机械制造基础全册教案模块1-9教学设计（高职）.pdf

《机械制造基础全册教案模块1-9教学设计（高职）.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械制造基础全册教案模块1-9教学设计（高职）.pdf（88页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、教 学 内 容 与 教 学 过 程 设 计 教 学 目 标 知 识 目 标：熟 悉 工 程 材 料 的 种 类、性 能 指 标 和 牌 号 表 示 方 法；熟 悉 金 属 晶 体 结 构；掌 握 铁 碳 合 金 相 图 的 相 关 知 识；熟 悉 热 处 理 的 理 论 基 础，掌 握 常 见 的 热 处 理 工 艺 方 法。能 力 目 标：根 据 零 件 的 使 用 条 件，选 择 力 学 性 能 指 标；根 据 材 料 的 牌 号，判 断 其 所 属 种 类、性 能 特 点、应 用 场 合；根 据 材 料 的 性 能 要 求，选 择 合 适 的 热 处 理 工 艺。素 质 目 标：教 学

2、重 点 各 种 工 程 材 料 的 应 用 领 域 教 学 难 点 各 种 工 程 材 料 的 性 能 教 学 手 段 理 实 一 体 实 物 讲 解 小 组 讨 论、协 作 教 学 学 时 16注 释 模 块 一 工 程 材 料 基 础 K任 务 描 述 减 速 器 是 机 械 设 备 中 的 常 用 装 置，它 是 原 动 机 和 工 作 机 之 间 的 独 立 的 闭 式 传 动 装 置，用 来 降 低 转 速 和 增 大 转 矩，以 满 足 工 作 需 要。减 速 器 主 要 由 传 动 零 件（齿 轮 或 蜗 杆）、轴、轴 承、箱 体 及 其 附 件（轴 承 盖、定 位 销、螺 栓、

3、螺 钉 等）组 成。试 确 定 这 些 零 部 件 都 是 由 哪 些 材 料 制 作 而 成 的。K任 务 分 析 减 速 器 的 各 零 部 件 在 工 作 时 受 力 情 况 各 不 相 同，对 材 料 的 性 能 要 求 也 有 所 差 异，需 要 区 别 对 待。K相 关 知 识 X明 确 任 务，在 任 务 驱 动 下 开 始 教 学。学 习 情 境 一 材 料 的 分 类 和 金 属 材 料 的 性 能 一、材 料 的 分 类 工 程 材 料 是 指 在 机 械、船 舶、化 工、建 筑、车 辆、仪 表、航 空 航 天 等 工 程 领 域 中 用 于 制 造 工 程 构 件 和 机

4、 械 零 件 的 材 料。按 材 料 的 组 成 和 结 合 键 的 特 点，可 将 工 程 材 料 分 为 金 属 材 料、陶 瓷 材 料、高 分 子 材 料 和 复 合 材 料。二、金 属 材 料 的 性 能 1.使 用 性 能 1）力 学 性 能 力 学 性 能 是 指 材 料 在 载 荷（外 力）作 用 下 所 表 现 出 的 抵 抗 产 生 塑 性 变 形 或 断 裂 的 能 力。（1）弹 性 和 刚 度。材 料 力 学 性 能 的 指 标 是 通 过 拉 伸 试 验 测 定 的。根 据 国 家 标 准 GB/T 228.1-2 0 1 0 金 属 材 料 拉 伸 试 验 第 1部

5、分：室 温 试 验 方 法 中 的 相 关 规 定 制 作 标 准 拉 伸 试 样，如 图 1 7 所 示。（b）4 立 断 后 试 样 标 准 拉 伸 试 样（a甘 立 伸 试 样 图 1T为 消 除 试 样 几 何 尺 寸 对 试 验 结 果 的 影 响，将 拉 伸 过 程 中 试 样 所 受 的 拉 伸 力 转 化 为 试 样 单 位 截 面 积 上 所 受 的 力（称 为 应 力），试 样 伸 长 量 转 化 为 试 样 单 位 长 度 上 的 伸 长 量（称 为 应 变），得 到 应 力 一 应 变 曲 线，其 形 状 与 拉 伸 曲 线 完 全 一 致。低 碳 钢 的 应 力 一

6、应 变 曲 线 如 图 1-2所 示。(2)强 度。工 程 材 料 在 外 力 作 用 下 抵 抗 永 久 变 形 和 破 坏 的 能 力 称 为 强 度。屈 服 强 度。在 图 1-2中，当 曲 线 超 过 A 点 后，若 卸 去 外 加 载 荷，则 试 样 会 留 下 不 能 恢 复 的 残 余 变 形，这 种 不 能 随 载 荷 去 除 而 消 失 的 残 余 变 形 称 为 塑 性 变 形。在 金 属 材 料 呈 现 屈 服 现 象 时，在 试 验 期 间 发 生 塑 性 变 形 而 力 不 增 加 的 应 力 点 称 为 屈 服 点，其 所 对 应 的 强 度 称 为 屈 服 强 度

7、，应 区 分 为 上 屈 服 强 度 ReH和 下 屈 服 强 度 ReL,单 位 为 MPa。抗 拉 强 度。材 料 在 断 裂 前 所 承 受 的 最 大 应 力 值 称 为 抗 拉 强 度 或 强 度 极 限，用 Rm表 示，单 位 为 MPa。(3)塑 性。塑 性 是 指 材 料 在 断 裂 前 发 生 永 久 变 形 的 能 力。常 用 的 塑 性 指 标 有 断 后 伸 长 率 和 断 面 收 缩 率，在 拉 伸 试 验 中，可 以 通 过 把 试 样 拉 断 后 将 其 对 接 起 来 进 行 测 量 而 得 到。断 后 伸 长 率 A 和 断 面 收 缩 率 Z 越 大，材 料

8、 的 塑 性 越 好。两 者 相 比，用 断 面 收 缩 率 表 示 塑 性 比 断 后 伸 长 率 更 接 近 真 实 变 形。(4)硬 度。硬 度 是 反 映 材 料 软 硬 程 度 的 一 种 性 能 指 标，它 表 示 材 料 表 面 局 部 区 域 内 抵 抗 其 他 物 体 压 入 的 能 力。测 量 硬 度 的 常 用 指 标 有 布 氏 硬 度、洛 氏 硬 度 和 维 氏 硬 度 等。使 用 不 同 方 法 所 测 得 的 硬 度 值 不 能 直 接 比 较，可 通 过 硬 度 对 照 表 换 算。(5)冲 击 韧 性。材 料 抵 抗 冲 击 载 荷 而 不 被 破 坏 的 能

9、 力 称 为 冲 击 韧 性，用 ak表 示。一 般 采 用 一 次 冲 击 弯 曲 试 验 测 定 材 料 的 冲 击 韧 性。(6)疲 劳。疲 劳 的 概 念。许 多 机 械 零 件(如 齿 轮、轴、弹 簧)是 在 重 复 或 交 变 载 荷 下 工 作 的。交 变 载 荷 是 指 大 小 或 方 向 随 时 间 而 变 化 的 载 荷。在 交 变 载 荷 作 用 下，即 使 零 件 所 承 受 的 应 力 远 低 于 其 屈 服 强 度，长 时 间 作 用 后 也 会 产 生 裂 纹 或 突 然 断 裂，这 种 现 象 称 为 材 料 的 疲 劳。疲 劳 强 度。在 测 定 材 料 的

10、疲 劳 强 度 时 要 用 较 多 的 试 样，在 不 同 循 环 应 力 作 用 下 进 行 试 验，作 出 疲 劳 曲 线(材 料 所 受 交 变 应 力 S 与 其 断 裂 前 的 应 力 循 环 次 数 Nf的 关 系 曲 线)，如 图 1-8所 示。教 师 讲 解 屈 服 强 度 和 抗 拉 强 度 的 含 义，学 生 结 合 图 2分 析，加 深 理 解。学 生 分 组 讨 论 断 后 伸 长 率 和 断 面 收 缩 率 与 塑 性 的 关 系。图 1-8 疲 劳 曲 线 示 意 图 2)物 理 性 能 和 化 学 性 能(1)物 理 性 能。工 程 材 料 的 物 理 性 能 包

11、 括 密 度、熔 点、导 热 性、导 电 性、热 膨 胀 性 和 磁 性 等。各 种 机 械 零 件 由 于 用 途 不 同，对 材 料 的 物 理 性 能 要 求 也 有 所 不 同。(2)化 学 性 能。金 属 及 合 金 的 化 学 性 能 指 它 们 在 室 温 或 高 温 时 抵 抗 各 种 介 质 化 学 侵 蚀 的能 力，主 要 有 耐 蚀 性 和 抗 氧 化 性。2.工 艺 性 能 工 艺 性 能 是 指 材 料 适 应 加 工 工 艺 要 求 的 能 力。按 加 工 方 法 的 不 同，可 分 为 铸 造 性、可 锻 性、焊 接 性、切 削 加 工 性 及 热 处 理 工 艺

12、 性 能 等。在 设 计 零 件 和 选 择 工 艺 方 法 时，都 要 考 虑 材 料 的 工 艺 性 能，以 降 低 成 本，获 得 质 量 优 良 的 零 件。学 习 情 境 二 金 属 的 晶 体 结 构 与 结 晶 一 晶 体 结 构 的 基 本 概 念 1.晶 格 如 果 把 组 成 晶 体 的 原 子(或 离 子、分 子)看 做 刚 性 球 体，那 么 晶 体 就 是 由 这 些 刚 性 球 体 按 一 定 规 律 周 期 性 地 堆 积 而 成，如 图 1-9(a)所 示。不 同 晶 体 的 堆 积 规 律 不 同。为 了 研 究 方 便，假 设 将 刚 性 球 体 视 为 处

13、 于 球 心 的 点，称 为 结 点，用 假 想 的 直 线 将 这 些 结 点 连 接 起 来 所 形 成 的 三 维 空 间 格 架 称 为 晶 格，如 图 1-9(b)所 示。晶 格 能 够 直 观 地 表 示 晶 体 中 原 子(或 离 子、分 子)的 排 列 规 律。2.晶 胞 从 微 观 上 看，晶 体 是 无 限 大 的。为 了 便 于 研 究，常 从 晶 格 中 选 取 一 个 能 代 表 晶 体 原 子 排 列 规 律 的 最 小 几 何 单 元 来 进 行 分 析，这 个 最 小 的 几 何 单 元 称 为 晶 胞，如 图 1-9(c)所 示。晶 胞 在 三 维 空 间 中

14、 重 复 排 列 便 可 构 成 晶 格 和 晶 体。学 生 结 合 实 际 思 考 物 理 性 能 和 化 学 性 能 对 于 材 料 的 影 响。(a)晶 体 结 构(b)晶 格(c)晶 胞 结 合 图 片，理 解 晶 体、晶 胞 的 含 义。图 1-9 简 单 立 方 晶 体 示 意 图 3.常 见 纯 金 属 的 晶 格 类 型 1)体 心 立 方 晶 格 体 心 立 方 晶 格 的 晶 胞 示 意 图 如 图 1 T 0所 示，具 有 体 心 立 方 晶 格 的 金 属 有 a-Fe、Cr、V、W、M o、N b 等。图 1-1 0 体 心 立 方 晶 胞 示 意 图 2)面 心 立

15、 方 晶 格 面 心 立 方 晶 格 的 晶 胞 示 意 图 如 图 1-11 所 示，属 于 这 类 晶 格 的 金 属 有 Y Fes Al v Cu、N i、Au、Ag、P b 等。掌 握 常 见 纯 金 属 的 晶 格 类 型，并 知 道 哪 种 金 属 属 于 此 类 晶 格。3）密 排 六 方 晶 格 密 排 六 方 晶 格 的 晶 胞 示 意 图 如 图 1 7 2 所 示，属 于 这 类 晶 格 的 金 属 有 Mg、Zn、Be、Cd等。图 1-1 2 密 排 六 方 晶 胞 示 意 图 二、纯 金 属 的 晶 体 结 构 1.单 晶 体 和 多 晶 体 在 研 究 金 属 的

16、 晶 体 结 构 时，是 把 晶 体 看 成 由 原 子 按 一 定 几 何 规 律 作 周 期 性 排 列 而 成，晶 体 内 部 的 晶 格 位 向 是 完 全 一 致 的，这 种 晶 体 称 为 单 晶 体。每 一 个 晶 粒 相 当 于 一 个 单 晶 体。晶 粒 与 晶 粒 之 间 的 界 面 称 为 晶 界。这 种 由 许 多 晶 粒 组 成 的 晶 体 称 为 多 晶 体，如 图 1 7 3 所 示。掌 握 单 晶 体 和 多 晶 体 的 概 念。图 1-1 3 多 晶 体 结 构 示 意 图 2.晶 体 缺 陷 按 晶 体 缺 陷 的 几 何 形 状，可 将 晶 体 缺 陷 分

17、 为 点 缺 陷、线 缺 陷 和 面 缺 陷 三 种。三 纯 金 属 的 结 晶 金 属 自 液 态 经 冷 却 转 变 为 固 态 的 过 程 是 原 子 从 排 列 不 规 则 的 液 态 转 变 为 排 列 规 则 的 晶 态 的 过 程，此 过 程 称 为 金 属 的 结 晶 过 程。纯 金 属 在 缓 慢 冷 却 时，由 于 结 晶 时 放 出 的 结 晶 潜 热 补 偿 了 冷 却 时 向 外 散 失 的 热 量，故 冷 却 过 程 中 温 度 不 变 化，此 时 的 温 度 称 为 理 论 结 晶 温 度。四、合 金 及 合 金 中 的 相 结 构 1.合 金 的 基 本 概 念

18、 1）组 元 组 成 合 金 最 基 本 的、独 立 的 单 元 称 为 组 元，简 称 为 元。例 如，黄 铜 的 组 元 是 铜 和 锌，碳 钢 的 组 元 是 铁 和 碳，或 者 是 铁 和 金 属 化 合 物 Fe3C。由 两 个 组 元 组 成 的 合 金 称 为 二 元 合 金，由 三 个 组 元 组 成 的 合 金 称 为 三 元 合 金。2）相 固 态 合 金 中 的 相 是 合 金 组 织 的 基 本 组 成 部 分，它 具 有 一 定 的 晶 体 结 构 和 性 质，具 有 均 匀 的 化 学 成 分。3）合 金 系 由 给 定 的 组 元 可 以 配 制 成 一 系 列

19、成 分 不 同 的 合 金，这 些 合 金 组 成 一 个 合 金 系 统，称 为 合 金 系。掌 握 晶 体 的 三 种 缺 陷 及 其 形 成。组 织 决 定 合 金 的4）组 织 组 织 是 指 用 肉 眼 或 借 助 各 种 不 同 放 大 倍 数 的 显 微 镜 所 观 察 到 的 金 属 材 料 内 部 的 情 景，包 括 晶 粒 的 大 小、形 状、种 类 以 及 各 种 晶 粒 之 间 的 相 对 数 量 和 相 对 分 布。2.固 态 合 金 中 的 基 本 相 1）固 溶 体 合 金 结 晶 时，组 元 之 间 相 互 溶 解 所 形 成 固 相 的 晶 体 结 构 与 组

20、 成 合 金 的 某 一 组 元 相 同，这 种 固 相 称 为 固 溶 体。2）金 属 化 合 物 金 属 化 合 物 是 合 金 组 元 按 一 定 比 例 发 生 相 互 作 用 而 形 成 的 一 种 新 相，又 称 为 中 间 相。3.合 金 相 图 的 基 础 知 识 1）二 元 匀 晶 相 图 两 组 元 在 液 态 和 固 态 下 均 能 无 限 互 溶 时 所 构 成 的 相 图 称 为 二 元 匀 晶 相 图。二 元 匀 晶 相 图 是 最 简 单 的 二 元 相 图，Cu-Ni、Ag-Au、Fe-Cr、Fe-Ni、Cr-Mo、Mo-W等 合 金 都 形 成 二 元 匀 晶

21、 相 图。在 这 类 合 金 中，结 晶 时 都 由 液 相 结 晶 出 单 相 的 固 溶 体。这 种 从 液 相 中 结 晶 出 单 一 固 相 的 过 程 称 为 匀 晶 转 变 或 匀 晶 反 应。Cu-Ni二 元 匀 晶 相 图 如 图 1 T 8 所 示。性 质。图 1-18 Cu-Ni二 元 匀 晶 相 图 结 合 图 讲 解 二 元 匀 晶 相 图 和 二 元 共 晶 相 图。2）二 元 共 晶 相 图 组 成 合 金 的 两 组 元 在 液 态 时 无 限 互 溶,所 形 成 的 二 元 合 金 相 图 称 为 二 元 共 晶 相 图。均 属 于 这 类 相 图。Pb固 态

22、时 有 限 互 溶，结 晶 时 发 生 共 晶 转 变 的 合 金 系 Pb Sn、Pb Sb%Ag Cu、Al Si合 金 相 图 图 1-19 Pb Sn二 兀 共 晶 相 图 学 习 情 境 三 铁 碳 合 金 一、纯 铁 的 同 素 异 构 转 变 铁 在 结 晶 后 继 续 冷 却 至 室 温 的 过 程 中，将 发 生 两 次 晶 格 转 变，其 转 变 过 程 如 图 1-20所 zjx。结 合 图 1-20讲 解纯 铁 的 同 素 异 构 转 变。003210987000000000000OJ赵 理 图 1-2 0 纯 铁 的 同 素 异 构 转 变 冷 却 曲 线 二 铁 碳

23、 合 金 的 基 本 组 织 铁 碳 合 金 在 固 态 下 会 出 现 以 下 几 种 基 本 组 织。1.铁 素 体 2.奥 氏 体 3.渗 碳 体 4.珠 光 体 5.莱 氏 体 三、Fe-Fe3c相 图 铁 碳 合 金 相 图 是 研 究 铁 碳 合 金 的 基 础。wC6.69%的 铁 碳 合 金 脆 性 极 大，没 有 使 用 价 值,而 Fe3c可 以 作 为 一 个 独 立 的 组 元，因 此，所 研 究 的 铁 碳 合 金 相 图 实 际 上 是 简 化 的 Fe-Fe3c相 图,如 图 1-21所 示。UJ婴 翡 80oO30oO5543结 合 图 片 讲 解 Fe-Fe3

24、C相 图，学 生 找 出 Fe-Fe3c相 图 的 特 征 线 图 1-2 1 简 化 后 的 Fe Fe3c相 图 及 其 室 温 组 织 图 1.Fe-Fe3c相 图 中 的 特 征 点 2.Fe-Fe3C相 图 的 特 征 线(1)ACD线。ACD线 为 液 相 线，该 线 以 上 的 合 金 为 液 态，合 金 冷 却 至 该 线 以 下 便 开 始 结晶。(2)AECF线。AECF线 为 固 相 线，该 线 以 下 合 金 为 固 态，加 热 时 温 度 达 到 该 线，合 金 开 始 熔 化。(3)PSK线。PSK线 为 共 析 线，也 称 为 A1线，即 具 有 共 析 成 分(

25、wC=0.77%)的 奥 氏 体 在 共 析 温 度 727 C时，要 同 时 析 出 铁 素 体 和 渗 碳 体 的 机 械 混 合 物，其 反 应 方 程 式 为 AS 恒 温 F+Fe3C(4)ES线。ES线 为 碳 在 奥 氏 体 中 的 固 溶 线，通 常 称 为 Acm线。从 该 线 可 以 看 出，奥 氏 体 的 最 大 溶 碳 量 在 1 148 时 为 2.11%,而 在 727 时 仅 为 0.77%。(5)GS线。GS线 是 冷 却 时 由 奥 氏 体 析 出 铁 素 体 的 开 始 线，通 常 称 为 A3线。(6)GP线。GP线 是 冷 却 时 奥 氏 体 转 变 成

26、 铁 素 体 的 终 了 线。(7)PQ线。PQ线 是 碳 在 铁 素 体 中 的 固 溶 线。3.Fe-Fe3c相 图 中 的 特 征 相 区(1)三 个 单 相 区。(2)五 个 两 相 区。(3)两 个 三 相 区。四、典 型 合 金 的 结 晶 过 程 分 析 1.共 析 钢 的 结 晶 过 程 分 析 其 结 晶 过 程 如 图 1-23所 示。结 合 图 片 讲 解 典 型 合 金 的 结 晶 过 程。(a)l点 以 上（协 12点 图 1-23羸(023点(1)3点 室 温 共 析 钢 结 晶 过 程 示 意 图 2.亚 共 析 钢 的 结 晶 过 程 分 析 P图 1-25 w

27、C=O.4%的 亚 共 析 钢 的 结 晶 过 程 示 意 图 3.过 共 析 钢 的 结 晶 过 程 分 析 结 晶 过 程 如 图 27所 示。(a)l点 以 上(1)12点 23点(d)34点()4点 室 温 图 1-2 7 过 共 析 钢 的 结 晶 过 程 示 意 图 4.共 晶 白 口 铸 铁 的 结 晶 过 程 分 析 结 晶 过 程 如 图 1-29所 示。（a）l点 以 上（切 1 2点（02点 室 温 图 1-2 9 共 晶 白 口 铸 铁 的 结 晶 过 程 示 意 图 5.亚 共 晶 白 口 铸 铁 的 结 晶 过 程 分 析 结 晶 过 程 如 图 1-31所 示。（

28、a）l点 以 上（b）卜 2点（。2 3点 付）3点 室 温 图 1-31 wC=3.0%的 亚 共 晶 白 口 铸 铁 的 结 晶 过 程 不 意 图 6.过 共 晶 白 口 铸 铁 的 结 晶 过 程 分 析 结 晶 过 程 如 图 1-33所 示。讲 解 含 碳 量 对 铁 碳 合 金 组 织 和 性 能 的 影 响。图 1-34 wC=5.0%的 过 共 晶 白 口 铸 铁 的 室 温 平 衡 组 织 五、含 碳 量 对 铁 碳 合 金 组 织 和 性 能 的 影 响 1.含 碳 量 对 铁 碳 合 金 组 织 的 影 响 2.含 碳 量 对 力 学 性 能 的 影 响 3.含 碳 量

29、 对 工 艺 性 能 的 影 响 1）铸 造 性 2）可 锻 性 3）焊 接 性 4）切 削 加 工 性 学 习 情 境 四 钢 的 热 处 理 一、钢 在 加 热 时 的 转 变 钢 加 热 到 Ac1以 上 时 会 发 生 珠 光 体 向 奥 氏 体 的 转 变，加 热 到 Ac3和 Accm以 上，保 温 足 够 时 间 便 会 全 部 转 变 为 奥 氏 体。热 处 理 加 热 的 目 的 是 获 得 均 匀 的 奥 氏 体 组 织，因 此，这 种 加 热 转 变 的 过 程 称 为 钢 的 奥 氏 体 化。1.奥 氏 体 化 过 程 钢 加 热 时 奥 氏 体 的 形 成 遵 循 形

30、 核 和 长 大 的 基 本 规 律。以 共 析 钢（碳 的 质 量 分 数 为 0 77%）为 例，奥 氏 体 的 转 变 过 程 可 分 为 四 个 阶 段，即 奥 氏 体 晶 核 形 成、奥 氏 体 晶 核 长 大、残 余 渗 碳 体 溶 解 以 及 奥 氏 体 成 分 均 匀 化，如 图 1-36所 示。结 合 示 意 图，掌 握 共 析 钢 的 奥 氏 体 化 过 程。图 1-3 6 共 析 钢 的 奥 氏 体 化 过 程 示 意 图 2.影 响 奥 氏 体 晶 粒 长 大 的 因 素 1）加 热 温 度、保 温 时 间 和 加 热 速 度 加 热 温 度 越 高，保 温 时 间 越

31、 长，奥 氏 体 晶 粒 越 粗 大。加 热 速 度 越 快，过 热 度 越 大，形 核 率 越 高，奥 氏 体 晶 粒 越 细。2）含 碳 量 在 碳 的 一 定 质 量 分 数 范 围 内，随 着 奥 氏 体 中 含 碳 量 的 增 加，碳 在 奥 氏 体 中 的 扩 散 速 度 增 大，使 奥 氏 体 晶 粒 长 大 的 倾 向 增 大。3）化 学 成 分 钢 中 的 大 多 数 合 金 元 素（除 Mn以 外）都 有 阻 碍 奥 氏 体 晶 粒 长 大 的 作 用。其 中 能 形 成 稳 定 的 碳 化 物 的 元 素（如 Cr、W、Mo、T i、Nb等）和 能 生 成 氧 化 物、氮

32、 化 物、有 阻 碍 晶 粒 长 大 作 用 的 元 素（如 适 量 的 A I）,其 碳 化 物、氧 化 物、氮 化 物 在 晶 界 上 弥 散 分 布，强 烈 地 阻 碍 了 奥 氏 体 晶 粒 的 长 大，使 晶 粒 保 持 细 小。二、钢 在 冷 却 时 的 转 变 冷 却 过 程 是 热 处 理 的 关 键 工 序，其 冷 却 转 变 温 度 决 定 了 冷 却 后 的 组 织 和 性 能。实 际 生 产 中 采 用 的 冷 却 方 式 主 要 有 等 温 冷 却（如 等 温 淬 火）和 连 续 冷 却（如 炉 冷、空 冷、水 冷 等），两 种 冷 却 方 式 的 示 意 图 如 图

33、 1-37所 示。学 生 分 组 讨 论 各 因 素 如 何 影 响 奥 氏 体 晶 粒 长 大。图 1-3 7 两 种 冷 却 方 式 示 意 图 1.过 冷 奥 氏 体 的 等 温 冷 却 转 变 学 生 结 合 图 片 分 析 C 曲 线 的 变 化，教 师 总 结。图 1-3 8 共 析 钢 的 C曲 线 1）过 冷 奥 氏 体 等 温 转 变 产 物 的 组 织 和 性 能据 过 冷 奥 氏 体 不 同 温 度（A1线 以 下）下 转 变 产 物 的 不 同，奥 氏 体 的 变 化 可 分 为 三 种 不 同 类 型 的 转 变，即 高 温 珠 光 体 转 变、中 温 贝 氏 体 转

34、 变 和 低 温 马 氏 体 转 变。2）影 响 C 曲 线 的 因 素（1）含 碳 量。在 正 常 加 热 条 件 下，亚 共 析 钢 的 C 曲 线 随 含 碳 量 的 增 加 而 右 移，过 共 析 钢 的 C 曲 线 随 含 碳 量 的 增 加 而 左 移。奥 氏 体 中 的 含 碳 量 越 高，Ms点 越 低。（2）合 金 元 素。除 C。、AI以 外 的 几 乎 所 有 合 金 元 素 溶 入 奥 氏 体 后，都 会 增 加 奥 氏 体 的 稳 定 性，使 C 曲 线 不 同 程 度 地 右 移。当 某 些 合 金 元 素 达 到 一 定 量 时，还 会 改 变 C 曲 线 的 形

35、 状。绝 大 多 数 合 金 元 素 均 会 使 Ms温 度 降 低。（3）加 热 温 度 和 保 温 时 间。随 着 加 热 温 度 的 提 高 和 保 温 时 间 的 延 长，奥 氏 体 晶 粒 长 大,晶 界 面 积 减 小，奥 氏 体 成 分 更 加 均 匀，这 些 都 不 利 于 过 冷 奥 氏 体 的 转 变，但 提 高 了 奥 氏 体 的 稳 定 性，使 C 曲 线 右 移。2.过 冷 奥 氏 体 的 连 续 冷 却 转 变 1）过 冷 奥 氏 体 的 连 续 冷 却 转 变 曲 线 在 实 际 生 产 中，大 多 数 热 处 理 工 艺 都 是 在 连 续 冷 却 过 程 中

36、进 行 的，因 此，钢 的 连 续 冷 却 转 变 曲 线（也 称 为 CCT曲 线）更 有 实 际 意 义。CCT曲 线 是 由 实 验 方 法 测 定 的，图 1-39所 示 为 共 析 钢 的 CCT曲 线，它 与 C 曲 线 的 区 别 在 于 CCT曲 线 位 于 曲 线 的 右 下 侧，且 没 有 等 温 转 变 曲 线 的 下 部 分，即 共 析 钢 在 连 续 冷 却 转 变 时 得 不 到 贝 氏 体 组 织。时 间/s图 1-3 9 共 析 钢 的 CCT曲 线 2）共 析 钢 CCT曲 线 和 C 曲 线 的 比 较 和 应 用 学 生 分 组 讨 论 C C T 曲 线

37、 与 C 曲 线 的 区 别，教 师 总 结。0 时 间/s三、钢 的 退 火 与 正 火 1.钢 的 退 火 退 火 是 将 工 件 加 热 到 临 界 点 以 上 或 在 临 界 点 以 下 某 一 温 度 保 温 一 定 时 间 后，以 十 分 缓 慢 的 冷 却 速 度（一 般 为 随 炉 冷 却）进 行 冷 却 的 一 种 方 法。根 据 钢 的 成 分、组 织 状 态 和 退 火 目 的 的 不 同，退 火 可 分 为 完 全 退 火、等 温 退 火、球 化 退 火、均 匀 化 退 火 和 去 应 力 退 火 等。2.钢 的 正 火 将 工 件 加 热 到 Ac3或 Accm以 上

38、 30 50 C,使 钢 转 变 为 奥 氏 体，保 温 后 从 炉 中 取 出 学 生 分 组 讨 论 退 火 与 正 火 的 区 别，教 师 总 结。在 空 气 中 冷 却 的 热 处 理 工 艺 称 为 正 火。正 火 主 要 应 用 于 以 下 方 面。（1）正 火 用 于 普 通 结 构 零 件，作 为 最 终 热 处 理，细 化 晶 粒，提 高 力 学 性 能。（2）正 火 用 于 低、中 碳 钢，作 为 预 备 热 处 理，获 得 合 适 的 硬 度，便 于 切 削 加 工。（3）正 火 用 于 过 共 析 钢，消 除 网 状 F e 3 C II,有 利 于 球 化 退 火 的

39、 进 行。四、钢 的 淬 火 1.淬 火 工 艺 1）淬 火 温 度 通 常 亚 共 析 钢 的 淬 火 温 度 应 在 Ac3以 上 30 C 50 C,共 析 钢 和 过 共 析 钢 的 淬 火 温 度 为 Ac1 以 上 30-5 0=2）保 温 时 间 为 了 使 工 件 各 部 分 均 完 成 组 织 转 变，需 要 在 淬 火 加 热 温 度 下 保 温 一 定 的 时 间，通 常 将 工 件 升 温 和 保 温 所 需 的 时 间 计 算 在 一 起 统 称 为 加 热 时 间。3）淬 火 冷 却 淬 火 冷 却 是 决 定 淬 火 质 量 的 关 键，为 了 使 工 件 获 得

40、 马 氏 体 组 织，淬 火 冷 却 速 度 必 须 大 于 临 界 冷 却 速 度 v k,而 快 速 冷 却 会 产 生 很 大 的 内 应 力，容 易 引 起 工 件 的 变 形 和 开 裂。2.淬 火 方 法 为 保 证 淬 火 效 果，减 少 淬 火 变 形 和 开 裂，应 根 据 钢 的 材 料、大 小 和 种 类，合 理 选 择 淬 火 方 法。常 用 的 淬 火 方 法 有 单 介 质 淬 火 法、双 介 质 淬 火 法、分 级 淬 火 法 和 等 温 淬 火 法 四 种，如 图 1-42所 示。结 合 图 1-42,分 析 各 淬 火 方 法 的 特 点。图 1-4 2 常

41、用 淬 火 方 法 3.钢 的 淬 透 性 和 淬 硬 性 五、钢 的 回 火 1.回 火 的 目 的（1）改 善 淬 火 钢 的 性 能，达 到 要 求 的 力 学 性 能。（2）稳 定 工 件 尺 寸。（3）消 除 或 减 小 淬 火 内 应 力，降 低 马 氏 体 脆 性，防 止 工 件 的 变 形 和 开 裂。2.回 火 的 分 类 淬 火 钢 回 火 后 的 组 织 与 性 能 由 回 火 温 度 决 定，钢 的 回 火 按 回 火 温 度 不 同 可 分 为 低 温 回 火、中 温 回 火、温 回 火。六、钢 的 表 面 热 处 理 1.钢 的 表 面 淬 火 目 前 生 产 中

42、应 用 最 广 泛 的 是 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 感 应 加 热 表 面 淬 火 是 在 工 件 中 引 入 一 定 频 率 的 感 应 电 流（涡 流），使 工 件 表 面 层 快 速 加 热 到 淬 火 温 度 后 立 即 喷 水 冷 却 的 方 法。结 合 实 际 讨 论 各 种 回 火 的 应 用 领 域。2）火 焰 加 热 表 面 淬 火 火 焰 加 热 表 面 淬 火 是 用 乙 快 一 氧 或 煤 气 一 氧 的 混 合 气 体 燃 烧 的 火 焰 喷 射 至 零 件 表 面，快 比 较 钢 的 渗

43、 碳、钢 速 加 热，当 达 到 淬 火 温 度 时 立 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 的 渗 氮 及 碳 氮 共 火 方 法。渗 各 自 的 特 点 及 3.钢 的 化 学 热 处 理 1）钢 的 渗 碳（1）渗 碳 的 目 的 及 渗 碳 用 钢。渗 碳 的 目 的 是 提 高 工 件 表 层 含 碳 量。经 过 渗 碳 及 随 后 的 淬 火 和 低 温 回 火，可 提 高 工 件 表 面 的 硬 度、耐 磨 性 和 疲 劳 强 度，而 心 部 仍 保 持 良 好 的 塑 性 和 韧 性。工 业 生 产 中 渗 碳

44、 钢 一 般 是 碳 的 质 量 分 数 为 0.10%0.25%的 低 碳 钢 和 低 碳 合 金 钢，如 15钢、20钢 和 20Cr等。渗 碳 层 深 度 一 般 为 0.5 2.5 mm。（2）渗 碳 方 法。根 据 所 采 用 的 渗 碳 剂 不 同，渗 碳 可 分 为 气 体 渗 碳、液 体 渗 碳、固 体 渗 碳。目 前 常 用 的 是 气 体 渗 碳，其 次 是 固 体 渗 碳。不 论 是 气 体 渗 碳 还 是 固 体 渗 碳，渗 碳 后 的 零 件 都 要 进 行 淬 火 和 低 温 回 火 处 理，只 有 这 样 才 能 达 到 所 要 求 的 使 用 性 能。近 年 来

45、，渗 碳 工 艺 有 了 很 大 的 进 展，出 现 了 高 温 渗 碳、真 空 渗 碳、高 频 渗 碳 等，有 的 已 经 开 始 用 于 生 产，渗 碳 过 程 也 在 逐 渐 采 用 自 动 化 和 机 械 化 来 控 制。2）钢 的 渗 氮 与 渗 碳 相 比，渗 氮 工 件 具 有 以 下 特 点。（1）渗 氮 前 需 经 调 质 处 理，以 使 心 部 组 织 具 有 较 高 的 强 度 和 韧 性。（2）表 面 硬 度、耐 磨 性、疲 劳 强 度 及 热 硬 性 均 高 于 渗 碳 层。（3）渗 氮 表 面 形 成 由 致 密 氮 化 物 组 成 的 连 续 薄 膜，具 有 一

46、定 的 耐 蚀 性。（4）渗 氮 处 理 温 度 低，渗 氮 后 不 需 再 进 行 其 他 热 处 理，因 此 工 件 变 形 小。3）碳 氮 共 渗 应 用 领 域。碳 氮 共 渗 是 向 钢 的 表 面 同 时 渗 入 碳 和 氮，并 以 渗 碳 为 主 的 化 学 热 处 理 工 艺，习 惯 上 又 称 讲 解 钢 的 分 类，并 为 富 化。目 前 以 中 温 气 体 碳 氮 共 渗 和 低 温 气 体 碳 氮 共 渗（即 气 体 软 氮 化）应 用 较 为 广 泛。结 合 实 际 情 况 讲 学 习 情 境 五 常 用 金 属 材 料 解 不 同 钢 的 不 同 一、碳 钢 1.碳

47、 钢 的 分 类 1）按 照 冶 炼 时 脱 氧 程 序 的 不 同 根 据 冶 炼 时 脱 氧 程 序 的 不 同，碳 钢 可 分 为 沸 腾 钢、半 镇 静 钢、镇 静 钢 和 特 殊 镇 静 钢。2）按 碳 的 质 量 分 数 分 类：低 碳 钢、中 碳 钢、高 碳 钢。3）按 钢 的 用 途 分 类（1）碳 素 结 构 钢。碳 素 结 构 钢 主 要 用 于 制 造 各 类 工 程 构 件（如 桥 梁、船 舶、建 筑 物 等）及 各 种 机 器 零 件（如 齿 轮、螺 钉、螺 母、连 杆 等）。它 多 属 于 低 碳 钢 和 中 碳 钢。（2）碳 素 工 具 钢。碳 素 工 具 钢 主

48、 要 用 于 制 造 各 种 刃 具、量 具 和 模 具。这 类 钢 中 碳 的 含 量 较 高，一 般 属 于 高 碳 钢。（3）特 殊 性 能 钢。特 殊 性 能 钢 包 括 不 锈 钢、耐 磨 钢、耐 热 钢 等。4）按 钢 中 有 害 杂 质 的 含 量 分 类 碳 钢 主 要 按 钢 中 有 害 杂 质 硫、磷 含 量 分 为 以 下 几 种：普 通 碳 素 钢、优 质 碳 素 钢、高 级 优 质 碳 素 钢。2.碳 钢 的 牌 号、性 能 及 主 要 用 途 1）普 通 碳 素 结 构 钢 这 类 钢 主 要 保 证 力 学 性 能，故 其 牌 号 体 现 其 力 学 性 能。牌

49、号 用“Q+阿 拉 伯 数 字”表 示，其 中，“Q”为 屈 服 强 度，是“屈”字 的 汉 语 拼 音 首 字 母，数 字 表 示 屈 服 强 度 值。2）优 质 碳 素 结 构 钢 优 质 碳 素 结 构 钢 的 牌 号 用 两 位 数 字 表 示，这 两 位 数 字 表 示 钢 中 碳 的 质 量 分 数，以 万 分 之 几 计。3）碳 素 工 具 钢 应 用 领 域。钢 号 前 面 的“T”表 示 碳 素 工 具 钢，其 后 的 数 字 为 碳 的 质 量 分 数，以 千 分 之 几 计。4）铸 钢 以 强 度 表 示 的 铸 钢 牌 号 是 由 铸 钢 两 字 的 汉 语 拼 音 首

50、 字 母“ZG”与 表 示 力 学 性 能 的 两 组 数 字 组 成，第 一 组 数 字 代 表 最 低 屈 服 强 度，第 二 组 数 字 代 表 最 低 抗 拉 强 度。、合 金 钢 1.合 金 钢 的 分 类 1）按 用 途 分 类（1）合 金 结 构 钢。合 金 结 构 钢 可 分 为 机 械 制 造 用 钢 和 工 程 结 构 用 钢 等，主 要 用 于 制 造 各 种 机 械 零 件、工 程 结 构 件 等。（2）合 金 工 具 钢。合 金 工 具 钢 可 分 为 刃 具 钢、模 具 钢、量 具 钢 三 类，主 要 用 于 制 造 刃 具、模 具、量 具 等。（3）特 殊 性 能