材料熱處理的案例
淺析金屬材料與熱處理的教學技巧
金屬材料與熱處理算是一門比較新穎的教育課程，在近年來也被引入到了中職教學的課堂中，作為是機械加工專業(yè)的專業(yè)課，基礎課。由于金屬材料與熱處理是一門用肉眼看不到，且比較抽象的課程，再加上在之前并沒有對該課程的創(chuàng)新教育，因此教師在教育上，學生在學習上是比較困難的。因此為了可以解決教師和學生在金屬材料與熱處理教育和學習上的困難，本文將以一中職學校為倒，探討其在金屬材料與熱處理之間的教學技巧，希望能給予眾多教師一個啟示。
中國論文網(wǎng) http://www.xzbu.com/9/view-5464908.htm
【關鍵詞】金屬材料與熱處理 教學 技巧
【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【文章編號】1006-5962（2013）03（b）-0126-01 引言
隨著社會經(jīng)濟水平的不斷提高，新型行業(yè)帶動著新興課程不斷發(fā)展，在教學課堂上，新的課程由于沒有新的教育經(jīng)驗，因此很多老師在進行教學時，都是采用對照書本念的方式，老師教的痛苦，學生學得痛苦，而且在教學上還沒有效率，這著實是一個讓人頭疼的問題。本文選取的是某中職學校在對金屬材料與熱處理的教學過程，并對其教學過程中的一些獨特的方法進行探討分析，旨在解決許多學校對于金屬材料與熱處理教學的苦惱，并借此種方法運用到其他新興課程中。
1 金屬材料與熱處理的教學現(xiàn)狀
一般像機械加工之類的課程會在中職學校課程中出現(xiàn)，而中職生由于基礎較差，對于抽象而又并不具體的機械加工的理論知識并不是特別了解，因此，也難以產(chǎn)生想要學習的興趣。而目前的金屬材料與熱處理就是這種狀態(tài)，其課程概念多而繁雜，學生對于抽象、枯燥的理論知識并不感冒，再加上由于金屬材料與熱處理涉及的范圍較廣。在中職學校中，由于學生多為剛剛初中畢業(yè)，對于在平常接觸到的可能性為零的東西更是難以了解。
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細長條連桿零件材料熱處理及孔精加工過程研究
零件用42CrMo 材料，按含碳量分為中碳鋼，也可稱為調(diào)質(zhì)鋼，由于在碳鋼的基礎上加入合金元素，成為合金調(diào)質(zhì)鋼，又稱中碳合金鋼。對碳鋼材料來說，大型零件淬透性很差，加入合金元素，提高鋼的淬透性，強化鐵素體，細化晶粒與形成合金碳化物等，使鋼具有更好的性能，而合金元素只有通過淬火或者調(diào)質(zhì)狀態(tài)才發(fā)揮作用，在退火狀態(tài)下其機械性能與碳鋼并沒有什么顯著區(qū)別。
孔精加工方式多采用鉸孔及鏜孔兩種，鉸孔的主要方法又可分為手工鉸孔及機床鉸孔，鏜孔現(xiàn)可通過數(shù)控機床鏜孔加工實現(xiàn)，兩類加工方式雖不一致，但都是在粗加工或者半精加工孔后，刀具(鉸刀或鏜刀)在工件孔壁上去除微量殘余金屬層，來提高孔的尺寸精度、降低孔內(nèi)壁表面粗糙度，從而達到孔精加工要求。
金屬材料熱處理方式
金屬材料熱處理過程
中碳合金鋼的調(diào)質(zhì)處理一般是切削成形后，為使之獲得所要求的綜合性能而進行的熱處理，通常包括淬火和高溫回火，也稱為調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)處理一般安排在粗加工之后,精加工之前。
淬火處理：在一般淬火時，工件淬火使之獲得完全馬氏體組織，與材料的淬透性及尺寸有關，42CrMo 材料淬透性甚好，且零件薄更容易淬透。
回火處理：調(diào)質(zhì)處理中的回火，目的是調(diào)整工件淬火后的顯微組織，獲得所需要的綜合性能，如降低其硬度和強度，借以提高其韌性和塑性；同時也消除因淬火而產(chǎn)生的內(nèi)應力。回火一般在高溫下進行，但須避開產(chǎn)生回火脆性的溫度范圍。回火保溫后，也應使之快速冷卻通過產(chǎn)生回火脆性的溫度區(qū)，必要時可采用油冷或水冷的方式。回火溫度和時間的選擇，以達到所要求的性能為準。高溫回火熱處理溫度簡圖見圖1。
圖1 高溫回火熱處理溫度示意圖
金屬材料熱處理變形問題
某零件100(圖2)為細長形零件，零件技術要求：材料為42CrMo；熱處理為淬透，淬火＋高溫回火，表面和核心硬度 33 ～38HRC。
展開 鎂合金材料熱處理的質(zhì)量檢測及缺陷分析
鎂合金材料熱處理質(zhì)量的檢測
（1）硬度試驗
硬度試驗具有速度快、操作簡單、可以在熱處理工件上直接進行而無需專門制備試樣等優(yōu)點。其中最常用的是布氏和洛氏硬度試驗，但是對于薄截面鎂合金工件，有時也采用洛氏表面硬度試驗。晶粒較大、硬度較低的鎂合金宜采用布氏硬度計測定硬度，以獲得最佳試驗結果。鎂合金的強度通常隨硬度的增加而提高，然而由于與硬度對應的強度指標很分散，因此不能用硬度計算強度，所測得的硬度值僅僅作為評定鎂合金熱處理質(zhì)量的參考。
（2）拉伸試驗
拉伸試驗能更準確地衡量鎂合金的熱處理質(zhì)量，但是試驗時需要專門拉伸試樣。雖然鎂合金鑄件經(jīng)過機加工后得到的試樣更能代表鑄件的真實性能，但是一般采用單獨鑄造后不經(jīng)機加工的試樣。通常按照ASTM標準進行試驗，以保證試驗結果的一致性。
（3）顯微組織檢查
熱處理態(tài)鎂合金制成金相試樣后檢查顯微組織，并與標準的組織照片比較，可以衡量鎂合金的熱處理質(zhì)量。檢查內(nèi)容主要包括：鑄造合金中的粗大化合物、鑄造合金經(jīng)過不適當固溶處理后的孔隙和熔孔、鑄造和變形合金的晶粒度，以及擠壓、鍛造或軋制合金中的粗大化合物。
顯示鎂合金金相顯微組織所用的浸蝕劑見下表。
鎂合金材料熱處理缺陷分析
鎂合金熱處理時容易產(chǎn)生的五種常見缺陷是：氧化、過燒、彎曲與變形、晶粒異常長大和性能不均勻。
（1）氧化
如果鎂合金工件進行熱處理時沒有使用保護氣體，則會發(fā)生局部氧化甚至在爐火內(nèi)起火燃燒。通常向熱處理爐內(nèi)通入（0.5~1.5）Vol.%SO2或（3~5）Vol.%CO2，或含（0.5~1.5）Vol.%SF6的CO2保護氣體，或惰性氣體來避免鎂合金工件的氧化。惰性氣體由于成本過高而較少應用。此外，需要保證爐膛的清潔、干燥和密封。
展開 
《金屬材料及熱處理》[王希琳]
《高等學校教材 金屬材料及熱處理》
作者:王希琳
頁數(shù):253 出版日期:1992年11月第1版
主題詞:金屬材料 高等學校 教材 熱處理 高等學校 教材
基于SOR理論的金屬材料與熱處理教學改革
基于SOR理論的金屬材料與熱處理教學改革.pdf
淺談《金屬材料與熱處理》的授課技巧
多數(shù)學生在金屬材料與熱處理這門課程的學習中都會感到比較難，歸其原因主要與這門課程的特點有關，該課程主要有以下幾個特點。
(一)內(nèi)容龐雜，理論性強，名詞概念多。該課程涉及冶金學、金屬學、材料學、力學、工藝學等方面的基礎知識，是一門綜合性很強的課程，其中每一章節(jié)均涉及大量的新概念和新名詞，這給初學者帶來較大的困難。
(二)課程實踐性強，與生產(chǎn)實際關系密切，相關理論在生產(chǎn)實踐中有很大的靈活度和綜合性。這對實踐經(jīng)驗和系統(tǒng)理論都不具備的學生而言，學習起來就增加了相當大的難度。
(三)相關理論的系統(tǒng)性強，結構嚴密，前后內(nèi)容密切相關。學生要想學好這門課程不僅要系統(tǒng)掌握相關理論知識，而且要有一定的分析、綜合和總結的能力。
所以在實施教學過程中，教師應提高授課技巧和應用各種教學方法。切忌從頭到尾的“滿堂灌”。要提高課堂教學的效果，必須在以下幾個方面下工夫。
一、設計好開場和收尾
一堂課的結構布局中，開頭和結尾很重要。好的開頭，能引人入勝。好的結尾，能耐人尋味。一個好的開頭是教師與學生建立感情的第一座橋梁，可為一堂課的講解定下基調(diào)，使一堂課進行的自然和諧，渾然一體。巧妙地導入新課，可以激發(fā)學生的求知欲望。為本課程的下一步教學打下良好的基礎。例如：在本課程的第一節(jié)課《緒論》的講解中，為了激發(fā)學生對這門功課的學習熱情，克服對新課程的畏懼感，使同學們對金屬材料有一個近在身邊的感覺，我就精心挑選了建設2008北京奧運會主體育場――鳥巢的選材故事作為本課程導人的開場白。“鳥巢”結構設計奇異新穎，鋼結構最大跨度達343米。如果使用普通鋼料，厚度至少要達到220mm。這樣一來。“鳥巢”鋼材重量將超過8萬噸。而且鋼板太厚，焊接起來更加困難。工程設計人員從實際需要出發(fā)，選擇了低合金高強度鋼Q460作為施工材料。
展開 這才是德國機械的魂，熱處理車間現(xiàn)場都是這樣的.....
制造業(yè)要想練成鋼筋鐵骨，離不開熱處理，如果把機械加工比作外科的話，熱處理就是內(nèi)科，作用就是這么重要。我們生產(chǎn)的機械的穩(wěn)定性差，零件壽命短，很多都與材料的熱處理工藝有關，什么時候我們國家的熱處理技術能像德國、日本、美國這些制造業(yè)領先的國家一樣強大，那個時候中國的制造業(yè)才是真正的強大。
（來源：材料熱處理工程師、熱處理生態(tài)圈 ）
如何區(qū)分鍛造裂紋、熱處理裂紋、原材料裂紋？
熱處理裂紋
淬火加熱過程中產(chǎn)生的裂紋與鍛造加熱過程形成的裂紋在性質(zhì)和形態(tài)上有明顯的差別。對結構鋼而言，熱處理溫度一般較鍛造溫度要低得多，即使是高速鋼、高合金鋼其加熱保溫時間則遠遠小于鍛造溫度。由于熱處理加熱溫度偏高，保溫時間過長或快速加熱，均會在加熱過程中產(chǎn)生早期開裂。產(chǎn)生沿著較粗大晶粒邊界分布的裂紋；裂紋兩側略有脫碳組織，零件加熱速度過快，也會產(chǎn)生早期開裂，這種裂紋兩側無明顯脫碳，但裂紋內(nèi)及其尾部充有氧化皮。有時因高溫儀器失靈，溫度非常高，致使零件的組織極粗大，其裂紋沿粗大晶粒邊界分布。
典型的淬火裂紋示例：
500X下，呈鋸齒狀，起始端裂紋寬，結束斷裂紋細小至無，裂紋處未發(fā)現(xiàn)異常冶金夾雜，沒有脫碳現(xiàn)象，裂紋呈鋸齒狀延伸，具有淬火裂紋的典型特征。
鍛造裂紋與熱處理裂紋產(chǎn)生原因
1、鍛造裂紋產(chǎn)生原因：鋼在鍛造過程中，由于鋼材存在表面及內(nèi)部缺陷，如發(fā)紋、砂眼、裂紋、夾雜物、皮下氣泡、縮孔、白點和夾層等，都可能成為鍛打開裂的原因。另外，由于鍛打工藝不良或操作不當，如過熱、過燒或終鍛溫度太低，鍛后冷卻速度過快等，也會造成鍛件開裂。
2、熱處理裂紋產(chǎn)生原因：淬火裂紋是宏觀裂紋，主要由宏觀應力引起。
展開 鑄造熱處理安全技術
或者了了使各種金屬材料便于加工，常常需要改變它們的物理。化學和機械性能，如磁性、抗蝕性、抗高溫氧化性、強度、硬度、塑性和韌性等。這就需要在機械加工中通過一定溫度的加熱、一定時間的保溫和一定速度的冷卻，來改變金屬及合金的內(nèi)部機構（組織），以其改變金屬及合金的物理、化學和機械性能，這種方法就叫作熱處理。進行這項工作時，工人經(jīng)常與設備和金屬件接觸，因此必須認真掌握有關安全技術，避免發(fā)生事故。 （一）熱處理工序主要加熱設備。熱處理工序中的主要設備是加熱爐，可以分為燃料爐的電爐兩大類。
1.燃料爐。以固體、液體和氣體燃燒產(chǎn)生熱源，如煤爐、油爐和煤氣爐。它們靠燃燒直接發(fā)出的熱能量，大都屬一次能源，價值經(jīng)濟、消耗低，但容易使工件表面脫碳和氧化。常用于一般要求的加熱工件和材料熱處理中，如回火、正火、退火和淬水。
2.電爐。以電為熱能源，即二次能源。按其加熱方法不同，又分為電阻爐和感應爐。根據(jù)加熱工件和材料不同，按工藝要求應配備不同形式的電加熱爐。
（1）電阻爐。主要由電阻體作為發(fā)熱元件和電爐。根據(jù)熱處理工藝的要求，可進行退火、正火、回火、淬火、滲碳氧化和氮化，也可解決無氧化問題。
（2）感應爐。通過電磁感應作用，使工件內(nèi)產(chǎn)生感應電流，將工件迅速加熱。感應爐加熱是熱處理工藝中的一種先進方法，主要用于表面熱處理淬火，后來逐步擴大為用于正火、淬火、回火以及化學熱處理等，特別是對于一些特殊鋼材和有特殊工切要求的工件應用較多。
（二）熱處理操作的一般安全要求
1.操作前，首先要熟悉熱處理工藝規(guī)程和所要使用的設備。
2.操作時，必須穿戴好必要的防護用品，如工作服、手套、防護眼鏡等。
3.在加熱設備和冷卻設備之間，不得放置任何妨礙操作的物品。
4.混合滲碳劑、噴砂等就在單獨的房間中進行，并應設置足夠的通風設備。
展開 焊后熱處理有關問題的討論
熱處理作為一種傳統(tǒng)并行之有效的改善和恢復金屬性能的方法在壓力容器設計、制造等環(huán)節(jié)中一直屬于相對薄弱的環(huán)節(jié)。壓力容器涉及四種熱處理：焊后熱處理（消除應力熱處理）；改善材料性能熱處理；恢復材料性能熱處理；焊后消氫處理。這里重點對壓力容器設計中應用廣泛的焊后熱處理的有關問題予以討論。
1
焊后熱處理（消除應力熱處理）的目的
1.松弛焊接參與應力。
2.穩(wěn)定結構的形狀和尺寸，減少畸變。
3.改善母材、焊接區(qū)的性能，包括
a.提高焊縫金屬的塑性。
b.降低熱影響區(qū)硬度。
c.提高斷裂韌性。
d.改善疲勞強度。
e.恢復或提高冷成型中降低的屈服強度。
4.提高抗應力腐蝕的能力。
5.進一步釋放焊縫金屬中的有害氣體，尤其是氫，防止延遲裂紋的發(fā)生。
2
奧氏體不銹鋼制壓力容器是否需要焊后熱處理
焊后熱處理是利用金屬材料在高溫下屈服極限的降低，使應力高的地方產(chǎn)生塑性流變，從而達到消除焊接殘余應力的目的，同時可以改善焊接接頭及熱影響區(qū)的塑性和韌性，提高抗應力腐蝕的能力。這種消除應力的方法在具有體心立方晶體結構的碳素鋼、低合金鋼制壓力容器中被廣泛采用。奧氏體不銹鋼的晶體結構是面心立方，由于面心立方晶體結構的金屬材料比體心立方具有更多的滑移面，因而表現(xiàn)出良好的韌性和應變強化性能。另外，在壓力容器設計中，選用不銹鋼往往是為了防腐蝕和滿足溫度的特殊要求這兩個目的，加上不銹鋼與碳素鋼和低合金鋼相比價格昂貴，所以其壁厚都不會很厚。因此，從正常操作的安全性考慮，沒有必要對奧氏體不銹鋼制壓力容器提出焊后熱處理的要求。至于因使用而出現(xiàn)的腐蝕，材料不穩(wěn)定，如：疲勞，沖擊載荷等不正常操作條件而帶來的惡化情況，在常規(guī)設計中是難以考慮的。
展開 
低碳齒輪鋼帶狀組織評定的熱處理工藝影響分析
而正火及等溫正火處理時，先共析鐵素體轉變區(qū)的冷卻速度很快，抑制了先共析鐵素體的析出導致的。
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結論
（1）不同熱處理狀態(tài)下的低碳齒輪鋼帶狀組織存在明顯差異。對于熱軋狀態(tài)下的低碳齒輪鋼，可通過規(guī)定的熱處理工藝來保證組織狀態(tài)，滿足標準的檢驗需求。
（2）等溫正火處理可以有效消除 20CrMnTiH3 系低碳齒輪鋼中的貝氏體等非平衡態(tài)組織，但無法徹底消除含 Ni、Mo 較高的 18CrNiMo、19CN5 系低碳齒輪鋼，應進行完全退火處理消除其貝氏體等非平衡態(tài)組織。
（3）完全退火與等溫正火處理后鋼材的帶狀級別存在明顯差別，完全退火處理后的樣品帶狀組織評級較等溫正火處理偏高。因此制定生產(chǎn)檢驗工藝時，應保證在客戶協(xié)商的狀態(tài)下共同約定熱處理工藝。
（4）GB/T 34474.1—2017 和 GB/T 13299—1991 對于組織級別評定結果基本一致，但 GB/T 34474 對于第二類組織種類約束較松，允許不超過30%的第二類組織，對于 18CrNiMo、19CN5 系低碳齒輪鋼，可協(xié)議規(guī)定 GB/T 34474.1—2017 進行帶狀組織評級。
文章來源材料熱處理工程師
展開 金屬材料熱處理：照亮鋼鐵的“四把火”
以下文章來源于材易通
鋼的熱處理工藝就是通過加熱、保溫和冷卻的方法改變鋼的組織結構以獲得工件所要求性能的一種熱加工工藝。鋼在加熱和冷卻過程中的組織轉變規(guī)律為制定正確的熱處理工藝提供了理論依據(jù)，其熱處理工藝參數(shù)的確定必須使具體工件滿足鋼的組織轉變規(guī)律，以獲得所需性能。
根據(jù)加熱、冷卻方式及獲得的組織和性能的不同，鋼的熱處理工藝可分為普通熱處理（退火、正火、淬火、回火）、表面熱處理（表面淬火和化學熱處理）及形變熱處理等。按照熱處理在零件整個生產(chǎn)工藝過程中位置和作用的不同，熱處理工藝又分為預備熱處理和最終熱處理。本文主要對普通熱處理進行知識整理。
一、鋼的加熱
1.
展開 金屬材料力學性能與熱處理工藝知識
熱處理分類：
普通熱處理（四火：退火、正火、淬火、回火）
表面熱處理 （表面淬火、化學熱處理）
其他熱處理（真空熱處理、形變熱處理等）
共析鋼在加熱時的組織轉變
珠光體向奧氏體轉變過程四步：
（1）奧氏體形核；
（2）奧氏體長大；
（3）剩余Fe3C溶解；
（4）奧氏體均勻化。
鋼在冷卻時的組織轉變
奧氏體的冷卻轉變：奧氏體在臨界點A1以上是穩(wěn)定相，冷卻至A1以下就成了不穩(wěn)定相，要發(fā)生組織轉變。
重要性：決定了鋼熱處理后的組織和性能。同一種鋼，加熱溫度和保溫時間相同，冷卻方法不同，熱處理后的性能截然不同。
展開 金屬材料力學性能和熱處理工藝
目的：一是改善材料工藝性能，確保后續(xù)加工順利進行，這種熱處理稱為預先熱處理；二是提高材料使用性能，延長零件使用壽命，這種熱處理稱為最終熱處理。
熱處理分類：
普通熱處理（四火：退火、正火、淬火、回火）
表面熱處理 （表面淬火、化學熱處理）
其他熱處理（真空熱處理、形變熱處理等 ）
共析鋼在加熱時的組織轉變
珠光體向奧氏體轉變過程四步：
（1）奧氏體形核；
（2）奧氏體長大；
（3）剩余Fe3C溶解；
（4）奧氏體均勻化。
鋼在冷卻時的組織轉變
奧氏體的冷卻轉變：奧氏體在臨界點A1以上是穩(wěn)定相，冷卻至A1以下就成了不穩(wěn)定相，要發(fā)生組織轉變。
重要性：決定了鋼熱處理后的組織和性能。同一種鋼，加熱溫度和保溫時間相同，冷卻方法不同，熱處理后的性能截然不同。
展開 