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1、教学目标知识目标：了解钢的普通热处理的特点及应用；掌握钢的普通热处理的工艺内容；掌握热处理加热设备的使用要求。了解钢的表面热处理工艺知识；掌握表面热处理的工艺内容。技能目标：掌握钢的普通热处理工艺操作过程；会使用加热设备对典型工件进行热处理操作。掌握气体渗碳工艺操作过程；会使用加热设备对工件进行表面热处理操作。教学重点掌握普通热处理的步骤和方法。教学难点在教师辅助下，能够独立进行热处理工艺的相关操作。教学手段实物演示；教学板书；录像插件；电子课件。教学学时20学时教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计注 释模块四 热处理热处理就是将金属在固态下加热、保温和冷却，改变合金的内部组织，从而使其
2、达到所需性能的一种工艺方法。热处理与铸造、锻压、焊接和机加工等加工方法不同，它的目的是只要求改变金属材料的组织和性能，而不要求改变零件的形状和尺寸。任何一种热处理的工艺过程都包括下列三个步骤。（1）以一定的速度把零件加热到规定的温度范围。（2）在此温度下保温一定时间，使工件全部热透。 （3）以某种速度把工件冷却下来。最常见的热处理方法就是钢的热处理，其工艺过程如图4-1所示。图4-1钢的热处理工艺过程实训一 钢的普通热处理一、实训内容齿轮毛坯调质处理操作训练。二、工艺知识1.钢的普通热处理工艺1）钢的退火和正火（1）退火。退火是将钢件加热到750 900 （视钢中含碳量而定）并保温一段时间，然
3、后随炉缓慢冷却的热处理工艺。退火的目的有三个。一是均匀组织，细化晶粒。铸钢件晶粒粗大，锻钢件晶粒和组织不均匀，力学性能不高，尤其是塑性和韧性较低。经退火后，可使钢件组织均匀，晶粒变细，从而提高钢件的力学性能。二是消除工件的内应力。钢件经铸、锻、焊后，由于加工过程中冷却不均匀，变形不均匀，因而产生内应力。内应力的存在会使工件变形，甚至开裂，通过退火处理，可以消除内应力。三是降低工件硬度，便于切削加工。如工具钢硬度较高，切削加工困难，经退火后可使硬度降低，易于切削加工。（2）正火。正火是把钢件加热到780 920 ，保温后在空气中冷却的热处理工艺。正火的作用与退火相似，所不同的是正火冷却速度较高，
4、得到的组织结构较细，力学性能（强度、硬度）也有所提高。2）钢的淬火和回火（1）淬火。淬火是将钢加热至780 860 ，保温一定时间后以较快的速度进行冷却的热处理工艺。淬火的目的是提高钢的硬度、强度和耐磨性，并与回火处理相配合，以获得较高的强度和韧性。影响淬火质量的主要因素是淬火加热温度、冷却剂的冷却能力及工件投入冷却剂中的方式等。（2）回火。回火是把淬火后的工件重新加热到一定的温度，保温后在空气中冷却的热处理工艺。淬火钢回火的目的有两个。一是减小内应力和降低脆性。由于淬火时冷却速度快，所以淬火工件存在着很大的内应力，如不及时回火往往会产生变形，甚至开裂。二是调整工件的力学性能。工件淬火后硬度高
5、、脆性大，为了满足对各种工件不同性能的要求，可通过回火调整其硬度、强度、塑性和韧性。根据回火温度的不同，回火可分为三种。低温回火。中温回火。高温回火。2.热处理加热炉热处理加热炉是热处理车间的主要设备，通常按下列方法分类：按热能来源分为电阻炉、燃料炉；按工作温度分为高温炉(1 000 )、中温炉(650 1 000 )和低温炉(650 )；按工艺用途分为正火炉、退火炉、淬火炉、回火炉、渗碳炉等；按外形和炉膛形状分为箱式炉、井式炉等；按加热介质分为空气炉、浴炉、真空炉等。常用的热处理加热炉主要有电阻炉和浴炉。1）箱式电阻炉中温箱式电阻炉，其炉膛由耐火砖砌成，侧面和底面布置有电热元件（铁铬铝或镍铬
6、电阻丝）。通电后，电能转换为热能，通过对流和辐射对工件进行加热。中温箱式电阻炉，其最高使用温度为950 ，功率有30 kW、45 kW、60 kW等规格，可根据工件大小和装炉量的多少选用。2）井式电阻炉这类炉子因炉口向上、形如井状而得名。目前我国生产的中温井式电阻炉最高工作温度为950 ，有30 kW、35 kW、55 kW、70 kW四个规格。3）盐浴炉热处理浴炉是采用液态的熔盐或油类作为加热介质的热处理设备，按其所用液体介质的不同，浴炉可分为盐浴炉及油浴炉。盐浴炉的优点是结构简单，制造容易，加热快而均匀，工件氧化脱碳少，便于细长工件悬挂加热或局部加热，可以减少工件变形。盐浴炉可进行正火、淬
7、火、化学热处理和局部加热淬火、回火等。插入式电极盐浴炉，其工作原理为在插入炉膛（坩埚）的电极上通以低电压、大电流的交流电，借助熔盐的电阻发出热量，使熔盐达到要求的温度，以加热熔盐中的工件。3.硬度测定硬度是金属表面局部体积内抵抗因外物压入而引起的局部塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是衡量金属软硬的依据，是材料力学性能的重要指标之一。热处理后工件的质量常用测量硬度的方法来检验。硬度的表示方法很多，最常用的是布氏硬度（HBW）和洛氏硬度（HR）。1）布氏硬度布氏硬度的测试，规定载荷P的作用下，将直径为D的硬质合金球以相应的试验力压入试样表面，保持一定时间后，卸除载荷，用读数显微镜测出压痕直径d，据
8、此计算压痕球面积，求出单位面积所受的压力，用以作为金属的硬度值。材料越硬，d值越小，布氏硬度值越大。2）洛氏硬度洛氏硬度的测试利用金刚石圆锥压头或钢球在规定的初始试验力和主试验力先后作用下压入被测材料的表面，卸载后测定压入的深度，再根据公式计算出洛氏硬度值。根据压头形式和载荷的不同，洛氏硬度可分HRA、HRB和HRC三种。三、齿轮毛坯调质处理实训操作1.毛坯图样及技术要求齿轮毛坯，材料为45钢，数量为200件，技术要求为调质处理2428 HRC。该齿轮加工工艺步骤为下料锻造正火+调质机加工齿部高频淬火氧化处理入库。该齿轮下料后经锻造成形，并进行正火以消除锻造应力和细化晶粒。锻造加工余量较大，可
9、保证调质的批量机加工。2.操作前的准备（1）核对工作卡上零件的尺寸、材料、数量、技术要求是否与实物相符。（2）检查选用设备是否符合零件的热处理要求及设备的完好性，这里选用RTX30箱式电阻炉；选定加热温度为810 10 、回火温度为520 10 后，把控温仪表的温度调至所需温度值，做好加热炉的升温工作。3.实习操作过程1）装炉每炉装8件，将工件均匀地间隔分布在炉底板上。2）保温根据齿轮毛坯的有效厚度，保温时间为12 min。3）淬火每位学生手持淬火工具，打开炉门，有序地把淬火坯件取出空冷23 s后迅速浸入NaCl水溶液中上下移动，但不要露出水面，直至冷却取出。4）硬度检查把淬火后的坯件中28
10、mm的断面放在砂纸上打磨至表层硬化物去除，显出全部本色为止，擦拭干净后，放在洛氏硬度计的载物平台上进行硬度检查。5）回火把淬火后的齿轮坯件放入520 10 的炉子内保温1.5 h，出炉水冷。6）硬度检查第二次回火硬度检查仍然是用第一次淬火硬度检查的毛坯件进行。检查前再次把28 mm的断面放在砂纸上打磨并用回丝擦净。检查三点的硬度结果，均在2428 HRC范围为合格。四、注意事项(1)实习操作前应了解热处理设备的结构、特点和使用方法，并在实习老师的指导下正确使用热处理设备。不得随意开启炉门和触摸电气设备。(2)热处理实习操作时，工件进炉、出炉应先切断电源，然后送取工件，以防触电。(3)工件进入油
11、槽要迅速，淬火油槽周围禁止堆放易燃易爆物品。(4)经热处理出炉的工件应尽快放入介质中，或置于远离易燃物的空地上。严禁手摸或随意乱扔。(5)车间内的化学药品、熔盐、油等，未经许可不得随意触摸或品尝。(6)各种废液、废料应分类存放，统一回收和处理，禁止随意倾入下水道或垃圾箱，防止污染环境。五、评分标准填写该实训评分表。实训二 钢的表面热处理一、实训内容工件气体渗碳实训操作。二、工艺知识1.表面淬火表面淬火是通过快速加热使工件表面很快达到淬火温度并迅速予以冷却，以获得表层高硬度组织，而心部仍保持未淬火状态的热处理工艺。根据加热的方式不同，表面淬火可分为火焰加热表面淬火和感应加热表面淬火。1）火焰加热
12、表面淬火火焰加热表面淬火是用强烈火焰（一般用乙炔和氧火焰或煤气和氧火焰）喷射在零件表面上，使其快速加热，当达到淬火温度时，随即喷水冷却，从而获得预期的硬度和淬硬层深度的一种表面淬火方法。2）感应加热表面淬火 感应加热表面淬火是目前应用最为广泛的一种表面淬火方法。它是利用感应电流通过工件所产生的热效应使工件表面迅速加热到淬火温度并快速冷却的一种淬火方法。2.化学热处理化学热处理是将钢件置于一定介质中加热和保温，使介质中某些元素的活性原子渗入钢件表面层，以改变钢件表面层的化学成分，从而达到使钢件表面具有某些特殊的力学或物理、化学性能的一种热处理工艺。化学热处理的目的是强化工件表面，显著提高工件表面
13、硬度、耐磨性和疲劳强度；改善工件表面的物理和化学性能，提高工件的耐蚀性和抗氧化性。根据渗入元素的不同，有多种化学热处理方法，如渗碳、渗氮、碳氮共渗（氰化）及渗金属元素如铝、铬等。1）渗碳渗碳是一种应用广泛的热处理方法，它是向钢的表面渗入碳原子。其目的是使工件表面具有高硬度和高耐磨性，而心部仍保持一定的强度及较高的塑性和韧性。2）渗氮渗氮（氮化）是向钢的表面渗入氮原子。其目的是提高零件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性及疲劳强度。应用最广的是气体渗氮。三、RQ型井式渗碳炉中气体渗碳实训操作1.渗碳前的准备1）设备检查按照井式渗碳炉操作规程检查设备，确保其运转正常。2）零件的准备渗碳工件和试棒入炉前应进行
14、表面清理，去除油腻、污垢、水迹等。不需要渗碳的部位应预先进行防渗处理，常用的方法有涂料保护法、堵孔法等。2.装炉炉子升温到600 时开动风扇，800 时开始滴入渗碳剂，升温到渗碳温度，即可装炉。装炉前切断电源，停止滴入渗碳剂，零件之间应留出510 mm的空隙，以保证气流循环畅通。3.渗碳过程中工艺参数的控制1）温度和时间（1）渗碳温度。渗碳温度选择900 950 ，一般以920 930 使用最多。（2）渗碳时间。渗碳时间主要根据渗层深度的要求来确定，表4-1是RQ型井式渗碳炉用煤油和甲醇作为渗碳剂，20钢在930 强渗阶段渗碳时的时间与渗层深度之间的关系。2）渗碳剂滴量的控制炉子越大、渗碳温度
15、越高、装炉零件的总面积越大，渗碳剂的滴量就越大。渗碳操作时，渗碳剂的滴量以每分钟滴入渗碳剂的体积（mL）计算。4.出炉渗碳过程结束后，降温至870 880 出炉空冷。四、注意事项(1)点燃从渗碳炉中排出的废气，通过观察排气管火焰颜色和长度可判断炉内情况。炉内工作正常时火焰稳定，呈浅黄色，火焰长度一般为80120 mm。在渗碳过程中，要经常通过火焰来检查炉盖和风扇轴处是否漏气。(2)温度在760 以下禁止向炉内滴煤油，但允许滴入甲醇或乙醇来维持炉内压力。五、评分标准填写该实训评分表。明确该模块学习重点，在任务驱动下开始教学。明确实训任务讲解钢的普通热处理工艺，以及常用热处理加热炉的分类、部件组成。熟悉硬度测试的两种方法及相应计算。教师按齿轮毛坯调质处理实训操作步骤进行演示并提示各个步骤要点，学生观察。提示实训过程中需要注意的问题。根据实训表现，填写评分表。明确实训任务讲解表面淬火的分类依据，以及化学热处理工艺的步骤及目的。教师按RQ型井式渗碳炉中气体渗碳实训操作步骤进行演示并提示各个步骤要点，学生观察。提示实训过程中需要注意的问题。根据实训表现，填写评分表。6第 页