽车常用材料 模块三 钢的热处理 课题一 普通热处理 授课日期 授课班级 授课课时 授课形式 使用教具 教材、PPT 教学目标 1、了解纯金属的结晶过程； 2、知道晶粒的大小对材料性能的影响； 3、了解同素异构转变的概念； 4、了解几种常见的热处理的方法及应用； 教学重点 知道晶粒的大小对材料性能的影响； 了解同素异构转变的概念； 了解几种常见的热处理的方法及应用； 教学难点 知道晶粒的大小对材料性能的影响； 了解同素异构转变的概念； 了解几种常见的热处理的方法及应用； 课外作业 教学反思 教学过程 授课内容 教师活动 学生活动 复习提问： 1、铁碳合金的基本组织有哪几种，简要说明。 2、什么是铁碳合金相图，有何作用？ 3、对照铁碳合金相图，说明各点线的含义。 引入部分 将一根钢锯条在火上加热后在空所中冷却，发现它的硬度变得很低，无法再锯销其它材料。这是因为钢锯条经过热处理后，它的微观组织结构发生了变化。本课题研究热处理的原理与常见的热处理工艺。 新授部分 一、热处理的原理 1、纯金属的结晶 （1）冷却曲线与过冷度 冷却曲线：是温度与时间的关系曲线，可用来描述金属的结晶规律。可通过热分析法测量绘制，其方法是使熔化后的金属液缓慢冷却，每隔一定时间记录下温度值，将温度T和对应时间t绘制成T-t曲线。 图1-3-1 纯金属的冷却曲线 曲线分析：随时间的增加，纯金属液的温度不断下降；当冷到某一温度时，在曲线上出现了一个恒温的水平线段，所对应的温度就是金属的结晶温度（或熔点），在结晶过程中，由于放出的结晶潜热补偿了散失的热量，使温度保持恒定不变；结晶结束后，由于金属继续散热，固态金属的温度开始下降。 理论结晶温度：纯金属在无限缓慢的冷却条件下（即平衡状态下）的结晶温度称为理论结晶温度，用Tm表示。 实际结晶温度：实际生产中金属的冷却速度不可能是极其缓慢的，实际测出的结晶温度称实际结晶温度，用T1表示。 过冷现象：金属的实际结晶温度总是低于理论结晶温度，即Tm<T1，这种现象称为过冷现象。 与过冷度：理论结晶温度与实际结晶温度的差值称为过冷度，用ΔT表示。过冷度的大小与冷却速度有关，冷却速度越大，实际结晶温度越低，过冷度也越大。 ΔT= T2-T1 （2）纯金属的结晶过程 结晶过程是金属内的原子从液态的无序的混乱排列转变成固态的有规律排列。经历了形核——长大的过程。 晶核形成：自发形核与非自发形核 自发形核：金属在过冷的条件下，液态金属中某些局部微小的区域内的原子自发地聚集在一起，这种原子规则排列的细小聚合体称为晶核，这种形核方式称为自发形核； 非自发形核：当金属液中有细微的固态颗粒（自带或人工加入）时，也可以成为结晶的核心，这种形核方式称为非自发形核。 晶核长大： 金属液中的原子不断向晶核表面迁移，使晶核不断长大，与此同时，不断有新的晶核产生并长大，直至金属液全部消失。 2．晶粒大小对金属材料的影响 纯金属结晶终了就得到由许多个外形不规则的晶粒所组成的多晶体。一般金属结晶后多获得这种多晶体的结构。如果控制结晶过程，使结晶后获得只有一个晶粒的金属，称为单晶体，但获得单晶体比较因难，只有当材料有特殊要求时才值得这样做。   晶粒大小对力学性能的影响很大，在室温下，一般情况是金属的晶粒越细，其强度、硬度越高；塑性、韧性越好，这种现象称为细晶强化。因此，细化晶粒是改善材料力学性能的重要措施。 工业上常用以下方法来细化晶粒： （1）增加过冷度 随着过冷度的增加，形核率和长大速度都会增加，但形核率增加比长大速度增加要快，所以产生的晶核数目增加。因此，通过加快冷却速度，即增加过冷度，可使晶粒细化。 （2）变质处理 在金属液中加入变质剂（高熔点的固体微粒），以增加结晶核心的数目，从而细化晶粒，这种方法称变质处理，变质处理在生产中应用广泛，特别对体积大的金属很难获得大的过冷度时，采用变质处理可有效地细化晶粒。 （3）附加振动 在金属结晶时、施以机械振动、电磁振动、超声波振动等方法，可使金属在结晶初期形成的晶粒破碎，以增加晶核数目，起到细化晶粒的目的。 3．金属的同素异构转变 大多数金属结晶后，其晶格不再发生变化，但也有少数金属（如铁、铬、锡、钴、钛等）在固态时会发生晶格类型的转变，这种在固态下随温度的变化由一种晶格转变为另一种晶格的现象称为同素异构转变。同素异构转变也有成核长大过程。 纯铁在固态下会发生同素异构转变。液态铁结晶后是体心立方晶格，称为δ-Fe。在1394℃以下转变为面心立方晶格，称为γ-Fe ，γ-Fe的晶核容易在δ-Fe的晶界上形成。γ-Fe冷却到912℃又要转变为体心立方晶格，称为α-Fe。图1-3-2 铁的同素异构转变 金属的同素异构转变也是一种结晶过程，又称为重结晶。热处理之所以能使钢的性能发生变化，其根本原因是由于铁具有同素异构转变的过程，从而使钢在加热和冷却过程中发生组织和结构的变化，铁的同素异构转变是钢铁能够进行热处理的重要依据。固态金属或合金的同素异构转变，通过适当的方法改变组织，从而得到不同的性能。 二、普通热处理的基本方法 1、退火： 退火是把钢加热到适当温度，保持一定时间，缓慢冷却（随炉冷却）的热处理工艺。根据加热温度和目的不同，常用的退火方法有完全退火、去应力退火和球化退火。 退火目的是降低钢的硬度,提高塑性,以利于切削加工及冷变形加工；细化晶粒，均匀组织及成分，改善热处理工艺；消除钢中残余内应力，防止变形和开裂，保证尺寸和形状精度。 2、正火： 正火是指把钢加热到Ac3、Accm以上30～50℃，保持一定时间，在空气中冷却的热处理工艺。正火目的改善低碳钢、低碳合金钢的切削工艺性；细化晶粒、减少内应力，提高钢的强度和内应力；对要求不高的工件，可作为最终热处理；消除钢中残余内应力，防止变形和开裂，保证尺寸和形状精度；消除过共析钢中网状渗碳体，改善力学性能。 3、淬火 淬火是将钢加热到一定温度，保温一段时间后在介质中快速冷却的热处理工艺。淬火的目的是为了获得马氏体组织，提高钢的强度和硬度，并在不同的回火温度配合下，使钢获得不同的力学性能。如工具钢通过淬火可以提高其强度和硬度，增加耐磨性；而对中碳钢来说，可以提高其强度和韧性。 淬火时冷却速度过快，工件的体积收缩及组织转变都很剧烈，从而不可避免地引起很大的内应力，容易造成工件变形及开裂。因此，淬火介质的选择是一个极其重要的问题。淬火冷却介质有碱水，盐水，水，油等。一种介质很难满足技术要求，一般先后选用几种介质，以便保证在鼻尖附近快冷，而在其它位置慢冷。 钢的淬透性和淬硬性： （1）淬透性：在规定条件下，钢在淬火冷却时获得马氏体组织深度的能力。淬透性好，截面组织均匀一致，综合力学性能好，可用于受力大、形状复杂、截面大的零件。淬透性好，可用缓和的冷却介质，降低应力及变形倾向。 合金元素的多，淬透性好；冷却速度越小，淬透性好。 （2）淬硬性：在理想条件下，淬火成马氏体后能达到的最高硬度。 影响淬硬性的因素是含碳量，低碳钢淬火最高硬度值低，淬硬性差；高碳钢淬火最高硬度值高，淬硬性好。 4、回火 钢淬火后，再加热到一定温度，保温一定时间，冷却到室温的热处理工艺称回火。 回火的目的是消除内应力，防止变形和开裂；提高韧性，调整强度和硬度，得到较好的综合力学性能；稳定组织和尺寸。一般情况下，几乎所有的淬火零件都需要进行回火处理。 根据工件性能要求不同，淬火钢的回火主要有低温回火、中温回火、高温回火三种。 低温回火：工件在150～250℃进行的回火。目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性，保持高的硬度和耐磨性，同时提高韧性。主要应用于各类高碳钢的工具、刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。 中温回火：工件在350～500 ℃之间进行的回火。目的是得到较高的弹性和强度，适当的韧性。主要用于弹簧、发条、锻模、冲击工具等。 高温回火（调质处理）：工件在500～650℃以上进行的回火。目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。广泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。 课堂小结 作业布置 课后习题 引导学生复习上节课的内容 用PPT展示图下，分析、讲解 引导学生阅读并思考问题 教师讲解，并引导学生思考 用PPT展示图片，并讲解 学生回答问题，并思考 学生观看PPT，体会、理解 根据图片，体会、理解 学生完成作业 学科网（北京）股份有限公司 $$