《工程材料及成形工艺基础》教案 第四章 钢的热处理.docx

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课题

第四章钢的热处理

课时

6课时（270min）

教学目标

知识目标：

（1）了解热处理的基本原理

（2）掌握钢的整体热处理

（3）掌握钢的表面热处理

（4）了解热处理新技术

素养目标：

培养从整体角度审视问题的能力，并可以将复杂的问题分解成更小的组成部分，以便更快地解决问题

教学重难点

教学重点：热处理的基本原理、钢的整体热处理、钢的表面热处理

教学难点：钢的整体热处理和表面热处理

教学方法

情景模拟法、问答法、讨论法

教学用具

电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学过程

主要教学内容及步骤

考勤

【教师】使用APP进行签到

【学生】班干部报请假人员及原因

问题导入

【教师】提出问题：

什么是钢的热处理？钢的热处理可分为哪些类型？

【学生】聆听、思考、回答

传授新知

【教师】通过学生的回答，引入新知，讲解热处理的基本原理、钢的整体热处理、钢的表面热处理，以及热处理的新技术等知识

钢的热处理根据其在零件加工中的工序位置不同，热处理工艺可分为预备热处理和最终热处理。

预备热处理：指机械零件切削加工的一个中间工序，可消除材料内部缺陷，改善材料工艺性能，为后续加工成形或进一步热处理做组织和性能准备，如改善锻、轧、铸毛坯组织的退火、正火等工艺过程。

最终热处理：指使工件获得最终使用性能的热处理工艺，如使零件获得良好的综合力学性能的淬火、高温回火等工艺过程。

根据工艺方法不同，热处理工艺可分为整体热处理、表面热处理和其他热处理。

整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火等。

表面热处理：包括表面淬火和化学热处理。

其他热处理：包括激光热处理、电子束热处理、可控气氛热处理、真空热处理、形变热处理、复合热处理等。

【教师】利用多媒体展示“钢的热处理工艺曲线示意图”图片（详见教材），并进行讲解

任何一种热处理工艺都由加热、保温和冷却三个环节组成，其工艺过程可用热处理工艺曲线来表达。改变加热温度、保温时间和冷却速度都会在一定程度上改变材料的组织结构，从而影响材料的性能。

【教师】讲述“热处理工艺的发展”案例，并提出以下问题：

你知道哪些热处理工艺的应用案例。

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生的回答

第一节热处理的基本原理

一、钢在加热时的转变

大多数热处理工艺都要将钢加热到相变温度（临界温度）以上，并保温一段时间，以获得均匀的奥氏体组织，这一过程称为奥氏体化。加热和保温时形成的奥氏体晶粒大小及成分均匀性对冷却转变过程及组织、性能都有极大影响。

【教师】利用多媒体展示“加热和冷却对相变温度的影响”图片（详见教材），并进行讲解

在Fe-Fe3C平衡相图中，共析钢、亚共析钢和过共析钢完全转变为奥氏体的相变温度分别用A1（PSK），A3（GS）和Acm（ES）相变线表示。而实际热处理中，加热和冷却时的相变是在不平衡条件下进行的，相变温度与平衡相变温度之间有一定的差异，即加热时实际相变温度偏高，冷却时实际相变温度偏低。为与平衡条件下的相变线相区别，通常将加热时的相变线称为Ac1，Ac3和Accm线，将冷却时的相变线称为Ar1，Ar3和Arcm线，如图所示。需要说明的是，实际的相变温度是不固定的，它随含碳量、合金元素含量、奥氏体化温度、加热和冷却速率等因素的变化而变化。

（一）奥氏体的形成

【教师】播放“奥氏体的形成”视频（详见教材），并提出以下问题：

奥氏体的形成过程包括哪几个阶段？

【学生】观看、思考、举手回答

【教师】总结学生回答

【教师】利用多媒体展示“共析钢奥氏体的形成过程示意图”图片（详见教材），并进行讲解

奥氏体的形成遵循结晶过程的普遍规律，是一个形核和长大的过程。下面以共析钢为例来进行分析。共析钢奥氏体的形成过程一般包括奥氏体的形核、奥氏体的长大、残余渗碳体的溶解和奥氏体成分的均匀化4个阶段，如图所示。

1．奥氏体的形核

奥氏体晶核优先在铁素体和渗碳体的界面上形成，其原因有三方面：=1\*GB3①界面处碳浓度分布不均匀，容易满足浓度起伏；=2\*GB3②界面上的原子排列不规则，原子的活动能力较强，容易满足结构起伏；=3\*GB3③界面上晶体缺陷密度较大，处于能量较高的状态，容易满足能量起伏。

【教师】随机邀请学生回答以下问题：

金属晶体形核的必备条件有哪些？

【学生】聆听、思考、回答

【教师】总结学生的回答

浓度起伏、结构起伏、能量起伏是金属晶体形核的三个必备条件。浓度起伏又称成分起伏，是指在均匀的合金液体中存在的短程的、时起时伏的成分不均匀现象；结构起伏又称结构涨落或相起伏，是指液态金属从宏观上看是原子作无规则排列的非晶体，但其中包含许多类似晶体结构、时大时小、时长时消的原子有序集团的现象；能量起伏是指