《机械工程材料》教案(5)

课 题：第四节 钢的淬火（2课时） 教学要求：1、熟悉常用淬火方法；

2、理解淬透性、淬硬性。

教学重点：淬透性。 教学难点：淬透性概念。 教学过程：

【复习】1、什么叫淬火？淬火的目的是什么？

2、亚共析钢、过共析钢淬火分别加热到什么临界温度？ 3、淬火理想的冷却速度是怎样的？

【引入新课】为了使淬火时最大限度地地减少变形和避免开裂，除了正确地进行加热和合理选择冷却介质外，还应该根据工件的成分、尺寸、形状和技术要求选择合适的淬火方法。 【板书】三、淬火方法（教师采用边图示、边分析、边讲解完成以下内容）

淬火方法 单液淬火法 双液淬火法 分级淬火法 等温淬火法 实例 碳钢在水中淬火。 水淬油冷 （保温：使工件 （保温：使工件内外温 合金钢在油中淬火。 内温度一致） 度一致，使A冷→B下） 淬火组织 马氏体 马氏体 马氏体 下贝氏体

优点 易实现机械化、自 取长补短， 有效减小工件 力学性能好，基本避

动化，应用广泛。 淬火应力减小。 变形或开裂。 免工件的淬火开裂。

缺点 易产生硬度不足或 操作困难。 只适用尺寸较 淬火时间长，零件的直

硬度不均匀现象。 小的零件。 径或厚度不能过大，

应用 适用于形状简单，变 用于碳素工具 用于形状复杂的 用于形状复杂，强度和

形要求不高的工件。 钢制造易开裂 碳钢或合金钢小 韧性要求高的各种小型

的工件。 型零件。 模具、成形刀具。

四、淬硬性与淬透性

1、淬硬性 指钢经淬火后能达到的最高硬度。

淬硬性主要取决于钢中的碳含量，含碳量越高，钢淬火后的硬度越高。 淬火材料 淬火硬度

45钢 55HRC T13钢 65HRC

2、淬透性 指在规定条件下，钢淬火后获得淬硬层深度的能力。

碳 钢 合金钢

牌 号 45 60 40Cr

水冷淬透层（mm.） 18 25 36

（1）影响淬透性的主要因素：钢的临界冷却速度（V临）

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临界冷却速度越小，钢淬透性越好。 合金钢易淬透，而碳钢难淬透。

（2）淬透性好的钢的优点

a能使大截面零件淬透,获得理想的力学性能；

b可用冷却能力弱的介质淬火，减少零件的变形与开裂。

【小结】学习内容

三、淬火方法

单液淬火法 双液淬火法 分级淬火法 等温淬火法 四、淬硬性与淬透性

注意：淬透性好的钢，淬硬性不一定高。 淬硬性高的钢，淬透性不一定好。 学习重点 淬透性

【作业】略

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课 题：第五节 钢的回火（1课时） 教学要求：1、明确淬火钢不能直接使用；

2、理解淬火钢回火时组织与性能的变化； 3、掌握回火工艺、目的、分类和应用。

教学重点：回火工艺、目的、分类和应用。 教学难点：淬火钢回火时组织与性能的变化。 教学过程：

【交流与讨论】淬火是强化钢材最显著、最重要的方法，请问工件淬火后，能否直接使用？

为什么？

【板书】 淬火工件

组织：马氏体+A残，不稳定。

性能：硬度高，强度大，脆性大，内应大。 结论：不能直接使用。淬火后紧接着进行回火。 【板书】第五节 钢的回火

回火 将淬火钢加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处

理工艺。

【交流与讨论】回火的组织与冷却方式无关，只温度有关。请思考采用何种冷却方式最经济？

一、回火目的（教师边讲边分析） 1．减少或消除淬火应力；

2．获得所需要的力学性能；

3．稳定组织，稳定尺寸。

二、淬火钢在回火时组织和性能变化

1、组织的变化

（1） 80℃~200℃ 马氏体分解 → 回火马氏体

200℃~300℃ 残余奥氏体也开始分解 （特殊细小的Fe2。4C）

（2） 300℃~400℃ Fe2。4C→Fe3C

（3） 400℃~500℃ 回火托氏体 （细小的Fe3C）

（4） 500℃~650℃ 回火索氏体

（球状Fe3C + F） 2、 性能的变化

【交流与讨论】45钢力学性能与回火温度的关系如图5-16所示，请分析随着回火温度的升

高，强度、硬度、塑性和韧性是如何变化的？并由此完成以下结论的填充。 结论：随着回火温度的升高，钢的强度、硬度_________，塑性、韧性_________。

（推而广之，其他淬火钢回火）

【板书】随着回火温度的升高，钢的强度、硬度降低，塑性、韧性提高。

三、回火的分类和应用（教师边讲边分析）

分类 低温回火 中温回火 高温回火 温度 150℃~250℃ 250℃~500℃ 500℃~650℃ 组织 回火马氏体 回火托氏体 回火索氏体

性能 高的硬度和耐磨性，有 具有高的弹性强度、屈服点 具有良好的综合力学性

一定的韧，内应力降低。 和适当的韧性，内应力基本 能，内应力全部消除。

消除。

应用 主要用于高硬度工具和 主要用于弹性零件和热模具 广泛用于受力构件的热

耐磨件的回火。如刀具、 的回火。 处理。如主轴、曲轴、连 冷模具、量具、滚动轴 杆、螺栓、齿轮等。 承、渗碳件等。

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【板书】综合力学性能：强度、硬度、塑性和韧性良好配合的性能。 调质处理：淬火与高温回火相结合的热处理。

调质处理与正火相比，不仅强度较高，而且塑性、韧性远高于正火钢。（见表5-8） 原因 调质处理 正火 组织 回火索氏体 索氏体 Fe3C形态 球粒状 薄片状 【小结】学习内容

回火

一、回火目的

二、淬火钢在回火时组织和性能变化 三、回火的分类和应用 学习重点

回火工艺、目的、分类和应用。

【作业】一、活动与探究

二、书面作业（略）

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课 题：第六节 钢的表面热处理（2课时） 教学要求：1、理解钢的表面热处理；

2、初步了解表面淬火和化学热处理的常用方法。

教学重点：感应加热表面淬火，渗碳、渗氮工艺特点。 教学难点：感应加热表面淬火原理。 教学过程：

【交流与讨论】发动活塞、齿轮、链条这类零件，受冲击载荷、交变载荷作，心部需保持足够的塑性和韧性，但表面受摩擦、磨损，要求零件表面硬度高、耐磨。想一想冶炼厂能炼出这种要求表面硬而心部软材料吗？采用整体淬火或正火能达到这种要求吗？

【板书】表面热处理：使零件表层具有高的硬度和耐耐磨性，而心部具有足够的塑性和韧性

的热处理。

一、表面淬火

表面淬火（阅读教材内容，观察图5-20） （1）火焰加热表面淬火

火焰 乙炔-氧火焰（3200℃） 淬硬层 2~6mm.

特点 a设备简单；

b加热温度不易控制，淬火质量不够稳定； c适用于单件或小批量生产。

2、感应加热表面淬火

原理 （阅读教材内容，观察图5-21）

淬硬层 电流频率 淬硬层

高频感应加热（200~300千赫） 1~2mm 中频感应加热（1~10千赫） 3~8mm 工频感应加热（50赫） 10~15mm

特点 a 加热迅速（几秒到几十秒），生产率高；

b淬硬层易于控制，淬火质量好，淬火变形小； c易于实现机械化，自动化，适用于大批量生产；

3、激光表面淬火（指导阅读教材内容）

二、化学热处理

（指导阅读教材内容）

化学热处理基本过程——分解、吸收、扩散 1、渗碳

渗碳方法 固体渗碳、盐浴渗碳、体渗碳

渗碳材料 低碳钢或低碳合金钢

渗碳层 0.5mm~2mm

渗碳层含碳量 0.85%~1.05%

注意：渗碳还必须进行淬火和低温回火。 2、渗氮

渗氮方法 气体渗氮、离子渗氮

特点 a渗氮温度低（500~600℃），渗氮后不用淬火，零件变形小；

b渗氮层具有很高的表层硬度和耐磨性； c渗氮后具有很好的耐蚀性；

d渗氮的周期长，成本高，不宜承受集中的载荷，

3、碳氮共渗（指导阅读教材内容）

【小结】学习内容

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