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《钢材质量检验》单元教学设计
一、 教案头
课题： 教材： 授课班级 钢的脱碳层深度检验 冶金工业出版社出版的《钢材质量检验》，页码84-86页。 15冶金技术 课时：2学时 知识目标 授课类型：实训课 素质目标 能力（技能）目标 教 学 目 标 ①通过分组训练培养学生的能够运用维氏硬度计检测钢的碳层深度。 掌握钢的脱碳层深度的测试方法和维氏硬度计的使用方法。 团队协作能力； ②通过任务训练培养学生的动手操作能力； ③通过试验结果分析培养学生分析问题的能力。 重 难 点 ①维氏硬度计的操作； ②碳层深度的判定。 能 力 训 练 任 务 及 案 例 配备硬度法测试钢的脱碳层深度试验所需的实训用具和标样，学生依据资料中的要求，分组进行钢的脱碳层深度检验，并对检验结果进行判定。 作 业 结合工程应用举例说说钢的脱碳对钢材性能和质量的影响。 课 后 小 结 二、教学过程设计
步骤 教学内容 教学方法 教学手段 学生活动 时间分配 告知 告知本次课的教学内容及教学目标。 教师讲授 教师讲授 学生复习 2分钟 引入 为什么要检验钢的脱碳层深度，教师讲解 脱碳层深度检验的重要性。 脱碳层深度的几种检验方法，硬度法测试钢的脱碳层深度的试验方法及操作要领。 …… 布置训练任务，提出要求，明确教学评价标准。 小组讨论，明确任务总量，组长依据各人专长给组员分配任务 PPT展示 学生了解 3分钟 资讯 教师演示 演示法 学生掌握 10分钟 计划决策 任务驱动 小组竞赛 学生理解 2分钟 实施 各组依据任务单上的要求，完成本组试样的脱碳层深度检验，并对检验结果进行分析，教师从旁指导。 任务驱动 教师指导 学生讨论 20分钟 检验 各小组以竞赛的形式，分别上台展示本组的测试结果。 竞赛法 小组展示 学生展示 6分钟 评价 教师给出标准结果做评分依据。小组互评，小组自评打分，教师评价 评价。 小组自评互评，教师评价。 学生评价 6分钟 总结 总结本次课所学钢的脱碳层深度的测试方法及应用。 教师总结 教师讲授 学生理解 3分钟 三、讲义
1.钢的脱碳
脱碳是指钢在加热时表面碳含量降低的现象。脱碳的实质就是钢中碳在高温下与氧和氢等发生作用生成一氧化碳和甲烷，其化学反应如下：
2Fe3C+O26Fe+2CO Fe3C+2H23Fe+CH4 Fe3C+H2O3Fe+CO+H2 Fe3C+CO23Fe+2CO 这些反应是可逆的，氧、氢、二氧化碳、水使钢脱碳，一氧化碳和甲烷可以使钢增碳。一般情况下，钢的氧化脱碳同时进行，当钢表面氧化速度小于碳从内层向外层扩散速度时发生脱碳，反之，当氧化速度大于碳从内层向外层扩散的速度时发生氧化。因此氧化作用相对较弱的氧化气氛中容易产生较深的脱碳层。
脱碳层由于被氧化，碳含量降低，金相组织中碳化物较少。脱碳层包括全脱碳和部分脱碳两部分，全脱碳层显微组织特征为全部铁素体，部分脱碳层是指全脱碳层的内边界至钢含碳量正常的组织处。
总脱碳层=全脱碳层+部分脱碳层：从零件表面到碳含量等于基体碳含量的那一点的距离（渗碳轴承钢制的零件除外） 下图为60Si2MnA钢脱碳层组织(500×) 脱碳是钢材的一种表面缺陷，对于大多数工业用钢，特别是含碳较高的工具钢、铬滚珠轴承钢、弹簧钢以及某些重要用途的中碳结构钢，对脱碳层深度均严格加以限制。各种钢的技术标准均要求检验脱碳情况，并对允许的脱碳层深度作出明确规定。 测定脱碳层深度的方法纳入GB/T224-1987的有金相法、硬度法、碳含量测定法三种，各有其独具的用途和局限性。碳含量测定法能得到很高的测量精度，但费时且成本高，通常只用于研究工作。硬度法是测量截面上显微硬度的变化，从试样边缘到硬度达到平稳值或技术条件规定的硬度为止的深度为脱碳层深度。此法结果比较可靠，是常用的检验手段。金相法设备简单，方法简便，也是常规脱碳检验中的重要手段，但测量误差较大，数值较低，为保证测量精度，操作者应在每个试样上至少进行五次以上的测量，取他们的平均值作为脱碳层深度。下面介绍金相检验法。 脱碳层分为全脱碳层和部分脱碳层深度两种，总脱碳层为二者深度之和，即从产品表面到碳含量等于基本碳含量的那一点的距离。基本是指钢材及零件未脱碳部位。根据钢种技术条件的要求，有的测量总脱碳层，有的测量全脱碳层，但大多是测量总脱碳层。无特别声明时，应测量总脱碳层。 使用金相法时，脱碳层判定的根据： 全脱碳层系指组织状态完全是铁素体这一层金属，全脱碳层容易测量，一般从表面量至出现珠光体组织为止； 部分脱碳层指的是全脱碳层以后到钢的含碳量未减少出的深度，例如，亚共析钢是指在全脱碳层以后到铁素体相对量不在变化为止，过共析钢是指在全脱碳层之后至碳化物相对量不在变化为止； 总脱碳层从表面量至与原组织有明显差别处为止。 应指出的是，金相法只适用于具有退火组织的钢中。对于那些经淬火、回火、轧钢或锻制的产品，由于不是平衡组织，使用金相法测量可能不够准确，甚至不能采用。 脱碳层深度的测定方法在我国国家标准GB/T224-1987《钢的脱碳层深度测定法》中已有规定。下面就金相法测定脱碳层深度提出几点注意事项。
试样的抛光面应为横截面，并必须垂直于钢材表面。因为只有这样才能比较充分的观察和找到脱碳层最严重的部位而加以测定，同时不至于使得的脱碳层厚度较实际偏高。
取样时要注意到容易发生脱碳的部位。检验时应沿试样脱碳的边缘逐一观察，应尽可能的做到观察可能发生脱碳的全周边。
GB/T224-1987方法标准中规定，对每一试样，在最深均匀脱碳区的一个显微镜视场内，随机进行最少五次测量，取平均值作为总脱碳层深度。对高碳铬轴承钢、工具钢任然将最大的总脱碳层深度作为该钢材的总脱碳层深度。
小试样（直径不大于25mm的圆钢，或边长不大于20mm的方钢）要检测整个周边；对于大试样（直径大于
25mm的圆钢或边长大于20mm的方钢），为保证取样具有代表性，可截取试样同一截面的几个部分，以保证检测周长不小于35mm。
试样的腐蚀，可以较检验一般金相组织时深一些。
测定脱碳层，一般是在100倍金相显微镜下进行的，必要时也可选用其他倍数。但要注意的是，目镜测微尺的刻度必须用武警测微计校正。脱碳层深度单位以毫米计算。
弹簧钢、高碳铬轴承钢、工具钢的质量技术中对于脱碳层深度的要求较为严格。
对于弹簧钢，按照GB/T1222-1984标准中的基本质量技术要求规定：钢材的总脱碳层深度，没边不得大于表4-2的规定或双方协定。
冷拉圆钢表面每边总脱碳层深度不得超过公称直径的1%。
高碳铬轴承钢管脱碳层规定如下：冷轧钢管内表面和外表面每边总脱碳层深度均不大于0.30mmm；热轧钢管内表面和外表面每边总脱碳层深度不的大于0.50mm和0.20mm。经剥皮、磨光或机械加工的钢材，表面不的有脱碳。
对于碳素工具钢，按照GB/T1298-1986标准中的基本质量技术要求规定：钢材应检验脱碳层深度，热轧和锻制钢材一边总脱碳层深度应不大于(0.25+1.5%)mm,(D为钢材截面公称尺寸)；扁钢和截面尺寸大于100mm的钢材，总脱碳层深度由供需双方协定，扁钢的脱碳层深度在宽面上检查；冷拉钢材截面尺寸不大于16mm时，一边总脱碳层深度应不大于1.5%D，截面尺寸大于16mm时，一边总脱碳层应不大于1.3%D；供高频淬火用的冷拉钢材，一边总脱碳层深度应不大于1%D；银亮钢不允许有脱碳。 四、训练任务 1.任务名称：钢的布氏硬度测试 2.任务要求：①小组长明确分工，组内协助完成任务。 ②工作细致认真，能熟练操作布氏硬度计。 ③测试结果分析要思路清晰，任务单填写要求工整整洁。 ④小组展示语言要大方得体，小组评价时要客观公正。 3.实训用具：标准硬度块3块、布氏硬度计、目测显微镜、纱布、酒精。 4.操作步骤： （1）用棉纱布沾取少许酒精擦拭标准硬度块表面，至表面干净整洁。 （2）按标准要求选择合适的布氏硬度计的压头，将压头平整的安装在布氏硬度计的端头。 （3）在试验机的操作界面上设置压头类型、压头尺寸D、试验力F、保压时间t。启动试验机开始硬度测试。 （4）测试完毕后，降下工作台，取下试样。用目测显微镜测试压痕直径d，利用自动测试软件计算其布氏硬度值。 （5）按标准要求对测试结果进行修约，将修约后的结果记录在实训任务单的相应位置。 （6）各组派代表上讲台展示本组的测试结果，并简要分析数据或结果的处理过程。 （7）教师给出标准值和评分标准，学生完成组内自评、小组互评。 （8）教师对本次训练项目和知识点做总结，布置下次课的任务。 参考资料：GB/T231—1998《金属布氏硬度试验》 5.实训任务单
本次实训将学生分为三组，测试20#、45#、60#钢标准块的硬度，并简要分析钢的硬度与碳含量之间的关系。 第一组： 序号 试样厚度试验力钢球直径保压时间硬度值