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熱處理論文:發電機集電環發熱處理論文

電刷在集電環上運行時，在其接觸面上形成一層均勻、適度、穩定的氧化膜，這是電機運行良好的主要標志之一。因為這層氧化膜的存在，改變了電刷與集電環的接觸特性、減少了摩擦、降低磨損、延長使用壽命。氧化膜是一種復合薄膜，其組成成分與電刷型號及集電環的材料成分有關。氧化膜的正常厚度在8－100nm的范圍內，一般為25nm.用電子顯微鏡觀察發現，電刷與集電環接觸面是由無數個點相接觸，一般接觸面只有電刷總面積的千分之幾左右。接觸面積的大小，由電機的轉速、集電環材質的硬度、加工精度、偏擺度、電刷的材質、電刷上的壓力大小等因素來決定。

有研究發現，外加電壓小時，氧化膜絕緣，當電壓升高到一定值時，氧化膜被擊穿。當擊穿后，不管電流如何增加，由于導電點的增加、導電面積的擴大，則接觸電壓保持恒定。

氧化膜具有非常好的潤滑性能，電刷與集電環接觸表面起潤滑作用的潤滑層主要是石墨膜，這層石墨膜，將電刷與集電環分開，使摩擦在石墨潤滑層間進行，降低了摩擦系數，減少了摩擦熱的產生，減少了電刷的磨損。電刷的過熱故障，很多情況是由于氧化膜被破壞且無法重新建立導致的。

一、電刷及集電環常見故障的原因及解決辦法

電刷在運行中最常見的故障為發熱、產生火花、嚴重的燒損電刷刷握及集電環。從產生過熱故障的原因看，主要有以下幾個方面：

1、由于通風不良導致的發熱：通風不良主要是因為冷卻風道堵塞，集電環表面通風溝、通風孔堵塞、循環風扇風量下降等原因，尤其是當運行中集電環表面溫度過高時，導致電刷磨損加劇，碳粉積聚增加，有可能會堵塞上述集電環表面的散熱通道。因此在大小修時，應對集電環表面通風溝、孔以及冷卻風道濾網進行清理，保持通暢。對于經過多次車削的集電環，如果集電環表面的通風溝高度不到5mm，已經車削到徑向限制孔時，就應當按照說明書根據最小使用外徑進行更換，以保障集電環的機械及散熱性。

2、由于接觸電阻過大或分布不均勻而產生的發熱：集電環和電刷是通過相互滑動接觸導通勵磁電流的，根據容量及型號的不同，每個集電環上大約分布著數十只電刷，由于接觸電阻的不同，電流分配的差異，會導致發熱不均勻，有以下幾個原因：（1）電刷與滑環表面接觸電阻、電刷與刷辮接觸電阻、刷辮與刷架引線接觸電阻過大。可通過測量單個電刷總壓降、電刷接觸壓降、刷體壓降、聯結壓降、刷辮壓降進行相互間對比來檢查。同時檢查回路中各螺絲是否緊固。檢查電刷接觸面的清潔程度，是否存在油污污染。（2）電刷壓力不均勻或不符合要求，可能有電刷過短、彈簧由于過熱變軟老化失去彈性等原因。應使用彈簧秤檢查電刷壓力。恒壓彈簧應完整無機械損傷，壓力應符合其產品的規定，同一極上的彈簧壓力偏差不宜超過5％；非恒壓的電刷彈簧，有規定時壓力應符合其產品的規定，當無規定時，應調整到不使電刷冒火的低壓力，一般為140－250g/cm2，同一刷架上每個電刷的壓力應均勻。（3）集電環與轉子引線接觸電阻過大，這種情況應對集電環與轉子引線間的緊固螺絲進行加固。（4）電刷材質不良、導電性能差、使用的型號不符合要求或者使用了不同型號的電刷。同一電機上應使用同一型號、同一制造廠的電刷，對于外觀檢查有明顯差異的電刷應更換。

3、由于機械及摩擦等原因造成的過熱：集電環與電刷過熱故障中，很大一部分是由于機械及摩擦等原因導致的過熱，如果在開機時還未加勵磁，就已經發現集電環與電刷溫度高，或者在運行中溫度過高，拔出幾只電刷后，溫度反而降低，那就基本可以肯定是由于機械及摩擦原因導致的。機械及摩擦導致發熱的情況很復雜，主要有以下幾個方面：（1）電刷接觸面研磨不良或運行中一次更換過多的電刷。運行中更換電刷，在同一時間內，每個刷架上只允許更換1－2個電刷。換上的新電刷應事先在與集電環直徑相同的模型上研磨好，且新舊牌號須一致。如果在大修時一次更換的電刷很多，應當在投運前沖轉時，為電刷表面形成氧化膜留夠充足的時間。（2）電刷與集電環接觸面過小，接觸面積一般不應小于單個電刷截面的75％。（3）電刷在刷盒中搖擺或動作卡澀。電刷在刷握內應能上下自由移動，其間隙應符合產品的規定，當無規定時，其間隙可為0.10－0.20mm.電刷外形要方正，上下端尺寸誤差不得大于0.05mm.（4）刷握與集電環表面間隙過大。由于電刷材質較脆，當刷握與集電環表面間隙過大時，運行中電刷不能整體接觸集電環，與集電環呈斜面接觸，容易造成電刷崩裂的情況。刷握與集電環表面的間隙應符合產品技術要求，當產品無規定時，其間隙可調整為2－3mm.調整間隙時，可使用一層2－3mm厚的橡膠墊附在集電環表面，將刷握抵到橡膠墊上，然后上緊定位螺絲，取出橡膠墊。

二、幾起集電環、電刷故障的分析及建議

1、加強對電刷表面氧化膜的認識，創建其形成和正常工作的條件：近期發生的幾起故障，主要原因是因為電刷表面的氧化膜潤滑層無法形成，氧化膜的形成需要一些條件，當條件不滿足時，氧化膜無法形成或形成不良，主要有以下幾個原因：（1）溫度過高：電刷的氧化膜一般在70℃左右較易形成，當集電環、電刷出現過熱故障時，通常溫度都在150℃以上，此時即便換上新的電刷，氧化膜也不易形成，無法起到潤滑作用，電刷磨損將加劇，導致溫度繼續升高，成為惡性循環。此時可采取外部強迫降溫的方法，譬如涂抹凡士林、大功率風扇通風等手段，使集電環溫度降到正常范圍內，持續一段時間，讓電刷表面氧化膜逐漸形成，使之進入良性循環狀態。（2）冷卻空氣中有污染性雜質：空氣中的雜質對電刷表面氧化膜的形成將帶來不利影響，這些雜質包括：硫化物或鹵族元素的腐蝕性氣體、空氣中油氣混合物、粉塵、鐵屑、鐵銹粉塵、碳粉等其他雜質。電刷磨損時，本身會產生碳粉的粉塵雜質，可采用在刷架罩冷卻通風循環通道上安裝過濾裝置來改善刷架罩內的空氣質量。（3）空氣濕度太低或含氧量太低：電刷表面氧化膜的形成需要空氣中有一定的水分含量，即空氣濕度不能太低，但也不能太高。另外，氧化膜的形成主要與空氣中的氧氣發生氧化作用而產生，當含氧量過低時也不利于氧化膜的形成。

氧化膜無法形成或形成不良除與上述因素有關外，還有電刷過度研磨、使用溶劑進行擦拭、集電環表面光潔度不良以及碳刷材質不合格等原因。

2、電刷及刷架產品在選購過程中應嚴格控制質量：目前同一品牌的電刷，都是在各個不同的地方、不同的工廠加工的。這就要求我們在進貨過程中對產品質量嚴格把關，對生產廠家的工藝和質量檢測手段及程序進行了解。

3、生產運行中加強對集電環及電刷的維護管理：加強電刷、集電環系統的專職維護制度，提高專責人的技術水平，嚴格按照《汽輪發電機運行規程》的要求對集電環、電刷進行檢查和運行維護，一次更換電刷的數量要嚴格控制。另外要積極運用紅外熱成像技術進行集電環、電刷日常的巡檢檢查以及對故障部位有懷疑時作為輔助分析的工具。

另外，本次會議還就定子絕緣引水管結垢提出分析建議：

1、當發現絕緣引水管結垢很嚴重時，或者已經影響到常規預試結果時，建議全部更換新的絕緣引水管。

2、發電機每次大修結束后，開機前定子水系統應使用除鹽水進行帶壓力反復沖洗，直至排水清澈無顆粒，電導率合格。

3、發電機正常運行期間累積運行時間達到兩個月遇有停機機會時，對定、轉子內冷水系統進行反沖洗。

4、完善發電機整個冷卻水系統，應盡可能使其密閉循環，運行中水質含銅量高，絕緣引水管內壁臟污結垢主要成分為銅，是因為水路不密閉，長期氧化腐蝕銅管導致。

5、加強運行中水質監控，內冷水質應嚴格按照運行規程執行。

6、對于水系統問題的解決應主要從平時運行維護抓起，各專業間應進行必要的溝通交流，對相互專業交叉知識部分應當有一定的了解。發電機是一個綜合設備，關系到很多的專業層面，在某一個專業看來很重要的問題，也許并不能得到其他專業的重視，這就對設備的安全運行造成了很多隱患。

熱處理論文:熱處理對微晶玻璃力學性能的影響

過去的幾十年我國工業迅速發展的同時，增大了對礦產資源的需求量。而礦產資源開采及選別過程中產生了諸如煤矸石、鐵尾礦類大量的工業危險固體廢棄物［1］，大量廢棄物的堆存帶來的諸如土壤、空氣和水體污染等一系列的問題。長期以來我國的一次能源消耗中70%來自煤炭。大量的煤炭開采、選別過程中產生了占原煤產量10%～15%煤矸石［2］，大多數的煤矸石被露天堆放在陸地上，2014年統計數據表明，我國煤矸石的堆存量已經達到50億噸，占地約1.2萬公頃［3-4］。而鋼鐵行業發展中產生的鐵尾礦在工業固體廢棄物中的比例也越來越大，來自金屬礦山的尾礦堆存超過120億噸，鐵尾礦占到了其中的1/3［5-6］。我國煤矸石和鐵尾礦的堆存總量接近100億噸，已經成為一個緊迫的環境問題，因此對它們進行資源化利用是相當必要的。國內外許多研究機構、生產企業對煤矸石和鐵尾礦的資源化利用進行了研究與報道，可大多數研究、應用集中在制備傳統的低附加值建筑材料如水泥［7］、磚［8］。微晶玻璃具有高耐磨性、耐腐蝕強和機械性能高的細粒度多晶材料［9-10］，被廣泛的關注和應用。通常煤矸石和鐵尾礦的礦物組成為長石和石英［11-12］，主要化學成分為Fe、Al、Si等，以及其它的Na、Ti等次要與元素，這些礦物和化學元素是制備微晶玻璃所必需的條件。同時，煤矸石和鐵尾礦組分中SiO2含量可以達到70%，相比較粉煤灰、高嶺土和紅柱石等工業廢料和礦物質，可以成為低成本的硅源生產微晶玻璃。本文采用熔融法澆鑄制備微晶玻璃，同時分析微晶玻璃的結晶行為、微觀結構和性能，為研究煤矸石和鐵尾礦制備CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃提供理論依據和技術基礎。

1實驗原料與方法

1.1實驗原料

實驗選用房山煤矸石(煅燒后)和山西靈丘鐵礦尾礦，其化學成分列于表1。由表1可知，煤矸石、鐵尾礦原料中SiO2及Al2O3組分總計為79.35%和62.40%，原料中含有的TiO2，為微晶玻璃晶體成核提供了條件。煤矸石煅燒后其礦物成分以石英和鈣長石為主，伴有少量白云母、赤鐵礦，鐵尾礦的礦物成分以石英為主，伴有角閃石、斜長石等。為改善微晶玻璃使用性能和工藝性能，在煤矸石和鐵尾礦主要原料的基礎上，加入化學分析純二氧化硅與氧化鋁純作為成分調整劑，NaNO3與Sb2O3化學分析純作為澄清劑加入，調質后的基礎玻璃的化學成分見表1。

1.2實驗方法

1.2.1材料的預處理原狀煤矸石經預先破碎至－2mm后烘干至含水率在1%以下，用裝料量為5kg質量級配為鋼球60kg、鋼鍛40kg的SM500mm×500mm試驗用球磨機粉磨，控制磨后細度為0.08mm方孔篩篩余10%以下，用CD-1400X型馬弗爐經750℃煅燒3h去除原料有機雜質。1.2.2微晶玻璃的制備實驗將一定配比的原料與成分調節劑、澄清劑等原料置于剛玉坩堝，而后置入CD-1700X型馬弗爐，在1500℃下充分融化、澄清，保溫180min。將均一的熔漿體澆鑄成12cm×12cm×4cm的正方體大塊并迅速放入650℃的晶化爐保溫2h，以1℃/min降至室溫以消除玻璃內應力。在馬弗爐內升溫至1450℃，并保溫4h充分澄清、均化。將均一的熔漿體澆鑄成12cm×12cm×4cm的正方體大塊并迅速放入650℃的晶化爐保溫5h，以1℃/min降至室溫以消除玻璃內應力。將上述玻璃大塊切磨成6mm×10mm×40mm長條試塊。分別置于不同的核化溫度(680、720、760、800)℃和核化時間3h、晶化溫度(920、960、1000、1040)℃和晶化時間1h條件下，進行強度測試。實驗所用的強度測試方法按照GB/T6569－2006《精細陶瓷彎曲強度試驗方法》進行。DSC分析采用差熱分析儀(STA409C/CDNetzschGertebauGmbH，selb);XRD分析儀為M21X超大功率X射線衍射儀，額定管電壓20～60kV，較大額定電流500mA;SEM分析所用儀器為聚焦離子束場發射掃描電子顯微鏡。

2結果與討論

2.1熱分析與組成

差示掃描量熱法(DSC)能夠的測定物質與熱量有關的物理化學反應，為微晶玻璃的核化和晶化溫度的確定提供了重要依據［13］。將1500℃熔融的煤矸石鐵尾礦微晶玻璃漿體急冷水淬，制備成水淬渣，經過烘干、破碎、研磨至74μm基礎玻璃粉末進行DSC分析。圖1為煤矸石鐵尾礦基礎玻璃的熱分析曲線，從圖1中可見DSC曲線上有2處明顯的與熱相關的反應:即745℃的吸熱反應和917℃的放熱反應。745℃的吸熱峰是轉變溫度，不是核化吸熱，而是在熱處理中基礎玻璃粉末吸熱發生軟化變形后微觀結構重排引起的。實際上，玻璃轉變溫度為700～800℃溫度區間。為了討論微晶玻璃制備中核化溫度的影響，選擇核化溫度為680、720、740和760℃。917℃處尖銳的放熱峰，為玻璃的析晶放熱反應，為了討論微晶玻璃制備中晶化溫度的影響，選擇晶化溫度為900、940、980和1020℃。

2.2核化溫度對微晶玻璃結構和性能的影響

玻璃的主晶相的種類和數量被原料成分控制，而玻璃的結構和性能受熱處理工藝制度影響［14］。為了優化玻璃的熱處理溫度，將微晶玻璃在680、720、740和760℃下核化3h，所得的不同核化溫度微晶玻璃X射線衍射結果如圖2所示。圖2曲線(1)中經核化后的微晶玻璃試樣，在2θ=26.48°、29.66°與43.22°處顯示有晶體小峰，其主晶相為普通輝石(Ca(Mg，Fe，Al)(Si，Al)2O6)，說明玻璃試樣中已經有部分晶核的形成。此外，由于XRD譜中含有數目眾多的毛刺小峰，說明微晶玻璃中含有一定數量的玻璃相。曲線(2)～(4)中，玻璃試樣經720、760和800℃核化保溫3h后，微晶玻璃試樣析出晶相種類均為普通輝石，但是隨溫度從720℃升高到800℃，衍射峰呈現逐漸增強趨勢，說明析出的普通輝石晶相數量有變化，曲線(4)中經800℃的核化處理后的微晶玻璃試樣，其主晶相衍射峰最強。圖3為微晶玻璃經1%HF溶液腐蝕、清洗、干燥并噴碳處理，經用掃描電子顯微鏡對核化后(680、720、740、760℃)保溫2h的4組樣品進行了SEM和EDS分析圖。從圖3的SEM中可以觀察到微球狀顆粒析出，且隨著核化溫度的升高，微球狀顆粒的分布越來越均勻，致密度也相應的提高。從圖3(a)中可以看出，核化溫度為680℃時開始出現微晶玻璃的單粒狀晶體，也出現了幾個粒徑較大的球狀晶粒，晶粒尺寸約為200nm，其中還存在少數晶粒為30～40nm不等的小晶粒，這些微晶粒的出現，預示著試樣結晶的開始。對粒狀晶體1進行EDS半定量分析，并結合圖2的XRD分析可知，該晶體為普通輝石。圖3(b)中經720℃核化處理后，微晶玻璃的晶粒開始變小而且均勻化，晶粒尺寸為30～100nm，視域中可見個別形貌清晰的晶粒凝聚的現象，圖中左上角的團簇由若干個30～40nm晶粒凝聚而成約100nm微晶粒，同時在右下角區域可見粒徑在100nm以下的微球粒。經760℃核化后的微晶玻璃中出現納米級別的微晶粒數量增多，遍布于整個視域中，晶粒大小更加均勻，晶粒尺寸為50～100nm，圖中可見個別粒徑較大的晶粒，由若干個30～40nm晶粒團簇凝聚而成，其粒徑約200nm。800℃核化后的SEM圖3(d)中，可以觀察到晶粒比較典型的凝聚成團的現象，晶粒呈現大量凝聚，納米級的晶粒邊界開始消失［14］。由于彎曲強度離散性小，，而且試樣容易制備，因而彎曲強度作為考察微晶玻璃強度的主要指標之一［15］。將經過核化保溫的4組微晶玻璃試樣，以5℃?min－1升溫速率勻速升溫至900℃后，晶化保溫1h，分析核化溫度對彎曲強度的影響。經過測得的數據，得到不同的核化溫度對微晶玻璃彎曲強度影響的關系圖4。從圖4中可以看出，在晶化溫度為900℃保溫1h條件下，試樣的彎曲強度呈現為隨著核化溫度的升高，核化溫度為760℃的微晶玻璃試樣強度較大，達到204.32MPa。隨著核化溫度的進一步提高，微晶玻璃的彎曲強度減小，當核化溫度達到800℃時，微晶玻璃試樣彎曲強度下降到156.47MPa。結合圖3可知，隨著核化溫度的升高，微晶玻璃的晶粒數量呈增大趨勢，致密度提高，且晶粒分布越來越均勻，雖然有大量細小均勻的晶粒產生，但微晶玻璃內仍有大量連續的玻璃體存在(由圖2可知)，微晶玻璃材料的破壞通常是沿著晶界玻璃體進行的，由于基體內玻璃體的存在斷裂強度較大，所以微晶玻璃的彎曲強度較低［16］。760℃核化處理后，微晶玻璃基體內晶粒明顯增多，其內部玻璃體減少，玻璃體的連續被打破，晶粒間分布均勻致密，此時微晶玻璃有較大的彎曲強度值。而800℃核化后，微晶玻璃內部的微觀組織出現缺陷，這可嫩由于過高的核化溫度使得晶粒凝聚、重熔導致微晶玻璃內部過大的組織應力而出現微裂紋，從而使微晶玻璃的彎曲強度下降［16］。

2.3晶化溫度對微晶玻璃結構和性能的影響

為了確定微晶玻璃優化的熱處理溫度，將基礎玻璃試樣在760℃下核化3h，然后在900、940、980和1020℃晶化處理1h，所得微晶玻璃試樣的X射線衍射結果如圖5所示。由不同的晶化溫度得到的XRD可以看出，在900、940、980和1020℃晶化溫度下得到的主晶相為普通輝石(Ca(Mg，Fe，Al)(Si，Al)2O6)。在2θ角等于30°和35°時，XRD曲線中有非晶相引起的比較平緩饅頭峰，這說明微晶玻璃試樣中不僅存在普通輝石的晶態結構，同時也有未結晶的非晶成分，饅頭峰整體比較平緩，說明晶化處理后的微晶玻璃析晶情況良好。隨著晶化溫度從900℃升高到1020℃，主晶相普通輝石的衍射峰呈現逐漸增強趨勢，曲線(3)中微晶玻璃試樣在980℃的晶化處理后，主晶相衍射峰最強，當晶化處理溫度升高到1020℃時，曲線(4)中的晶體衍射峰減弱。圖6為經900、940、980和1020℃晶化處理后的微晶玻璃試樣的SEM圖。試樣經過核化后，通過晶化處理能夠使數目眾多的晶核形成。經過900℃晶化處理的圖6(a)中，有大量形貌接近于圓形形態的晶粒生成，一些晶粒尺寸30～50nm的晶粒團聚在一起，排列緊密，同時視域中左上角還存在一些尺寸約100nm的晶粒，晶體排列相對疏松。隨著晶化溫度的升高，940℃晶化處理的圖片6(b)中可以觀察到晶粒比較典型的凝聚成團的現象，大量尺寸約100nm的晶粒之間排列緊密，晶粒間的邊界相對于圖6(a)晶粒尺寸增大，其形狀更趨向規則化且結構致密。這對提高微晶玻璃的物化性能有利，是比較理想的晶化處理結果。與圖6(b)相比較，圖6(c)中尺寸約100nm的晶粒間相互接觸，但晶粒邊界清晰可見，圖中區域出現兩塊大的晶粒凝聚，晶粒間的邊界開始消失。在圖6(d)中，試樣隨著溫度的升高的延長，在整個空間內出現了晶粒的大量凝聚，在團簇體中的某些區域，已經觀察不到納米晶粒的邊界，部分晶粒已發生重熔。圖7為晶化后的微晶玻璃試樣與彎曲強度的關系。可以看出，隨著晶化溫度的升高，彎曲強度值呈現先增大而后降低的趨勢，在980℃時彎曲強度的較大值達到236.63MPa。當晶化溫度為1020℃時，彎曲強度下降到199.27MPa。微晶玻璃的力學性質不僅受晶體粒晶(材料構成)的影響，還受到的氣孔、裂紋、微應力，玻璃相和自身空隙等的大小、分布、形狀和分布狀態等因素影響。如將這些影響因素，可以認為，微晶玻璃的粒晶越小，成核密度越大，則強度越高。結合圖6可知，隨著晶化溫度的升高，微晶玻璃試樣形成晶粒數量逐漸增多，晶體含量增加，且晶粒分布越來越均勻，致密度提高。在980℃晶化處理后，微晶玻璃基體內產生了大量細小均勻的晶粒，整體析晶狀況良好，此時微晶玻璃有較大的彎曲強度值。而1020℃晶化后，微晶玻璃內部的微觀組織出現缺陷，發生了晶粒回收的重熔現象，導致晶體內部結構產生了缺陷，試樣的彎曲強度反而降低。

3結論

1)利用煤矸石和鐵尾礦為主要原料，可以制備具有優異機械強度的CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系微晶玻璃，其主晶相為普通輝石(Ca(Mg，Fe，Al)(Si，Al)2O6);2)通過熱處理制度對微晶玻璃結構和性能的研究可知，煤矸石鐵尾礦在熱處理制度為:760℃核化3h，晶化溫度980℃，保溫1h的條件下，可制備抗彎強度為236.63MPa的微晶玻璃;3)隨熱處理溫度升高，煤矸石鐵尾礦微晶玻璃主晶相的種類沒有改變，但其衍射峰呈現先增強后減小的趨勢。同時，微晶玻璃的彎曲強度會提高，但熱處理溫度過高內部就會出現晶粒凝聚、重熔導致微晶玻璃內部過大的組織應力而出現微裂紋，從而使微晶玻璃的彎曲強度下降。

作者：王長龍 梁寶瑞 鄭永超 劉世昌 楊建 單位：北京科技大學土木與環境工程學院工業典型污染物資源化處理北京市重點實驗室 河北工程大學土木工程學院 清華大學材料科學與工程學院先進材料教育部

熱處理論文:機械加工零件熱處理技術探析

0引言

在機械零件加工產業中一直流傳著“運用好熱處理技術，零件一當數個”的句子。由此可見，在機械零件加工技術中，熱處理技術是尤為重要的。因此在機械零件加工過程當中，其零件的質量是受熱處理技術影響的，即熱處理技術運用較好，零件產品的品質就好。因此，在機械零件加工的過程中必須運用好熱處理技術，這是提升產品質量最為直接的有效方法。

1熱處理加工技術的重要性

在機械零件加工的過程當中合理地運用熱處理技術，既能夠提升零件的質量，又能夠減少不必要的損失。因此，對熱處理技術必須給予足夠的重視，這是產品質量的重要保障。

2零件加工的方法

2．1機加工的方法正確的機加工能夠促使熱處理加工的質量得到提高，反之會造成切削加工過后機械零件的表層較為粗糙，且還為下一階段的淬火埋下了裂紋的起因，促使零件經過熱處理后形成軟點和較大的多余應力。

2．2線切割的加工方法

線切割的加工方法在如今也被廣泛運用著，它能夠促使形狀較為復雜的模具零件加工工作簡單化。但是其加工過后，零件的表層性能會產生變化，且還會有較多的微裂紋以及不穩定相，從而導致零件的使用壽命不長。

3合理運用熱處理加工技術

3．1預熱環節的處理

要想保障零件在加工過程當中的切削性能、精準度以及降低變形率，就必須對零件的質量和尺寸預熱環節處理進行提升。各類機械材料在切削性能中都有著相對應的硬度限值與結構組織。例如:亞共析鋼材料，其材料的組織較為均勻、晶粒細小，從而優化了其切削性能，進而提高了其在加工過程當中的精準性，為零件在進行熱處理加工時提供了較好的保障。另外，除最終的熱處理環節外，預熱環節的處理以及零件的鍛造也是尤為重要的影響因素，因此，機械零件在加工時，技術人員須做到對整體過程的內在質量狀況進行了解。

3．2在機械加工過程的合理安排

由于機械零件的內部應力結構較為復雜，且其幾何形狀也有所不一，特別是熱處理的加工過后其應力的分布又進行再一次的排序，因此機械零件在加工程序的淬火階段會產生較為強大的組織應力以及熱應力，從而造成零件最終的變形規律復雜化。因此，零件加工的技術人員在對零件加工及熱處理的工藝制定過程中，勢必要對從零件的選材、工藝參數的設計以及實際加工結果等方面建立一個完善、齊全的工藝檔案，而建立數據檔案之后，既能夠減少技術人員在查閱資料時所耗的編制時間，又能夠減少對技術人員的勞動要求，從而促使在材料的選擇上和工藝參數方面能夠獲得良好的經濟價值與適用價值，并且還需在這基礎之上，對其不斷地優化改進，從而提高機械零件的加工質量。

4舉例

4．1選擇材料

對零件而言其選材是否正確、質量是否良好以及使用的合理性是嚴重影響自身使用壽命的三個因素，因此在選材時既要考慮到零件的使用性及成本問題，又要考慮到零件的加工性能，不然就直接造成加工成本不必要的提升從而取得反效果。1)低合金鋼，其材質優良在熱處理的性能上能夠取代碳素鋼，從而進一步的避免了因設計不合理而造成的變形開裂等質量問題。2)模具鋼既適用于冷作模具，又適用于塑料模具。因此，模具的選材過程中先要考慮模具的使用性能，其次是模具的熱處理加工工藝。

4．2進行熱處理加工

其淬火溫度常用30℃～50℃，而要想鋼能夠達到不同的性能，其淬火溫度須向或高、或低兩個方向展開，從而在保障強度的同時，又能夠促使材料的塑性和韌性等得到優化改善，從而減少在淬火過程中的變形和開裂問題的發生率。機械零件在加工過程當中出現缺陷，其主要原因是由于加工的操作不正確以及工藝的設計不合理性而導致的。因此，要想保障零件加工的質量，就必須盡可能的避免這兩個原因的發生情況，這樣才能夠保障零件的熱處理加工質量以及機械零件在加工過程中所產生的內應力可以通過回火的處理方法進行消除或降低。其零件結構設計的不合理也可通過增加工藝孔、組合結構以及進行線切割的加工方式進行完善優化。

5結語

綜上所述，對零件的熱處理加工技術有所影響的主要為兩個方面:機械零件在結構的設計上與運用熱處理加工技術上。這兩個因素是相互影響、相輔相成、缺一不可且不能分開的。因此，在機械零件的結構設計過程當中，即需要重視結構設計的合理性，又需要注意熱處理技術的運用方法，否則機械零件的質量勢必會存在缺陷，造成不必要的損失。而且我們還需要不斷地去學習、去進步，從而不斷的完善機械零件的熱加工技術。

作者：趙彥君 單位：陜西建設機械股份有限公司

熱處理論文:中職學校金屬材料及熱處理教學方法

1巧妙導入新課，激發學生的學習興趣

激發學生的學習興趣是提高教學質量的有力措施之一，成功的新課導入能有效吸引學生的注意力，點燃學生探索知識的火花，也是開啟師生交流溝通的渠道。著名特級教師于漪曾說過，“課的及時錘要敲在學生的心靈上，激發起他們思維的火花，或像磁石一樣把學生牢牢地吸引住”。學生以強烈的好奇心和飽滿的精神去接受和徜徉在知識的海洋里。筆者在講授鈦及鈦合金這節內容時，首先提問：同學們，大家知道太空合金嗎？學生七嘴八舌回答：用在太空飛行器或空間站的合金，像神州7號飛船，宇宙空間站。教師給予學生回答充分肯定，在調動學生被寄予厚望的學習積極性基礎上，再問：太空合金在我們日常生活中有無應用？用在哪些地方？有什么顯著的特點？學生順著這一思路，展開思考和想象，學生與教師對答，愉快互動，好奇心不斷地驅使學生探尋，教師又問學生為什么會出現這樣的特點？進而引出鈦的組織結構和性能等？由一“點”吸引學生注意力、好奇心、探索欲望，筆者使用，效果不錯。在學習鐵碳合金相圖時，提問：在電視和電影中，看到鋼鐵燒熱發紅，再捶打，為什么要“趁熱打鐵”？學生答不出原因，只說生活經驗告訴他們的，教師拋出奧氏體概念，說明“趁熱打鐵”的溫度在1000℃～1200℃，這時的組織為奧氏體，因塑性好，易于變形。

2口訣和順口溜，幫助學生記憶

本課程涉及知識點內容多而雜，學生對新知識的掌握容易混淆，教師要善于透過現象去抓住事物的本質，并以口訣、順口溜或簡明文字表達，讓學生迅速地印記在自己的大腦里，在教學中使用效果良好。在學習鋼的熱處理這章內容時，為了學生更好理解四種整體熱處理不同，教師要用口訣一語道破，“退火軟化，正火強化，淬火硬化，回火韌化”，告訴學生圍繞這一特點，展開目的、分類、組織等內容學習，學生心中一目了然，學習做到有的放矢。鐵碳合金相圖是本課程的重要內容，該內容既有較深的理論知識又要具備較強的實踐認識，特別是合金相圖各種組織的分析往往是學生學習的難點？教師選擇什么樣教學方法提高學生興趣，使學生較好地掌握所學內容，是教師備課時重點思考的問題。通過教學實踐，編制口訣，是好的記憶方式，口訣如下：溫度成分建坐標，鐵碳二元兩邊站，共晶共析液固線，三垂豎線組織標，相間組織兩相合。在組織分析時，首先分析特殊點，即含碳量為0.77%、2.11%、4.3%、6.99%的組織轉變，在這些特殊點之間的組織，即為相鄰兩特殊點組織的合并，并舉出一示例說明，學生能理解和接受。為了便于學生理解和記憶各種鋼材牌號，教師告訴學生材料牌號的特征和規律，編出順口溜或口訣，讓學生能盡快地熟悉、掌握。如合金鋼，順口溜如下：Q頭獨老大，低強高結鋼；G頭獨老大，滾動軸承鋼；兩星含碳125，合金滲碳鋼；兩星含碳255，合金調質鋼；兩星含碳457，合金彈簧鋼。將枯燥識讀記憶變得富有情趣、化“腐朽”為神奇。

3鞏固材料牌號，促進學生理解

本課程學習的重點之一是多種材料的牌號、組織、性能及用途。這些材料分別是非合金鋼、合金鋼、鑄鐵、鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金、高分子材料。這些材料中每一類又包含很多種不同的型號，因此學生很容易混淆，張冠李戴，容易出現抵觸情緒，而我們的學生基礎弱，學習習慣差，需要教師不斷督促，以牌號的熟悉和記憶為主線，了解每類材料用途和性能，所以進入非合金鋼內容到合金鋼等各類材料的學習，老師幾乎要每次課花10分鐘時間，請學生根據黑板上的牌號說出鋼種和含碳量、用途。答對的學生，每次加5分，答錯不扣分，學生踴躍舉手回答，效果不錯。

4發揮學生想象力，推動學生學習

好奇心是每個學生的共有特性，教師根據學生好奇心所在，圍繞教學內容針對性提出問題，布置練習，或小組合作等，學生都會躍躍欲試，完成的結果出乎預期，思維活躍，發散性好。教師只需因勢利導，引申和擴展知識，教學雙邊是愉快互動，教師的教就能推動學生向更廣闊的知識邁進。例如學習高分子材料之一膠粘劑，首先提問為什么不同材料能夠粘接在一起，是什么原因？再進一步設問，平時見到哪些膠粘劑？學生答：502、氯丁膠、涂墻壁的膠、粘鞋的膠。教師再問：它們都有哪些特點啊？學生凝思，討論，答案多樣。學生在疑惑和好奇的驅使下，探尋“真相”，教師如同魔術師一樣不斷地變化和展示，鈦合金手表、鈦合金人體關節就是利用鈦合金無毒，與人體不發生過敏反應的特性等等，直到全部答案。

5運用課件和視頻，增強課堂教學效果

多媒體課件和視頻的合理運用，能使抽象的教學內容具體化、形象化，而且對于缺乏感性認識的學生，能以這種最便捷的方式，了解真實的工作場景，如金屬材料的拉伸試驗、鋼的熱處理受設備條件限制，沒有現場操作演示，學生難以理解加熱、保溫、冷卻等具體工藝過程，通過多媒體課件演示，讓學生置身實驗室和車間，貼近真實工作場景，增加課堂教學生動性、趣味性，調動學生學習的積極性。目前中職學校，學生端坐在“秧田”式的教室里，多媒體課件和視頻無疑是好的教學手段。本人在教學中大量采用，效果不錯。

作者：刁端琴 單位：重慶市輕工業學校

熱處理論文:鋁合金擠壓制品熱處理分析

1擠壓制品在線淬火的優點

⑴無需重新加熱，大大降低了產品的能耗，且不會因長時間加熱導致晶粒變大而出現粗晶環現象;⑵簡化了生產工藝流程，在擠壓機列上連續完成淬火、矯直、成品鋸切等作業，減少中間制品的堆放場地，大大縮短了生產周期，提高了生產效率;⑶沒有中間制品的吊運過程，制品長度不受吊運和淬火爐的限制，制品輸送過程受到很好的保護，減少了幾何廢料和工藝廢料的損失，提高了制品的表面質量和成品率;⑷在機列上連續完成作業，大大降低了工人的勞動強度，也為無人操作的全自動控制創造了必要的條件。

2實現在線淬火的基本條件

鋁合金淬火時，通過快速冷卻把高溫時的固溶組織保留至室溫，形成室溫下的過飽和組織。通過自然時效或人工時效使過飽和組織中的強化相呈彌散狀析出，以達到強化的效果，特別是能夠顯著提高材料的抗拉強度。合金組織中具有強化相，且強化相在合金中的溶解度隨溫度有明顯變化的合金，才具有淬火強化的效果，即為可熱處理強化的合金。在線淬火雖然有很多優點，但由于受擠壓過程的限制，也存在較多弱點，不是所有可熱處理強化的合金都適用在線淬火并獲得理想的強化效果，只有符合下述條件的合金和制品才適合采用在線淬火方式來淬火。

2．1合金的淬火溫度范圍寬淬火的溫度范圍反映在該合金固相線與強化相固溶線(即強化相析出線)之間溫度范圍的寬窄上，即合金的淬火敏感性。溫度范圍寬，淬火敏感性低，反之淬火敏感性高。淬火敏感性低的合金適合在線淬火并能獲得滿意的強化效果;淬火敏感性高的合金在線淬火往往不能獲得滿意的強化效果，不適用在線淬火。

2．2合金淬火時的冷卻速度冷卻速度是指單位時間的溫度降低數值，淬火時的冷卻速度，是指從高溫冷卻能保持高溫組織而不析出強化相所需的溫降速度。不同合金對淬火冷卻速度的要求有很大差異，有些合金在冷卻過程中強化相不易析出，需要的冷卻速度可以很小，如6063合金，淬火時的冷卻速度只需≥1℃/s，而一些7xxx系合金要求的冷卻速度約300℃/s。淬火敏感性低的合金需要的淬火冷卻速度也低，反之需要較高的冷卻速度。淬火的冷卻速度除了與合金特性有關外，還與制品的尺寸形狀有關。壁薄制品溫降速度快，所需冷卻速度低;壁厚制品由于芯部熱量不易散出，需要較高的冷卻速度。實心型材相對散熱面積大，需要的冷卻速度低，而空心型材相對散熱面積小，空腔內的熱量不易散出，因而需要較高的冷卻速度。在線淬火裝置可滿足不同冷卻速度的要求，可設計出不同冷卻強度組合，但對于要求冷卻速度快尤其是大管、大棒工業型材不適合在線淬火。

2．2合金淬火時的轉移時間

合金淬火時的轉移時間，對離線淬火是指制品離開加熱爐至進入水中的時間;對在線淬火，是指制品出模口至進入冷卻區的時間。這段時間內制品裸露在大氣中，會產生一定的溫降，時間越長，溫降越大。轉移時間其實也是轉移速度的大小，更重要的是進入冷卻區的速度。如果進入冷卻區的速度小于金屬的傳熱速度，制品就會在進入冷卻區前因內部金屬傳熱而導致較大的溫降，當溫度降至強化相析出溫度時，淬火冷卻前就已發生強化相的析出，因而會影響淬火的強化效果。淬火敏感性高的合金，要求的淬火轉移時間也短。在線淬火制品的轉移時間和進入冷卻區的速度取決于擠壓速度，中小型擠壓機從模子出口至冷卻裝置的距離較小，轉移時間較短，但當擠壓速度較低時也很難滿足制品進入冷卻區的速度。大中型擠壓機模子出口至冷卻裝置的距離長，且擠壓速度也往往較低，很難滿足一些淬火敏感性高的合金對轉移時間的要求，只有淬火敏感性不高的合金才適合在線淬火處理。

3鋁擠壓制品在線淬火實例

西北某鋁制品加工企業專門為軍工部門提供高品質管棒型材產品。合金主要為5083-F、6063-T5、2A12-T4，規格為Φ80～Φ380mm×5．0～50．0mm的大管材;合金為2A12-T4、6061-T6、7A04-T4，規格為Φ30～180mm×4000～12000mm的擠制特大棒材;產品主要應用于國防軍工、石油開采、海水淡化、電力輸變電等。其中2xxx系、7xxx系及部分6xxx系等可熱處理強化的硬鋁合金棒，由于其具有良好的加工性能和力學物理性能，主要用作內燃機活塞及汽輪、飛機發動機葉片毛坯等。另外該企業還能生產部分10～150cm2×6000～30000mm，較大外接圓直徑450mm的車輛制造用扁寬型材。該企業主要產品2xxx系、7xxx系及6xxx系淬火敏感性高的合金，要求淬火轉移時間短，其中石油輸送管直徑超過Φ300mm，壁厚一般都超過7．0mm，軍工用特大棒材直徑均超過Φ250mm，對淬火要求極高。生產初期出現的技術廢品，主要原因是制品擠出后通過在線淬火處理時，冷卻強度及轉移時間無法使制品芯部的彌散強化相析出，導致出現明顯的芯表質量差異。鑒于大規格管、棒材采用在線淬火不能達到生產工藝要求，該企業通過采用大型立式淬火爐離線淬火的方式解決這一問題。該立式淬火爐可淬火制品較大長度12m，工作溫度460～550℃，爐膛有效區內金屬溫差≤±3℃，淬火轉移時間≤15s。而對于車輛制造用扁寬型材，該企業配置了強力在線風冷/水冷系統，其中冷風系統上下冷卻風機輸風量為12000m3/h;水冷系統采用自循環裝置，設置有冷水池、熱水池、水槽中輥道、大功率循環水泵、過濾器和換熱器等，整個裝置有效淬火長度7.5m，上部、下部、側部輸水量均為80m3/h，總輸水量204m3/h，能夠滿足絕大部分扁寬型材的淬火要求。

4在線淬火冷卻裝置的型式及設計時需注意的問題

在線淬火的冷卻方式有風冷、水霧冷卻、噴水冷卻和水溶冷卻，每種冷卻方式的冷卻強度均與其風壓或水壓，風量或水量有關。不同冷卻方式適用于不同的合金和制品。風冷的冷卻強度一般在5℃/s以下，水霧冷卻的冷卻強度可達到50℃/s，噴水冷卻和水溶冷卻的冷卻強度可達100～200℃/s甚至更大。介質的冷卻強度只表示其冷卻能力，不等同于制品的冷卻速度，制品的冷卻速度受自身等多種因素的影響。在線淬火冷卻裝置的型式有風冷式、水霧冷卻式、噴水冷卻式，風、霧、水組合冷卻式以及水溶冷卻式。不同冷卻裝置型式適用于不同的合金和制品。風冷式，主要用于6063合金和制品，強力風冷也可用于壁厚較薄的其他6xxx系合金制品。水霧冷卻式，主要用于壁厚較厚的6063合金、其他6xxx系合金、部分7xxx系合金的制品。噴水冷卻式，主要用于斷面較簡單，壁厚較厚的6xxx系、7xxx系合金的制品。風、霧、水組合冷卻式，主要用于斷面較復雜的6xxx系和部分7xxx系合金的制品。水溶冷卻式，主要用于斷面較簡單，壁厚較厚的6xxx系和部分7xxx系合金的制品。不同冷卻裝置型式的結構和控制的復雜程度相差較大，裝置的作用也相差很大，因此在選擇或設計時應注意以下方面:⑴根據處理的產品選擇合適的裝置型式根據在線淬火的制品來選擇既實用又簡單的冷卻裝置。生產建筑門窗型材產品，可選擇一般風冷裝置，生產建材幕墻型材產品，可選擇強力風冷或水霧冷卻裝置，生產復雜斷面工業型材產品選擇風、霧、水組合冷卻裝置;⑵復雜斷面型材的冷卻強度需沿斷面可調冷卻強度可調主要用于冷卻速度較高、制品斷面較復雜制品的冷卻。復雜斷面往往是非對稱和壁厚不一樣的斷面。由于斷面上各部分的金屬量不同，金屬量少的部分含熱量少而容易散熱降溫，其冷卻速度快;金屬量大的部分含熱量大而不易散熱降溫，其冷卻速度慢。斷面上各部分冷卻速度不同會產生內應力而導致變形，復雜斷面型材要盡量避免由于冷卻不均勻而導致的變形，因此，要求冷卻裝置沿斷面各部分的冷卻強度可以調節，通過調節壓力、風量、水量或噴射角度等來調節冷卻速度;⑶冷卻強度分段可調以減少高溫變形制品在高溫下激冷時最容易產生變形，應盡量避免在高溫區(450℃以上)產生激烈的冷卻，因此淬火裝置的冷卻強度要求能分段控制。開始冷卻段制品處于高溫區，此段冷卻強度既要滿足制品冷卻速度的要求，又要避免因冷卻速度過快而產生變形;中間段可增大冷卻強度，但此時制品仍處于較高溫度狀態，冷卻速度太高也容易產生變形，因此仍需要適當控制冷卻速度;出口段制品溫度已不太高，可采用較大冷卻速度使制品在冷卻裝置出口處的溫度降至150℃以下。

5結束語

在線淬火是一種高效、節能的鋁型材生產技術，可縮短生產流程、提高生產效率、降低生產成本。實現在線淬火主要考慮合金淬火的溫度范圍、冷卻速度和轉移時間等三個因素;針對不同合金，選擇不同的在線淬火裝置，才能使在線淬火獲得好的熱處理強化效果。但在線淬火不是一種萬能的生產工藝，對于淬火敏感性高的大規格硬鋁合金管棒材，必須采用離線淬火的方式才能滿足產品需要。

作者：陳啟峰 單位：洛陽有色金屬加工設計研究院

熱處理論文:鋁合金汽車板連續熱處理探析

1連續熱處理生產線在鋁合金汽車板生產中的應用現狀

當前，國外著名的鋁汽車板生產商主要有諾貝麗斯公司(Novelis)、海德魯鋁業公司(HydroAluminium)、美國鋁業公司(ALcoa)、愛勵國際(Aleris)、肯聯鋁業(Constellium)、日本神戶制鋼和日本聯合鋁業［1］。這些大型鋁業公司設有汽車鋁板帶研發專業機構，負責汽車鋁材的研究開發、生產與技術服務;除擁有現代化的熱軋、冷軋裝備外，還配置了高技術水平的精整熱處理生產線，能夠根據汽車生產廠家的要求批量供應高水平的汽車板產品。當前世界較大的鋁合金車身板供應商諾貝麗斯公司，現有5條汽車板連續熱處理生產線在運行，是一家在亞洲、歐洲和北美洲三大主要汽車生產區域擁有制造汽車鋁板能力的供應商。其汽車板生產線主要位于歐洲的德國Nachterstedt和瑞士Sierre工廠、北美的奧斯威戈(Oswego)工廠及中國的常州工廠。諾貝麗斯在常州建設的汽車鋁板熱處理生產線(2014年8月投產)，帶有完整的連續熱處理、拉矯和表面處理功能，是目前國內及時條完整的汽車鋁板熱處理生產線。西南鋁和南南鋁雖然也有連續熱處理爐，但西南鋁的連續熱處理爐只有熱處理和矯直功能;而南南鋁連續熱處理爐的表面處理功能是預留的，因此只能生產硬合金薄板，不能算一條完整的汽車板連續熱處理生產線。國內實力雄厚大型的鋁板帶生產企業，如南山鋁業、天津忠旺、山東魏橋已經開始建設汽車板生產線，其精整熱處理生產線的裝機水平與目前國外同類設備相當，加上已經擁有的國際的熱軋、冷軋生產設備，將很快具備生產汽車板的硬件條件。但這些企業還沒有專門的汽車板工藝研發機構，目前主要依靠購買國外軟件服務包，缺乏后續的產品工藝研發能力。隨著諾貝麗斯常州工廠的投產，國內已經具備了鋁合金汽車板生產的能力，但其生產技術為國外壟斷。雖然國內大型鋁板帶企業也開始建設汽車板連續熱處理生產線，但均未投產，且缺乏自主知識產權的生產工藝技術，生產受制于人。中鋁公司目前主要利用瑞閩的軋制生產線和西南鋁的熱處理生產線，試制的寬幅(1950mm)6016汽車板材可滿足上海通用、寶馬、日產等多家汽車公司的性能要求，產品正在相關認證當中，只是由于熱處理設備的限制，還不能批量生產供應。目前國內新建的鋁合金連續熱處理生產線大多采用引進的設備，爐子段采用了Ebner公司的，表面處理段、拉矯段等其它部分采用BWG或Tenova公司的。在連續熱處理生產線的選擇上，企業大多兼顧2xxx、7xxx系硬合金薄板的生產，表1為典型連續熱處理生產線的基本技術參數。表1連續熱處理生產線主要技術參數Tab．1Maintechnicalparametersofcontinuousheattreatmentline項目技術參數合金牌號5xxx、6xxx、7xxx系產品規格0．5～4．0mm×1000～2200mm來料規格Max．Φ2600/610mm×1000～2200mm卷材重量Max．23000kg加熱方式天然氣加熱冷卻方式水冷、風冷加熱爐區長度49m(10個區)金屬加熱溫度150～570℃爐膛工作區域爐氣溫度控制精度±2．5℃工藝速度Max．60m/min活套容量160m年產量60000～80000t

2汽車板精整及熱處理的生產工藝流程

冷軋鋁帶卷坯料用天車吊運至開卷機的鞍座上，開卷機對帶卷進行開卷，帶卷通過矯直、切頭、預清洗后進入入口活套;從活套出來的帶材經張緊裝置降低張力后進入爐子內加熱、保溫、冷卻，完成固溶熱處理;之后經矯直、表面處理、切邊、預時效、涂油后經卷取機收卷。前一卷的帶尾與后一卷的帶頭在入口段縫合機縫合，接頭在出口段的剪切機剪除，整條生產線連續運行。

3連續熱處理機組的工藝布置及機組組成

連續熱處理生產線是集熱處理、矯直、帶材表面處理等多種功能于一體的鋁帶材熱處理設備，總長可達600m左右，因此一般采用雙層布置，將入口設備和出口設備布置在一層，爐子布置在二層，以減少車間長度。同時可以預留部分設備空間，將來根據不同汽車企業的要求適時增加爐區長度或相關工藝設備。也有部分企業將熱處理和表面處理功能分別配置兩個機組上，根據不同的產品和要求使用設備，增加設備的靈活性。連續熱處理機組主要可以分為入口段、工藝段、出口段3個部分。

3．1入口段

為入口段工藝布置圖，主要包括開卷機、對中裝置、剪切機、切頭剪、帶材縫合機、切邊剪和碎邊剪、預清洗段、入口活套等設備，完成開卷、帶材頭尾剪切、連接、切邊等功能。

3．2工藝段

為工藝段工藝布置圖，主要包括氣墊爐(熱處理部分和冷卻部分)、拉矯機、表面處理等設備，完成帶材的熱處理、矯直、表面處理等功能。

3．3出口段

為出口段工藝布置圖，主要包括出口活套、切邊剪、預時效爐、靜電涂油機、出口剪、卷取機、皮帶助卷機等設備，完成成品檢查、涂油、切邊、分卷等功能。

4連續熱處理生產線主要構成設備工藝特點

4．1預清洗段

帶材在熱處理前需清洗脫脂，去除表面油漬。采用50～75°C的堿溶液對帶材上表面和下表面進行清洗。堿洗時間約3s，然后進行2次漂洗，及時次采用常溫去離子水漂洗，第二次采用50～75°C的去離子水漂洗，漂洗水循環使用。然后通過帶有吹邊裝置的烘干機進行烘干。

4．2張緊裝置

帶材在不同工段處的張力不盡相同，張緊裝置可以把各個區域的張力隔開，不同區域設置不同的張力。開卷和卷取張力主要是防止帶卷發生松動擦劃傷和偏離中心線，開卷張力6～15MPa，卷取張力10～20MPa;活套張力過小易造成帶材與棍子間的滑動擦劃傷，入口和出口活套張力7～15MPa;爐區張力是控制的關鍵，為防止張力產生較大波動，爐內張力盡可能小，因此帶材進入爐體時張力應降至1～2MPa。

4．3活套

機組設有入口和出口活套，入口活套的作用是存儲足夠長的料，在入口換卷時提供連續不斷的帶卷保障。出口活套使帶材在出口段換卷時能夠連續運行，儲料長度則根據工藝速度確定，工藝速度60m/min時，長度需160m左右，工藝速度達100m/min時，長度需260m左右。活套的形式有立式活套和臥式活套，最初的設計大多采用立式活套，帶材不易下垂，避免造成擦劃傷。但立式活套需要的設備基礎較深或廠房較高，生產長度也相應增加。因此目前有采用臥式活套的，為了避免帶材下垂造成帶材的擦劃傷，需要設置帶材托輥裝置。為了縮短生產線長度，國外有的廠家采用入口立式活套，出口臥式活套。

4．4氣墊爐

氣墊爐和冷卻裝置一起安裝在一個鋼結構平臺上(二層)，帶材通過爐子和淬火段，在爐內連續運行，料帶表面不會與設備上的任何部件發生接觸。氣墊爐采用天然氣加熱，爐風通過安裝在風機進風口處的燒嘴實現加熱，然后流經噴嘴箱內的噴嘴以垂直方向從上下兩個方向吹向帶材表面，通過這種方式能夠實現對材料的快速加熱。噴嘴交替分布在帶材上部和下部，帶材以正弦形狀通過爐區，保障了帶材穩定的懸浮于爐體中。通過徑向流動風機實現熱風循環，爐內氣流離開噴嘴時的速度與所處理的帶材相適應，可通過調整變頻驅動循環風機的轉速來調節該速度。氣墊爐分成10～12個分區，產能約8萬t，通常根據產能確定分區數量。每個分區有兩個循環風機，一個在爐頂，一個在爐底。爐內較高溫度達600°C，爐氣溫度范圍300～580°C，保溫精度±1．5°C。生產6xxx系鋁合金汽車板時，540～570°C保溫60s后進入冷卻區進行空氣冷卻。冷卻部分分區根據其速度確定，為全封閉式。1號冷卻區為水淬冷卻，冷卻區入口的頂部和底部裝有氣刀，以防止水進入爐內，高壓水噴嘴組上下對稱安裝在水刀之后。這些水噴嘴用于需要快速冷卻的2xxx系及7xxx系合金。對于給定的合金品種，需要的冷卻率可達500°C/s，淬火水采用去離子水。2～7號冷卻區為空氣冷卻，用于對帶材進行空氣冷卻和干燥。6xxx系鋁合金汽車板使用空氣冷卻，冷卻段出口處料帶溫度≤65°C。

4．5矯直裝置

矯直裝置采用的是拉伸和彎曲相結合的矯直形式，即通過張力輥與彎曲輥的共同作用，使帶材在承受張力小于屈服極限的情況下產生局部塑性延伸，從而改善板形。汽車車身板對帶材表面的要求非常高，厚度約1mm的汽車板只能通過純張力拉伸模式。對于2xxx系和7xxx系合金或者較厚的帶材，采用拉伸彎曲相結合的矯直工藝。矯直裝置入口的張緊裝置可為帶材出氣墊爐后增加帶材張力，并為矯直裝置提供反張力，其較大張力可達500MPa，可生產2xxx系和7xxx系硬合金薄板，出口處張緊裝置可降低矯直裝置出口處的張力。矯直裝置裝備噴洗系統，帶材經過拉伸輥時，帶材表面的鋁氧化物細屑會脫落且粘在拉伸輥上，從而導致拉伸輥凸起和震動，會使帶材產生不可接受的擦劃傷。

4．6表面處理段

表面處理段的功能是完成鋁帶材表面的清洗及鈍化處理，通過鈍化處理在鋁帶材表面形成一層保護膜。一方面可以保護鋁帶表面不被氧化腐蝕，另一方面可以增強鋁帶在下游工序的粘著力，有利于吸附潤滑劑和沖壓成形，增強其與油漆、粘接劑的結合，有利于車身的黏接和上漆。帶材清洗首先進行堿洗，用60～70°C的堿溶液對帶材上表面和下表面進行噴射式清洗。堿洗時間約6s，然后進行2次漂洗，及時次采用常溫去離子水漂洗，第二次采用40～60°C的去離子水漂洗，漂洗水循環使用。然后再進行酸洗，酸洗時間約6s，然后進行2次漂洗，漂洗完之后開始進入鈍化處理。因為帶材表面油漬在預清洗和爐子段燃燒后已經很少，堿洗有時可以省去，但酸洗必須配備。鋁合金車身板的鈍化處理采用化學轉化法，即在不通電的情況下，鋁表面與鈍化劑(氧化性溶液)發生反應，在其表面生成與基體有較好附著力的、不溶性的轉化膜。針對汽車企業不同的產品要求，表面鈍化處理主要有浸涂、噴涂和輥涂三種型式。浸涂。鋁帶材通過含有鈍化劑的槽液完成鈍化處理，控制好槽液溫度，浸涂完再經過2次漂洗，漂洗水為50℃的去離子水，然后用蒸氣加熱的熱風烘干，烘干后進入出口活套。噴涂。其特點是通過物理作用(如靜電噴涂是通過噴射梁噴射)來實現，在美國普遍使用Ti、Ti/Zr噴涂，因該涂料可以很快的形成化學反應，在烘干前已經完成了80%的化學反應。輥涂。輥涂機由一個主機架和兩個涂頭構成，涂頭對稱板帶設置。一個涂頭涂覆板帶上部，稱上涂頭;另一個涂覆板帶下部，稱下涂頭。每個涂頭的涂覆輥能將帶材推離理論通過線，使帶材輕微纏于涂料輥但不超過帶輥間的較大壓力，依據涂料輥的公稱直徑和磨損變化。如果采用輥涂工藝，輥涂之后需進入紅外線烘干爐，對帶材涂層進行立式加熱烘干，烘干后進入出口活套。

4．7預時效爐

預時效爐用于對表面處理后的鋁帶進行預加熱或預時效處理。帶材固溶處理后進行預時效處理，使帶材具有良好的成形性和烘烤硬化性。加熱方式采用高速熱風吹向帶材兩面，循環熱空氣用直接燃氣式燒嘴加熱，速度約40m/min，入口溫度30℃，出口溫度110℃。

4．8靜電涂油機

靜電涂油機采用靜電噴霧的方式，將加熱熔化的固體潤滑油涂在帶材的單面或雙面，可根據帶材速度控制油量。涂油室內安裝著上、下涂油噴嘴，帶材從其中自由通過。高壓靜電源輸出100kV左右的負直流高壓，加在涂油噴嘴上，使噴嘴和作為接地板的帶材之間產生高壓靜電場。帶有負電荷的油液在高壓靜電場中霧化并被吸附在帶材表面上，形成勻薄的油膜。靜電涂油機按其外觀分為兩種，一種是臥式靜電涂油機，涂油量范圍在500～3500mg/m2(單面);另一種為立式靜電涂油機，涂油量在2～25mg/m2(單面)。

5結束語

連續熱處理生產線是生產汽車板的關鍵設備，最初，多數生產線是由設備制造廠家和汽車板生產企業共同開發的，工藝要求由汽車板生產企業提出，產品要求由下游汽車廠家提出。目前，國外設備廠家可以提供成熟的整套設備，為國內汽車板生產企業提供了機遇，縮短與國外汽車板生產企業的差距。

作者：李志剛 劉小玲 李鵬輝 單位：洛陽有色金屬加工設計研究院

熱處理論文:熱處理合金組織耐蝕影響

近年來隨著石油工業的發展，高含硫化氫、二氧化碳氣田相繼被發現［1］。針對高含H2S／CO2油氣田選用的封隔器材料，要求具有優異的耐腐蝕性，并且承受壓差等級為70MPa。現有的碳鋼和合金鋼封隔器難以滿足高含H2S／CO2油氣田開采的要求，根據住友公司和NKK選材圖［2］，金屬材料中只有鎳基合金適合高含H2S／CO2酸性氣田的開發要求。Inconel718鎳基合金是一種時效強化的高溫合金［3］。由于該合金具有優異的綜合性能，被廣泛應用于航空航天領域［4］。據報道約35％的高溫合金產品是由Inconel718合金制成的［5，6］。近年來，國外石油公司哈里伯頓把鎳基合金Inconel718應用到油田領域，用作封隔器主體材料，取得了良好的效果，其工藝技術非常完善，所設計封隔器具有先進、、結構合理等特點。而本國開發高酸性油氣田的封隔器材料，技術上仍然依賴國外公司。本研究通過不同熱處理工藝，分析了Inconel718鎳基合金的微觀組織，力學性能，并初步評價了耐蝕性能。綜合考慮力學性能和耐蝕性能，給出了一種合適的熱處理工藝制度，為酸性油氣田封隔器的制造提供理論依據。

1材料制備及實驗方法

1．1材料制備本研究所用Inconel718鎳基合金取自封隔器主體的一部分，其化學成分如表1所示。經軋制成厚度為3mm的板材，在不同的溫度下進行固溶處理、時效處理。對不同熱處理的合金分別制備成相應尺寸的樣品，進行顯微組織、力學性能、耐蝕性能測試。

1．2實驗方法固溶處理：材料經過200℃／h隨爐分別升溫至940，960，980，1000，1020，1040，1060℃，保溫1h，水冷。時效處理：對固溶處理的試樣進行720℃保溫8h，50℃／h冷卻至620℃保溫8h，空冷。顯微組織分析：采用S－360型掃描電子顯微鏡對熱處理樣品進行組織觀察，采用JEM－2100型透射電子顯微鏡對時效析出相的結構進行評定。力學性能測試：使用HRS－150測量洛氏硬度。試樣加工成13mm×1mm的絲材共七組，每組3個試樣，經固溶＋時效處理后，分別進行拉伸實驗，測定屈服強度、抗拉強度和伸長率的平均值。腐蝕掛片實驗：樣品尺寸為50mm×10mm×3mm。經磨光、清洗、干燥后置于高溫高壓反應釜中進行為期7天（168h）的腐蝕實驗，實驗條件是CO2分壓6MPa，H2S分壓6MPa，介質溫度120℃，并加入10g／L的S。實驗結束后，取出試樣記錄表面腐蝕情況，計算平均腐蝕速率。應力腐蝕實驗：根據GB／T15970．2—2000標準進行實驗。腐蝕環境為H2S分壓5MPa，CO2分壓11MPa，并且向溶液中添加了3g／L的S，實驗溫度160℃，實驗所用液體為普光油氣田模擬水，進行高溫高壓720h應力腐蝕實驗。

2結果與討論

2．1熱處理對組織的影響圖1為Inconel718合金經不同溫度固溶處理的掃描電鏡照片，從圖1看出，隨固溶溫度升高，奧氏體晶粒長大。固溶溫度低于1000℃時，組織為奧氏體基體和δ相，當固溶溫度超過1020℃時，δ相全部溶入奧氏體中。研究表明加熱溫度超過650℃以上時合金中不穩定的γ″相將分解為穩定的δ相［7］。由能譜分析證明白色顆粒即為δ相。合金中δ的分布和數量隨著溫度的升高有明顯的不同。當固溶溫度（940℃）較低時，δ相一般在晶粒的邊界分布。隨著溫度的升高（960～1000℃），δ相的數量變少且在晶粒內部也能發現有顆粒狀的δ相分布。當溫度升高到1020℃時，放大10000倍的照片中已經很難看到δ相的存在，判斷δ相全部溶入奧氏體組織中。圖2為不同固溶處理的合金經過720℃×8h50℃／h620℃×8h時效后的掃描電鏡照片，與圖1（固溶處理）的組織相比看不出明顯的變化，說明時效處理并沒有改變δ相的分布和數量，也沒有改變原始奧氏體晶粒的大小，這主要由于時效處理溫度較低。Inconel718是由γ″（Ni3Nb）來強化的［8］。由于γ″尺寸很小，在掃描電鏡下難以觀察到。圖3是1020℃固溶處理和時效處理的透射電鏡形貌像及對應的衍射斑點。從圖3（a）中可以看出基體中含有大量的位錯。對此區域進行衍射分析，發現只有一套斑點如圖3（b）。經計算可以得出，此衍射斑點所對應的晶體結構是面心立方。試樣經過1020℃固溶后，第二相粒子全部溶入基體，不存在δ相、γ′相、γ″相，經過720℃和620℃雙時效，第二相粒子從基體中析出。圖3（d）得到兩套衍射斑點，較亮的一套是基體產生的，而較暗的一套，分析知其晶體結構是體心四方［9］，判定為γ″相。從圖3（c）看出γ″相粒子非常細小，尺寸約在20nm左右，且大量均勻分布在基體上。

2．2熱處理對力學性能的影響

2．2．1固溶處理與時效處理后硬度對比從圖4可看出隨固溶溫度升高，洛氏硬度呈下降趨勢。這是因為隨固溶溫度的升高，材料中γ′相、γ″相、δ相逐漸溶入到奧氏體基體中，彌散強化作用減弱。另外，隨固溶溫度升高，晶粒長大，晶界強化作用減弱，硬度值下降。與固溶處理的硬度值相比，材料時效后硬度值有顯著的提高。時效后的硬度與前期固溶處理溫度密切相關，呈現出隨固溶溫度升高，硬度值先升高后降低的趨勢。經過1000℃固溶＋時效處理的材料硬度達到極大值。

2．2．2固溶＋時效處理后合金的拉伸性能圖5是Inconel718合金經過不同溫度固溶＋時效處理后，在室溫下測得的應力應變曲線。從圖5中得出Inconel718合金的彈性模量為205GPa。表2列出了屈服強度、抗拉強度和伸長率。從表2中看出，時效后材料的強度隨固溶溫度的升高呈現先升高后降低的現象，與硬度測試的結果吻合，在1000℃固溶＋時效時，屈服強度和抗拉強度出現極大值。Inconel718合金經過時效后由于γ″相的析出使其強度和硬度有很大的提高。合金主要強化相為γ″相，尺寸非常細小，且均勻分布在基體上。固溶溫度較低時，合金中存在δ相，時效后δ相依然存在且體積分數較大，由于δ相含有大量的Nb元素，造成此時形成的γ″相含量相對較少，隨著固溶溫度的升高，時效后析出的γ″相數量增多，所以強度、硬度升高。但是當固溶溫度超過1000℃時，時效后γ″相數量不再增多，而奧氏體晶粒長大比較明顯，使合金的強度、硬度降低。

2．3熱處理對耐蝕性能的影響

2．3．1腐蝕掛片實驗結果圖6是經不同熱處理的Inconel718鎳基合金的腐蝕速率。整體上Inconel718的腐蝕速率都很低。經固溶處理的合金腐蝕速率比時效后的腐蝕速率稍低。主要是由于時效后合金中有第二相粒子析出，微小的第二相粒子作為陰極相，增加了腐蝕微電池的數量，使合金的失重量增大。對腐蝕產物膜進行SEM和EDS分析。圖7（a）是經過1000℃固溶處理試樣表面的腐蝕產物膜形貌，腐蝕情況不嚴重。而經時效后（圖7（b））的試樣表面的腐蝕產物膜比較厚。EDS能譜分析其主要含有Fe，S，Ni等元素。影響鎳基合金耐H2S／CO2應力腐蝕性的因素有溫度、H2S濃度、pH值、CO2含量、材料因素［10］。在外界條件一定的情況下，材料本身的因素也起很重要作用，即合金的化學成分、顯微組織等因素。鎳基合金Inconel718優良的耐腐蝕性能主要源于鎳自身較高的電極電位，較強的鈍化能力，以及對鹵族元素的高度穩定性；其次Cr，Mo，Cu，W等合金化元素具有良好的耐不同介質的腐蝕能力；合理的熱處理制度對In－conel718的耐蝕性能有很大的影響。固溶處理后的材料比時效后的材料具有更好的耐腐蝕性能，但是只經固溶處理后的材料力學性能不能滿足油田生產的需要，而從腐蝕速率角度來看經過時效處理的材料的腐蝕速率也很低，并且具有高的強度和硬度，能夠符合油田用材料的要求。

2．3．2H2S／CO2應力腐蝕實驗圖8是在含有大量氯離子的高溫高壓H2S／CO2、720h應力腐蝕實驗后試樣表面的宏觀及微觀形貌，沒有出現應力腐蝕裂紋。合金表面有腐蝕產物產生，但腐蝕產物很薄且均勻分布在表面。從掃面電鏡中看出試樣表面有點蝕坑和材料加工時的劃痕，但沒有出現開裂的跡象。實驗表明，熱處理后的Inconel718表現出良好的耐蝕性能，模擬普光氣田環境的耐H2S／CO2應力腐蝕性能良好，能夠選作封隔器主體材料。

3結論

（1）隨固溶溫度的升高，δ相不斷溶解。溫度達到1020℃，δ相全部溶入奧氏體基體。（2）合金在720℃和620℃，16h雙時效時，δ相的含量基本保持固溶時的含量。時效后析出γ″相，尺寸大約在20nm左右，均勻分布在基體上。（3）材料經過固溶處理后硬度值隨溫度的升高不斷下降，時效后材料的硬度有明顯的提高。固溶溫度1000℃＋時效的合金硬度、屈服強度、抗拉強度較高。（4）在高溫高壓H2S／CO2腐蝕實驗中，In－conel718表現出良好的耐均勻腐蝕性能和耐應力腐蝕性能。綜合考慮材料的耐蝕性能和力學性能，確定熱處理工藝為：1000℃固溶1h＋720℃×8h50℃／h620℃×8h時效。

熱處理論文:鐵礦物的熱處理現狀

我國是一個人口眾多、資源相對不足的發展中國家，當前正處于經濟快速發展的戰略時期，經濟發展需要大量鋼鐵材料作為支撐，對鐵礦石資源的需求也急劇增加，2011年國產鐵礦石產量已達到13．27億t，同時進口鐵礦石達到6．86億t。鐵礦石的大量進口制約著我國鋼鐵行業的發展，研發新工藝、研制新設備、開發國內難選鐵礦資源來降低成本，提高資源利用率，以滿足國內鋼鐵生產需求。微波加熱因其具有選擇性、即時性、高效性等特點，以及高效、環保、節能等常規加熱不具有的諸多優點，越來越受到人們的重視。隨著對微波技術的開發研究，其在礦業中的應用研究也越來越廣泛，從破碎、磨礦到焙燒、磁選、浮選、降雜等各個選礦階段都有研究。本文主要介紹微波加熱技術在相關鐵礦石中的研究現狀、動態以及需要解決的一些問題。

1微波技術提高鐵礦石的碎磨效率

礦石在破碎磨礦過程中的耗能量占整個工藝的50％～70％，而有效率的能耗卻很低，若能開發出一種新技術降低碎磨過程中的能耗將會產生可觀的經濟效益。早在20世紀90年代美國礦山局就對此課題做過研究，并取得成效。英國諾丁漢大學的薩姆?金曼［1］研究指出微波加熱礦石在粉碎礦石的同時卻能節約常規方式碎磨礦石一半的能耗，研究指出由于不同類型的礦石對微波的吸收不同，引發不同礦石間的熱應力不同，從而造成礦石內的裂紋，這對于礦石的碎磨是有利的。圖1顯示出鈦鐵礦經微波處理后，有用礦物與脈石礦物之間產生的裂紋較發育。經微波處理后的鈦鐵礦，其磨礦功指數隨輻射時間的增加而大幅度降低，經2600W、2．45GHz的微波輻射，10sec礦石相對磨礦功指數降低10％，60sec后降低了80％［1－3］。劉全軍等［4］以磨礦動力學系數與選擇性破裂函數作為依據，研究了微波促進磁鐵礦的磨細作用，證明了微波的選擇性加熱能夠促進磁鐵礦的細磨。圖2顯示了混合磨礦時磁鐵礦和石英的粒級產率變化，經過微波的作用，磁鐵礦－0．3mm的粒級含量增加了20％，而石英則只增加了5％。表明微波對石英的磨礦影響較小，從而達到微波選擇性磨細磁鐵礦的目的。岳鐵兵等［5］研究了微波對黃鐵礦及有色多金屬礦的助磨作用：黃鐵礦型金礦經微波預處理15min，磨礦細度（0．074mm粒級含量）增加了2．67％；藍晶石礦和鉛鋅多金屬礦分別用微波預處理15min，其磨礦細度分別提高了14．16％和5．84％；銅鉬礦和鉭鈮礦經微波輻射5min，磨礦細度分別提高了7．60％和12．16％，可見微波輻射預處理對這些礦物細磨的促進作用是顯而易見的。微波輻射能夠改善礦石的碎磨，主要是因為它增加了礦石顆粒間的裂隙，而不是橫穿顆粒間的裂隙。如果能將微波技術合理應用在鐵礦石的碎磨階段，將對整個選礦流程成本的降低起到極大的作用。

2微波技術改善鐵礦物的分選特性

2．1微波技術應用于鈦鐵礦浮選的預處理在研究微波輻射對礦石破碎與磨礦影響的同時，伯明翰大學也研究了微波輻射對鈦鐵礦浮選的影響。鈦鐵礦為三方晶系的氧化礦物，浮選時其顆粒表面的Fe2＋不利于浮選藥劑的吸附，這種特殊的晶體結構和表面性能決定了鈦鐵礦是一種難以浮選的礦物。研究表明［2］，微波輻射預處理鈦鐵礦可以有效地改善礦物表明性質和礦物的可浮性。鈦鐵礦是鈦和鐵的氧化物，在2．45GHz的微波輻射作用下具有迅速介電加熱特性，在微波功率2600W時，鈦鐵礦試樣內部溫度在10sec內達到180℃，1min后可達到720℃，而對于微波弱加熱特性的石英，1min后僅分別達到53℃和65℃。表1為常見鐵礦物與脈石礦物在微波場中的升溫速率。鈦鐵礦經微波輻射處理后，其比表面積隨微波輻射時間的延長而增加，并有新相產生。當暴露在空氣中時，鈦鐵礦中的Fe2＋氧化為Fe3＋離子，微波的選擇性加熱加速了鈦鐵礦表面上的這種在室溫下也可以緩慢進行的氧化反應，這種氧化反應能夠增加浮選藥劑的吸附量，從而使鈦鐵礦可浮性大大提高。伯明翰大學對鈦鐵礦的微波輔助浮選研究顯示，鈦鐵礦的浮選回收率隨著其在微波場中的暴露時間的延長而增加，10sec時提高了10％，最終回收率從64％提高到了87％。微波的作用還使油酸鈉的用量降低，最多可減少藥劑用量約65％。范先鋒等［6］研究了微波處理鈦鐵礦后三段開路浮選，表明經微波輻射處理的鈦鐵礦在粗選及精選作業均表現出很好的可浮性，同時指出微波預處理鈦鐵礦能夠加速其表面亞鐵離子的氧化，加強了油酸根離子在鈦鐵礦Helmholtz層內的吸附，從而提高鈦鐵礦的浮選性能。解振朝等［7］研究了微波對鈦鐵礦浮選的影響，表明鈦鐵礦表面Fe2＋的氧化，藥劑吸附量的增加是鈦鐵礦可浮性改善的原因；結果還表明，微波預處理與否，鈦鐵礦的精礦（TiO2）品位均在47％左右，這說明微波輻射處理鈦鐵礦不能提高其浮選精礦的品位，回收率的增加是由產率的提高引起的，較高回收率增幅可達34．7％。

2．2黃鐵礦的微波輻射磁化黃鐵礦少以單獨礦體存在，多伴生于銅、鉛、鋅、金等的硫化礦物中，是煤炭中硫的主要存在形式。對黃鐵礦有效合理的處理對于銅、鉛鋅、金等高價金屬的回收、煤炭脫硫等有至關重要的影響。在煤炭脫硫過程中，利用微波輻射可將黃鐵礦（FeS2）轉變成磁黃鐵礦（Fe1－xS），而后用磁選容易將磁黃鐵礦分離而降硫［8］。KEWaters等［9－10］對比研究了常規熱處理和微波輻射對黃鐵礦磁性的影響，采用振動樣品磁強計（VSM）來探測樣品的磁矩和磁選結果來綜合評價。結果表明熱處理后黃鐵礦的磁飽和度均有顯著增加，EDS和XRD分析表明熱處理后產生了磁性較強的磁黃鐵礦和磁鐵礦等，磁選試驗結果也證實了這一點，如：未經加熱的黃鐵礦磁選回收率為23％，經600℃熱處理的磁選回收率增加到94％。微波預處理黃鐵礦比傳統的熱處理生成新的更多的磁性物質，如磁黃鐵礦；黃鐵礦的微波熱處理相對于常規熱處理有暴露時間短、能耗更低等優點。但微波處理時間過短時，雖然有磁選效果，但其XRD分析顯示經微波輻射的黃鐵礦沒有變化，這可能是因為樣品的改變還低于XRD的敏感度閾值。TUslu等［11］在研究微波加熱對黃鐵礦磁選的影響的時發現相對于在氮氣氣氛中，暴露在空氣中時微波處理黃鐵礦得到的產品較好，主要有黃鐵礦、硫鐵礦、α－赤鐵礦和β－赤鐵礦，而在氮氣氣氛中處理時沒有赤鐵礦產生。眾多研究表明，微波處理黃鐵礦過程中發生的反應主要有：

2．3菱鐵礦的微波輻射磁化菱鐵礦（FeCO3）屬于碳酸鹽類礦物，其熱分解及焙燒溫度應低于熔融溫度。菱鐵礦在不同加熱方式、不同氣氛條件下的分解已經有很多研究，在氧化氣氛中的最終產物只檢測出α－赤鐵礦，磁鐵礦和氧化亞鐵只有在真空或者惰性氣體氛圍中得到。IZnamenáˇcková等［12］研究了微波輻射對菱鐵礦磁性的影響，通過對樣品的DTA、DTG和TG分析可知，樣品的反應溫度在383℃～616℃之間，吸熱特征溫度為544℃，發生的分解反應為：通過對比磁化系數的測定，考察了不同時間對菱鐵礦磁性能的影響，微波加熱不同時間對菱鐵礦磁性能的影響如圖4。樣品的比磁化系數由原來的．947×10－6m3／kg提高到經微波輻射10min時的8．736×10－6m3／kg和輻射15min時的140．87×0－6m3／kg，最終經微波輻射30min后樣品的比磁化系數提高到324．79×10－6m3／kg；而磁鐵礦的比磁化系數為（104～520）×10－6m3／kg，這也從另一個方面證實了菱鐵礦樣品經微波輻射后磁鐵礦的生成。向微波處理后的產品經濕式弱磁選別，可得到鐵品位45．6％，回收率高達97．6％的精礦產品，而未處理前的回收率為零。磁性物質的產生使得菱鐵礦采用較容易的磁選方法即可分離，可用磁選代替浮選，能減少對環境的污染。另外微波熱處理方式還具有高效、節能、環保

2．4微波在鈦鐵礦熱還原中的研究目前，國內外鈦鐵礦的綜合利用主要方法有兩大類：一類是高溫熔煉還原法；另一類是化學浸出法。具體的方法與種類雖然有很多，但就國內外實際生產情況而言，碳熱還原法仍是主導的、在工業上取得實際應用的技術。我國的鈦資源主要分布在四川攀枝花地區，主要以鈦鐵礦的形式存在，國內學者大都以此地的鈦鐵礦作為研究對象，在開發研制新技術時對微波加熱應用于鈦鐵礦的處理做了大量的研究，認為鈦鐵礦的微波碳熱還原技術在理論上是可行的，且比其它方法有許多優點。大量研究［13－16］表明微波碳熱還原鈦鐵礦的機理主要是：微波的選擇性加熱可以使碳產生局部高溫，這能夠顯著提高碳的還原能力，從而提高鈦鐵礦的還原速率；鈦鐵礦選擇性優先吸收微波發生局域耦合共振，產生熱點，這些熱點比其它區域的溫度要高，成為反應的中心。研究證實還原反應從一開始施加微波輻射就開始進行；由于對微波的吸收不同，使鈦鐵礦球團內部產生熱應力，從而產生大量孔隙和裂紋，促進了還原氣氛的擴散，并且快速還原產生的大量晶核也加速了還原反應的進行。雷鷹等［13］在研究微波碳熱還原攀枝花低品位鈦精礦時發現：鈦鐵礦在常規加熱800℃預氧化后添加相關添加劑制成球團，在微波輻射溫度1000℃～1100℃下保溫還原60min，還原產物中鐵的金屬化率可超過90％。李雨等［16］類似的研究指出，鈦精礦的球磨活化可以進一步降低微波還原溫度，提高反應速率。汪云華等［16］發現微波輻射還原得到的鐵粉比常規加熱還原得到的鐵粉表面有更加發達的海綿體，如圖5（a）（深色部分為海綿體鐵），這種海綿體鐵具有更大的比表面積，表面活性強，有利用制造中低密度、中高強度的粉末冶金制品。微波加熱技術可以實現鈦鐵礦的高效、節能、環境友好型還原生產，與傳統加熱方式相比不僅可以縮短加熱時間，降低了能耗，而且改善了還原條件，可以有效的降低生產成本。微波碳熱還原技術對鈦冶金行業降低能耗、降低成本、增加利潤具有重要意義。該方法雖然理論可行，但缺少大型工業配套設備，目前尚無工業實踐。

2．5微波輔助鐵礦浸出我國鈦工業主要采用硫酸法，該方法與氯化法在競爭中求生存，利用微波輔助鈦鐵礦浸出技術應運而生。周曉東等［17］探索了微波輻射－鹽酸浸出鈦鐵礦的方法，研究表明鈦鐵礦在一定溫度下能將其中的亞鐵氧化成高價鐵，形成假板鈦礦結構，這種氧化使原礦中的鐵活化，低溫氧化有利于鹽酸浸出時選擇性的除去鐵，生成大顆粒人造金紅石，高溫氧化產生高鐵板鈦礦結構，對酸十分穩定，不利于鈦鐵礦的浸出。表明微波輻射下對鈦鐵礦進行酸浸出代替高溫高壓酸浸工藝制備人造金紅石在理論上和實踐上都是可行的。DKXia等［18］采用微波加熱技術對某種電弧爐渣進行堿浸出處理，能夠較好的回收爐渣里的鐵、鋅、鉛等金屬。爐渣的主要成分為紅鋅礦和鐵酸鋅，試驗表明傳統條件下鋅的回收率在180min達到較大，約為72％，在微波輔助浸出條件下，鋅的回收率在5min內達到較大，約80％，表明鋅在微波輻射下能夠快速的溶解，這可能是因為溶液過熱、沸騰劇烈、溶液中電爐渣顆粒與微波的相互作用。試驗顯示在微波試驗中，固體顆粒和界面的溫度比常規浸出要高許多，從而導致金屬溶解速率和回收率的增加。

2．6微波用于赤鐵礦的脫磷近年來我國大量進口國外鐵礦石，但是在湖北、湖南、江西、云南等地廣泛的分布著總資源儲量達70億t的“寧鄉式”高磷鮞狀赤鐵礦，因這類鐵礦含磷高、嵌布復雜而難以分選利用。張輝等［19］對利用微波加熱處理高磷鮞狀赤鐵礦。經微波作用碳熱還原、細磨和磁選，其脫磷率達到87．8％，鐵回收率90％，效果較好。基于Fe2O3、Fe3O4和無煙煤粉具有較強的微波熱效應，對微波的吸收性能良好，而磷灰石和硅酸鹽類礦物對微波的吸收能力卻較差。由于微波與物質作用的弛豫效應以及高磷鐵礦中鐵氧化物的晶體結構缺陷，微波加熱時一部分熱能使碳鐵混合物溫度升高，另一部分存儲在晶格缺陷中充當晶格能和吉布斯自由能；同時因微波場中高磷鐵礦碳熱還原反應的活化能降低，加快還原反應速率，致使鐵氧化物的碳熱還原反應更加徹底，使得本來不能進行的反應有可能進行；因微波作用還導致鐵顆粒的聚集長大破壞了磷灰石的嵌布特征，改變了鐵礦的原有結構，可為后續磁選過程中鐵和高磷渣的分離創造有利條件。微波應用于高磷鮞狀赤鐵礦的脫磷研究還處于試驗室階段，但微波所表現出的良好效應及試驗結果表明微波加熱在處理該類礦石中的潛力，相信隨著微波技術的進步、選礦水平的提高以及工業型設備的開發，該類鐵礦資源的利用將成為可能。

2．7微波輔助加熱選別含鐵鋁土礦鋁土礦是做耐火材料的主要原料，其含鐵（Fe2O3）上限為2．0％～2．5％，鋁土礦中的鐵通常

以弱磁性礦物形式存在或呈極細粒分散，普通方法很難去除，長期以來學者們一直在探索從鋁土礦中除去鐵的有效途徑。目前為止，最有效、最常用的方法是在焙燒爐或焙燒窯中對鋁土礦原礦石進行焙燒熱處理然后進行磁選除鐵。微波加熱技術被認為具有對鋁土礦中特殊部位選擇性加熱的能力，在還原氣氛中微波能夠促進鐵礦物很快的轉變為磁鐵礦，從而改善磁選分離效果。雖然這項技術認為在理論上是可行的，但它是一個隨著人們對微波能興趣的提高而發展來的一個新的研究課題，尚沒有大規模的生產試驗研究。有學者對印度某鋁土礦用微波加熱法將純赤鐵礦轉變成磁鐵礦然后磁選除鐵的試驗研究，對含Al2O355．7％、Fe2O35．6％的鋁土礦原礦，在經微波爐磁化焙燒后再破碎磁選，可以獲得含Al2O380％、Fe2O32．5％，Al2O3回收率達80％的鋁土礦精礦，這一選別結果能夠滿足耐火材料的要求，而采用回轉窯焙燒法最終鋁土礦精礦含鐵仍高于2．5％。

3微波技術強化鐵礦物輔助作業

3．1微波加熱用于褐鐵礦脫水微波干燥脫水比普通干燥方法有更加優越的特點，它不僅能脫去顆粒表明的吸附水，而且能夠脫除礦物分子中所含的結晶水。褐鐵礦（Fe2O3?nH2O）中含有結晶水，使得選別回收的褐鐵礦含鐵通常只有55％，而鋼鐵廠對褐鐵礦精礦的要求品位在62％以上。李新東等［20］研究了對微波用于褐鐵礦的干燥脫水，表明微波干燥脫水速率遠遠大于常規脫水速率。在700W微波輻射功率下，相對于250℃常規加熱干燥方法，試驗顯示常規干燥方法加熱60min時才達到微波加熱10min的脫水效果；并且微波加熱不僅脫去了褐鐵礦中的游離水，而且脫去了大部分的結合水，最終得到總鐵含量高于60％的褐鐵礦精礦。在微波加熱過程中，樣品的溫度均勻，熱利用率高；相比常規加熱方法節約了大量能源，提高了生產效率。

3．2微波加熱用于鐵精礦燒結處理任偉等［21］研究了微波加熱技術應用于鐵精礦的燒結，探索了微波燒結磁鐵精礦的可行性。試驗考察了不同微波處理時間、碳粉的配比以及氧化鈣的配比等因素。表明在相同微波加熱條件下添加碳粉會降低樣品的加熱溫度；當CaO／SiO2為2．5、加熱時間20min和微波輸出功率1000W時，燒結產物效果好。得到了具有一定強度和孔隙度的燒結產物，但是其強度與現有抽風燒結產品差別較大，相關原因還需進一步研究。

3．3微波輔助釩鈦磁鐵礦溶樣在釩鈦鐵礦資源利用過程中另一個重要問題是釩鈦鐵礦的溶樣分析。常規采用過氧化鈉或焦硫酸鉀高溫熔融，以化學滴定法進行測定分析，該方法比較成熟、分析結果比較。因礦樣的分解在高溫環境中長時間進行，該方法繁瑣、周期長、勞動強度大、能耗高，難以適應快速、大批量樣品的分析。利用微波輔助溶解釩鈦鐵礦石的溶樣［22－24］，該方法采用硫磷混酸，基于H3PO4對Fe3＋有很強的絡合能力的溶樣機理，但使用的硫磷混酸在配制過程中具有一定的危險性。許多學者研究采用鹽酸等危險性較小的酸來對鈦鐵礦進行溶樣研究，但目前技術還不成熟。尹繼先等［22］對攀枝花的難溶釩鈦磁鐵礦進行微波消解溶樣研究，主要采用鹽酸及氟化銨對樣品進行溶解，結果表明同傳統的消解溶樣方法相比，該方法需要的能耗更低，僅有傳統方法能耗的1％～10％，時間大大縮短，只有傳統方法的10％～20％，試劑用量比較少。周曉東等［23］采用常規的微波爐在常壓下對鈦鐵礦進行溶樣研究，仍采用硫磷混酸，但摒棄了價格較昂貴、基于微波溶樣機理的商品儀器，試驗過程中優化了試驗方法，取得較好的效果。朱霞萍等［24］建立了ICP－OES快速微波消解溶樣方法，該方法除了在溶解過程中加入濃酸外，還加入了金屬絡合劑，加速了試樣的溶解。利用某絡合劑A與金屬離子的絡合能力，借助微波輔助溶解難溶的釩鈦磁鐵礦，縮短了消解時間，溶樣效果好；采用ICP－OES法實現了樣品中Fe、Ti、V的同時測定，度堪比分析化學的要求，適合大批量樣品的快速測定。微波輔助消解是利用微波產生的熱能活化反應分子以促進水和酸等溶樣介質在試樣表面產生極高的熱能，進而導致強烈的對流來不斷清除已溶解的但不活潑的試樣表明層，使試樣與溶解介質的接觸面不斷更新，加速樣品的溶解。因而微波溶樣法具有溶樣速度快、樣品分解、方法簡便、能耗少、污染小、適合大批量快速測定等諸多獨特的優點。

4結論

微波加熱技術因其對礦物選擇性加熱與高效、環保的優良特性，在含鐵礦物分選的加熱預處理中具有廣闊的發展前景。微波輻射加熱能提高鐵礦石的破磨效率、改善鈦鐵礦的浮選和鈦鐵礦的碳熱還原、促進黃鐵礦和菱鐵礦的焙燒磁化、預處理強化赤鐵礦的輔助脫磷、選擇性加熱改善含鐵鋁土礦的分選，并可有效提高褐鐵礦的脫水、鐵精礦燒結處理以及輔助溶樣的效果，顯示出微波技術對鐵礦資源處理的優良特點和性能。微波技術應用于鐵礦物的研究還處于發展階段，需要進行深入的理論研究，開發大型微波設備，以加快應用步伐，提高鐵礦資源的綜合利用率，減少鋼鐵行業的原料壓力。

熱處理論文:熱處理工藝對耐腐蝕性能影響

鋯合金因其獨特的核性質一直被用作核反應堆燃料包殼及堆芯結構材料。研究發現，改善熱處理制度能有效提高鋯合金的耐腐蝕性能。Thor-valdsson等人提出了將β相淬火后重新加熱的溫度和時間歸一為累計退火參數的概念，認為退火參數值與耐腐蝕性能之間有明顯的依賴關系，大于一定值時可以明顯改善耐均勻腐蝕性能。累計退火參數增大意味著須提高加熱溫度和延長加熱時間，而提高加熱溫度和延長加熱時間后可以使第2相聚集長大，因而認為第二相大小是影響耐腐蝕性能的主要因素。但也有觀點認為，在通過改變熱處理溫度和保溫時間獲得大小不同的第2相的同時，αZr中過飽和固溶的Fe、Cr含量也在發生變化，而這才是影響耐腐蝕性能更為重要的因素。Sabol等人在研究Zr－Nb合金的耐腐蝕性能時，認為基體中固溶的Nb元素不能超過其平衡時的濃度，同時βNb第2相粒子應呈細小均勻分布狀。本次研究中，主要分析變形熱處理對N36鋯合金耐腐蝕性能的影響。

1實驗過程

1．1試樣制備實驗選用N36鋯合金材料，經2次真空電弧熔煉，其主要化學成分如表1所示。鑄錠熱鍛后在1050℃保溫0．5h后進行水淬，再經熱軋、冷軋及中間退火等工序制成片狀樣品。一次冷軋前樣品厚度為1mm，此時將樣品分成3組，分別在580，780℃下保溫3h，在1000℃下保溫0．5h，然后快速冷卻至室溫，再進行一次冷軋;冷軋至0．5mm厚(壓下量為50%)，將所有的樣品在500℃保溫30h后冷卻到室溫，然后將樣品切成尺寸為25mm×20mm的小片。

1．2透射電鏡實驗本次實驗用JEOL－200CX透射電鏡觀察樣品的顯微組織，用帶EDS的JEOL－2010F場發射高分辨透射電鏡分析樣品中第2相的成分。開始制備TEM樣品時，首先用機械方法將樣品厚度從0．5mm減薄至0．1mm以下，然后取出3mm的樣品薄片，用雙噴電解拋光的方法制備薄試樣。選用的電解拋光液為10%HClO4+90%C2H5OH(加液氮冷卻)，為了得到清潔的表面，在拋光結束后要迅速轉移到無水乙醇中清洗。

1．3高壓釜腐蝕實驗鋯合金作為核燃料的包殼，其中一個重要作用就是將核燃料裂變時釋放的熱能傳遞給冷卻劑。其內表面在400℃溫度下與裂變產物接觸，外壁受280～350℃高溫高壓水的沖刷和腐蝕。研究鋯合金耐腐蝕性能時，必須模擬反應堆中的高溫高壓條件。在此設計高壓釜腐蝕實驗，所用的高壓釜容積為1L，耐壓30MPa，配有1．0級量程為40MPa的壓力表、排氣閥和防爆閥。所用介質為水蒸汽，而且是去離子水。腐蝕介質為400℃、壓力10．3MPa水蒸汽，以及350℃、16．8MPa、0．01molL的LiOH水溶液。電子分析天平的測量精度為0．1mg。實驗中用測量單位面積腐蝕增重的方法表示腐蝕程度和腐蝕速度。氧化膜厚度與腐蝕增重的關系為:1μm厚度對應腐蝕增重15mgdm2。周期性地對樣品稱重，以獲得不同腐蝕時間的增重。為了表述方便，將以上工藝得到的樣品分別標記為580℃樣品、780℃樣品和1000℃樣品。

2結果及討論

2．1N36鋯合金樣品的腐蝕增重對比圖1為N36鋯合金樣品的腐蝕增重曲線，分別表示經不同處理的樣品在400℃、10．3MPa水蒸氣中的腐蝕增重曲線。觀察腐蝕開始后的變化:前70d的1000℃樣品腐蝕增重略高于其他2種，580℃樣品和780℃樣品腐蝕程度相當;腐蝕70d之后，780℃樣品腐蝕速度加快，580℃樣品腐蝕速度變慢;腐蝕310d之后，1000℃樣品的腐蝕增重明顯高于其他樣品，580℃樣品腐蝕增重最小。

2．2N36鋯合金樣品顯微組織對比圖2是580℃樣品的顯微組織。可以看到第2相粒子分布很均勻。經高分辨電鏡和能譜分析，580℃樣品的第2相粒子大致可以分為2類:第1類呈不規則的多邊形，尺寸約為100～200nm，Fe元素和Nb元素含量較高，一般稱之為Zr－Nb－Fe粒子;第2類形狀規則，呈圓形或橢圓形，尺寸約為20～30nm，Nb元素含量很高(接近80%)，Fe元素含量很少甚至不含Fe元素，應該屬于βNb粒子。圖3所示為780℃樣品的顯微組織。780℃樣品中的第2相粒子呈帶狀分布，且帶狀組織的長度和寬度較大，第2相粒子的尺寸也有所增加。EDS分析表明:780℃樣品中也存在2種類型的第2相粒子，即Zr－Nb－Fe粒子和βNb粒子。其中Zr－Nb－Fe粒子的形狀不規則，尺寸約為50～100nm;βNb粒子形狀規則，呈圓形或橢圓形，尺寸約為20～30nm。圖4所示是1000℃樣品的顯微組織。可以看到，它的第2相粒子分布比較均勻，且粒子的大小存在差異，這與580℃樣品中第2相粒子的分布類似;同時顯微組織中存在帶狀分布的第2相粒子。因此，可以認為它的第2相粒子的分布規律介于前2種分布規律之間。它的第2相形狀和尺寸差異較大，尺寸較大的粒子形狀不規則，約為50～200nm，尺寸較小的粒子呈圓形或橢圓形，大小約為20～30nm。EDS分析發現有很多Zr－Nb－Fe粒子，只發現了很少量的βNb粒子。

3結語

(1)熱處理制度對N36鋯合金的顯微組織有很大影響。580℃樣品顯微組織中第2相粒子分布很均勻，沒有發現任何帶狀組織;780℃樣品大部分第2相粒子都呈帶狀分布;1000℃樣品的顯微組織中有部分第2相粒子呈帶狀分布，也有不少第2相粒子均勻分布。(2)第2相粒子的EDS分析結果表明，3種樣品中第2相以Zr－Nb－Fe粒子為主，也含少量βNb粒子，且1000℃樣品中βNb粒子最少。(3)為期310d的高壓釜腐蝕實驗表明，580℃樣品的耐腐蝕性能好，因為它的顯微組織中第2相粒子細小、分布均勻且體積分數較高，而且基體中Nb元素含量在幾種樣品中低。

作者：耿迅 張倩影 單位：重慶科技學院冶金與材料工程學院

熱處理論文:熱處理工藝對低碳齒輪鋼的影響

帶狀組織是指出現在熱軋低碳結構鋼顯微組織中，沿軋制方向平行排列、成層狀分布、形同條帶的鐵素體晶粒與珠光體晶粒。根據帶狀鐵素體數量增加，并考慮帶狀貫穿視場的程度、連續性和變形鐵素體晶粒多少的原則確定帶狀評級。在低碳齒輪鋼帶狀檢驗過程中，熱軋狀態鋼材中經常出現貝氏體等非平衡態組織，對帶狀評級造成一定的影響。在這種情況下，對鋼材進行適當的熱處理以獲得的鐵素體+珠光體組織，可提高帶狀評級的性。通過20CrMnTiH、20CrMoH和SAE8620H代表Cr－Mn－Ti系、Cr－Mo系和Cr－Ni－Mo系齒輪鋼，研究不同熱處理工藝對低碳齒輪鋼帶狀評級的影響，提高了產品的實物質量。

1試驗材料和方法

試驗鋼的化學成分如表1所示，試料均取自80mm熱軋圓鋼的1/2半徑處，試料尺寸為20mm×20mm×20mm。每個樣品取4支試樣，按照GB/T13299－1991評定其熱軋狀態、正火狀態、退火狀態、等溫退火狀態的帶狀級別。熱處理工藝見圖1所示，加熱設備為GXJ2－18－12型箱式電阻爐。樣品用5%的硝酸酒精溶液腐蝕，在100倍下觀察。

2試驗結果及分析

2．1熱軋狀態的帶狀組織熱軋狀態下試樣的帶狀組織如圖2所示。20CrMnTiH鋼組織為鐵素體+珠光體，帶狀評級為2．5級;20CrMoH鋼組織為鐵素體+珠光體+貝氏體，帶狀評級為2．5級;SAE8620H鋼組織為鐵素體+珠光體+貝氏體，帶狀評級為1．5級。熱軋狀態下鋼材帶狀組織的形成機理，一般認為是元素偏析造成的。連鑄坯在凝固過程中，由于鋼中各元素的擴散速度不一樣，容易產生枝晶偏析。碳元素容易均勻擴散，而其他合金元素擴散較困難且不容易均勻化，所以一直保持著枝晶偏析的狀態。鑄坯在進行軋制的時候，粗大的枝晶沿變形方向拉長，并逐漸與變形方向一致，形成碳及合金元素的貧化帶與富化帶彼此交替堆疊的帶狀區。在隨后的緩冷過程，先在碳及合金元素貧化帶形成以鐵素體為主的帶，而碳及合金元素富化帶在其后形成以珠光體為主的帶，形成了以鐵素體為主的帶與以珠光體為主的帶彼此交替的帶狀組織。

2．2正火處理后的帶狀組織正火狀態下試樣的帶狀組織如圖3所示。由圖3可見正火后的20CrMnTiH鋼組織仍為鐵素體+珠光體，但鐵素體條帶更加清晰，帶狀評級為2．0級;正火后的20CrMoH鋼和SAE8620H鋼中貝氏體雖然有所減少，但并沒用消除，帶狀評級分別為2．5級和2．0級。

2．3退火處理后的帶狀組織退火狀態下試樣的帶狀組織如圖4所示。20CrMnTiH鋼組織為鐵素體+珠光體，帶狀評級為3．0級，相比熱軋狀態和正火狀態，鐵素體條帶寬度明顯增加;20CrMoH鋼和SAE8620H鋼中已沒有貝氏體組織，為清晰的鐵素體+珠光體條帶，帶狀評級分別為3．5級和2．5級。

2．4等溫退火處理后的帶狀組織等溫退火狀態下試樣的帶狀組織如圖5所示。三個樣品均呈現清晰的鐵素體+珠光體條帶，沒有貝氏體等非平衡態組織，20CrMnTiH鋼帶狀評級為2．0級，20CrMoH鋼帶狀評級為3．0級，SAE8620H鋼帶狀評級為2．0級。

2．5結果討論熱處理后鋼材帶狀評級對比見圖6。對比不同熱處理狀態下的帶狀評級結果，正火處理后的組織與熱軋狀態組織相似，鐵素體條帶較熱軋狀態更加清晰，但不能有效消除試料中的貝氏體等非平衡態組織，評級結果與熱軋狀態無異。因Ni、Mo等強碳化物形成元素的加入，過冷奧氏體穩定性增大，奧氏體向珠光體的轉變孕育期加長，而貝氏體轉變的孕育期縮短，C曲線右移的同時形狀也發生變化，出現兩個鼻子，因此在低冷卻速度下也易形成貝氏體組織。所以Cr－Mo系和Cr－Ni－Mo系低碳齒輪鋼無法通過正火來消除組織中的貝氏體。

退火處理后試料中的貝氏體組織已消除，呈現清晰的鐵素體+珠光體條帶，但部分樣品中鐵素體帶的寬度明顯增加。在GB/T13299－91中并沒用將鐵素體條帶寬度作為帶狀級別評價準則，但在一些齒輪行業標準中，鐵素體條帶寬度是帶狀評級的重要量化指標。從圖6中也可以看出，20CrMnTiH、20CrMoH、SAE8620H鋼退火后其帶狀級別均比熱軋狀態或正火、等溫退火處理后的樣品要明顯偏高一些。等溫退火后的組織為清晰的鐵素體+珠光體條帶，不存在貝氏體等非平衡態組織，其帶狀評級與熱軋狀態及正火狀態無明顯差異。

之所以會出現以上差異，原因在于在熱處理加熱及保溫過程中，奧氏體中的碳元素已經充分擴散，但其中合金元素擴散的速度較慢，因而存在成分的偏析。在冷卻過程中，先共析鐵素體在A3溫度較高的負偏析區域首先形核，而碳元素則被排擠到臨近的A3溫度較低的區域，形成了碳元素的重新分布與濃度的起伏。在退火處理時，冷卻速度慢，試料在先共析鐵素體轉變區域停留的時間過長，先共析鐵素體得以充分的析出長大，形成較為嚴重的帶狀組織。而正火及等溫退火處理時，先共析鐵素體轉變區的冷卻速度很快，抑制了先共析鐵素體的析出，鐵素體條帶不明顯，帶狀評級較低。

3結論

1)不同熱處理狀態下的低碳齒輪鋼帶狀組織存在明顯差異。2)正火處理后的樣品與熱軋狀態下的組織相似，但鐵素體條帶更加清晰;退火處理和等溫退火處理可以有效消除Cr－Mo系和Cr－Ni－Mo系低碳齒輪鋼中的貝氏體等非平衡態組織。3)正火處理及等溫退火處理后的樣品與熱軋狀態相比帶狀評級無明顯差別，退火處理后的樣品帶狀評級較熱軋狀態偏高。4)不易產生貝氏體組織的Cr－Mn－Ti系低碳齒輪鋼，可以在熱軋狀態或正火處理后進行帶狀評級;Cr－Mo系和Cr－Ni－Mo系低碳齒輪鋼，應進行退火或等溫退火處理消除貝氏體等非平衡態組織后再進行帶狀評級。

作者：任琪 崔長安 程文華 單位：特鋼事業部

熱處理論文:汽車變速箱齒輪的熱處理工藝研究

摘要：

變速箱齒輪熱處理工藝一般以滲碳淬火為主，該工藝中有許多影響熱處理變形的因素，如油溫、滲碳溫度、滲碳時間和淬火溫度等。采用正交試驗方法合理安排試驗方案，對試驗數據進行統計分析，選出的滲碳淬火工藝參數，效果良好，變形穩定。通過試驗比較了不同熱處理設備對變形的影響規律，找到不同設備對變形的影響差異。

關鍵詞：

變速箱齒輪；熱處理工藝；正交試驗；變形

變速箱是汽車的核心部件之一，是主要的受力單元。對于重型汽車，常常處于惡劣的工作環境下，其變速箱往往受到更加頻繁的沖擊。經過數據統計和分析發現，接觸疲勞損傷和彎曲疲勞斷裂是重型汽車變速箱齒輪失效的主要形式[1,2]。因此對重型汽車變速箱的力學性能要求非常高，如需具有高沖擊性能、高強度、高耐磨性等。為了提高力學性能，一般對其進行以滲碳淬火為主的熱處理[3]。對于齒輪制造，影響其變形的因素很多很復雜，熱處理變形是其中的難點之一[4]，控制和穩定熱處理變形非常重要。

1熱處理工藝參數對變形的影響

1.1實驗材料與方法在現代機械制造工業，尤其是汽車工業中，滲碳淬火工藝被廣泛應用[5]。發動機齒輪主要采用箱式滲碳爐，變速箱零件主要采用連續式滲碳生產線。圖1連續式滲碳爐和箱式滲碳爐滲碳淬火工藝曲線。圖2為某變速箱主軸齒輪結構示意圖。齒輪材料為8620H，化學成分見表1。該材料韌性好，淬透性較20CrMnTi稍差，適用于生產重載齒輪[6]。試驗采取正交試驗方法，期望以最少的試驗次數獲得工藝方案。選取3個因素來分析齒輪的熱處理變形，包括滲碳溫度、淬火保持溫度和淬火介質溫度。全部采用掛裝的裝夾方式，每個因素取3個水平。表2為正交試驗因素水平表。綜合考慮，試驗選擇在日本東方爐上進行。試驗方案按照L9（34）正交表安排，具體方案如表3，每次試驗隨機抽取10件進行檢驗，可知，經過優化設計后，大大減少了實驗次數，節省了人力物力，提高了效率。

1.2實驗結果及分析對9組試驗的數據進行整理，得到平均變動量和波動量如表4所示。圖3和圖4分別為內花鍵變動和齒輪M值變動柱形圖。可以看出，對于內花鍵變形較小且波動較規律的為試驗3、試驗5和試驗7。對于齒輪變形小且波動較規律的為試驗4和試驗5。綜合考慮以上兩種因素，與其他方案相比，試驗5更優。總體來說，淬火溫度越低變形波動越小，為提高熱處理生產效率，不宜選擇太低的滲碳溫度。為進一步分析淬火溫度和滲碳溫度對變形的影響，還將淬火溫度統一選擇為80℃，安排試驗如表5所示。綜合以上4次試驗結果與試驗5的結果，再進行整理得到滲碳溫度影響和淬火溫度影響變形柱狀圖5和圖6。可以看出，內花鍵的收縮量隨著滲碳溫度的提高由0.11mm減小到0.10mm，齒輪M值膨脹量和變動量隨滲碳溫度的提高分別由0.12mm和0.02mm增大到0.14mm和0.03mm。零件的膨脹量隨滲碳溫度的提高而逐漸增大。內花鍵的收縮量隨著淬火溫度的升高逐漸減小，由0.12mm減小到0.10mm。齒輪M值膨脹量隨著淬火溫度的升高，由0.11mm增大到0.14mm，變動量隨淬火溫度的升高增大了0.03mm。對于變形，淬火和滲碳溫度的影響是一致的，為控制尺寸變動，不應選擇過高的滲碳和淬火溫度綜合考慮上面的試驗結果，工藝參數為：淬火油溫80℃、淬火溫度840℃、滲碳溫度920℃。

2熱處理設備對變形的影響

2.1實驗方法通過前面13組試驗基本選定了熱處理工藝參數，下面還對不同熱處理設備對變形的影響進行分析，公司主要熱處理生產線包括：UBE-600日本東方箱式滲碳爐、IPSEN多用箱式滲碳爐和連續式滲碳生產線等。保持工藝不變，在連續式滲碳生產線和IPSEN多用箱式滲碳爐進行對比試驗，試驗方案如表5。

2.2實驗結果與分析圖7為不同設備內花鍵變形柱狀圖。圖8為不同設備內齒輪變形柱狀圖。可以看出，IPSEN箱式滲碳爐的變動量沒有預熱的情況下要比預熱的情況下大，造成該差別的原因主要是裝爐量大，導熱容量因零件總量的增加而增大，由于零件在加熱時所處的位置不同，受熱情況也不一樣，內部零件升溫較慢，外圍靠近輻射管的零件受熱較早，因此產生溫度差異，溫差導致熱應力不同，從而變形量在淬火時也就不同。預熱后，零件溫差較小，能減小變形。因為有預熱過程，連續滲碳爐和IPSEN箱式滲碳爐的變動持平，但是內花鍵的收縮量因膨脹量較大而有所減小。由于連續爐除預熱外，還經過兩次加熱過程，加熱溫度分別為890℃和910℃，這使得零件在整個加熱過程中在爐內高溫停留時間過長，導致零件的膨脹量增大，最終變形量增大。

3結論

（1）變形受淬火介質溫度的影響較大，變形在高油溫低冷卻速度下較溫和，在低油溫高冷卻速度下較劇烈；應合理選擇冷卻速度以獲得更好的金相組織。（2）零件膨脹量隨滲碳溫度和淬火溫度的升高而增大，且變形越不規則；滲碳溫度決定滲碳速度，太低的滲碳溫度影響生產效率。（3）對于較大尺寸零件，進行預熱能使滲碳均勻度和變形穩定性得到顯著改善，預熱能一定程度減小熱處理變形。（4）對于不同的熱處理設備，熱處理變形取決于作用時間，漲量變形隨加熱時間的增加而變大。

作者：楊玲玲 李宇 潘杰花 單位：柳州鐵道職業技術學院 汽車技術學院 廣西大學 材料科學與工程學院 上汽通用五菱汽車股份有限公司

熱處理論文:熱處理對鎳基碳化鎢涂層的影響

《中國表面工程雜志》2015年第六期

摘要：

為了進一步挖掘鎳基碳化鎢涂層的潛能，在40Cr基材上利用火焰噴涂制備Ni60＋35％WC復合涂層并對涂層進行感應重熔及熱處理，利用掃描電鏡（SEM）、顯微硬度計和摩擦磨損試驗機分析測定了涂層的顯微組織、顯微硬度及摩擦磨損性能。結果表明，感應重熔使涂層與基材形成良好的冶金結合，涂層致密，硬度、耐磨性顯著優于基材。經淬火及回火后，涂層硬度有所提高。850℃淬火，400℃回火的涂層硬度較高，達到866HV0．1，耐磨性也好，磨損量僅為基材的43％。

關鍵詞：

火焰噴涂；感應重熔；鎳基涂層；耐磨性；顯微硬度

鎳基自熔性合金由于其良好的耐磨耐蝕性、抗氧化性和優良的工藝性，被廣泛地應用于材料表面防護和強化領域［12］。WC由于其耐磨性好、硬度高、塑性好并與鎳基合金相互潤濕，結合強度好，被廣泛用作熱噴涂鎳基合金的增強相，目前常在鎳基自熔性合金中加入微米級的碳化鎢粉末，以獲得耐磨效果較為理想的金屬陶瓷復合涂層［35］。火焰噴涂制得的涂層因孔洞多、與基材結合強度低等缺點，常需進行重熔。感應重熔易控制、加熱頻率高、涂層能迅速熔化，且對基材熱影響小，得到廣泛的應用［67］。但感應重熔是典型的高溫快冷過程，類似于淬火，涂層的組織、應力狀態等是不穩定的。熱處理能夠改善熱噴涂涂層的組織和性能，張發云等［8］人采用電弧噴涂技術在低碳鋼Q235基體上制備了鐵基TiC復合涂層并進行熱處理，得出500～700℃熱處理能夠改善涂層的耐磨性；王立生等［9］的試驗表明熱處理提高了鎳基合金涂層的硬度和界面結合強度；洪永昌等［10］的試驗則顯示熱處理使得鎳基合金噴焊層硬度得到了提高。目前對熱噴涂鎳基碳化鎢涂層進行熱處理的研究較少，且重點在于對重熔后的涂層直接進行回火。文中對火焰噴涂在40Cr基體上制備的鎳基碳化鎢復合涂層進行感應重熔，又進行了淬火和回火處理，對涂層的組織和性能進行了初步的研究，以期為進一步的研究提供依據。

1材料與方法

1．1試驗材料試驗用基材為退火態40Cr，尺寸Φ30mm×10mm。涂層材料選用市售Ni60＋WC35粉末，粒度為80～106μm（－150～＋320目），其中Ni60質量分數為65％，WC質量分數為35％。

1．2試驗方法40Cr基材試樣經凈化和噴砂處理后，采用上海大豪瑞法噴涂機械有限公司生產的粉末火焰噴涂槍進行噴涂。氧氣壓力0．4～0．5MPa，乙炔壓力0．07～0．08MPa，噴嘴距試樣表面約200mm，噴涂槍與試樣的角度約90°，試樣預熱溫度100～200℃。噴涂過程中盡量保持試樣表面涂層厚度均勻，獲得涂層厚度0．7～1．0mm。利用JQ25KW型高頻感應爐對噴涂完畢的試樣進行感應重熔，設備功率為25kW，輸入電壓380V，頻率50～60Hz，感應線圈為3匝，直徑40mm。隨后部分試樣進行淬火并回火，淬火溫度850℃，保溫10min后油冷，回火溫度分別為200、400、600℃，保溫2h。試樣利用線切割制備成小塊金相試樣和磨損試樣，經鑲嵌、預磨和拋光后，進行組織觀察和性能測試：利用HXS1000A型顯微硬度計測量涂層到基體的截面硬度，載荷100g，保壓15s；利用帶有OXFORD能譜儀的Quanta250型環境掃描電鏡進行涂層截面組織形貌觀察及元素線分布分析；利用HSR2M型高速往復摩擦磨損試驗機進行摩擦磨損試驗，對磨球材料為GCr15，直徑10mm，硬度約61HRC，加載載荷50N，運行速度200cycle／min，試驗時間30min。磨損前后，試樣用丙酮、乙醇清洗吹干，用精度為0．1mg的天平進行稱量，采用失重法并觀察磨損形貌評價涂層的耐磨性。

2結果與分析

2．1涂層的顯微硬度圖1為涂層試樣從表面到基體的顯微硬度分布圖，圖中折線每個節點均為相同層深5個測試點的平均值。由圖可見，涂層截面的硬度隨距表面距離的增大先上升后下降，僅經感應重熔的涂層截面硬度低，其平均值為806HV0．1，感應重熔后又經淬火，200、400、600℃回火的涂層截面硬度平均值分別為825、866、843HV0．1，400℃回火的涂層截面硬度平均值較大，較熱處理前提高約60HV0．1。分析認為涂層粉末中存在C、Cr、B、Si等元素及WC，重熔時溫度較高，合金元素一方面溶解進入固溶體起到強化作用，形成以γNi固溶體為基體，WC顆粒為增強相的復合噴焊層；另一方面在冷卻過程中C、Cr、B等合金元素形成一些細小的硬質相，如Cr3C2、B4C、Cr7C3等，這些硬質相彌散在固溶體間起到強化作用，因此Ni基WC復合涂層有較高的硬度［1112］。涂層表面因質量較差，組織疏松而硬度較低。在淬火和回火過程中，合金元素充分擴散，大量碳化物、硼化物析出，并有新的硬質相產生，同時由于涂層合金中Cr、Si、C等元素含量較高，促使涂層產生了二次硬化現象，涂層得到了進一步的強化，因而熱處理后涂層的硬度又得到了提高［13］。而溫度過高則會發生涂層晶粒的長大和硬質粒子的聚集、長大，使得涂層硬度下降。

2．2涂層的組織形貌圖2是涂層經感應重熔及淬火并400℃回火后截面的掃描電鏡（SEM）照片。從圖2（a）可見，涂層經感應重熔后，組織致密，其中的孔洞、雜質較少，涂層和基體界面處無機械嵌合而產生了過渡帶，形成了冶金結合，涂層中出現了呈多邊形的白亮顆粒。圖2（b）顯示經過850℃淬火及400℃、2h回火后，涂層變得更加致密平整，孔洞更少，涂層與基體間的過渡帶平滑且變寬，部分白亮顆粒在原來的塊狀周圍出現了須狀。圖3是感應重熔的涂層與基體界面處的元素線分布。由圖可見，感應重熔使涂層和基材界面處發生了元素互擴散，即基材中的Fe、C元素向涂層擴散，而涂層中的Ni、Cr、W元素向基材擴散，互擴散使界面處形成了冶金結合，還形成了富碳區，降低了界面兩側材料的性能差異，提高了涂層與基體的結合強度［12］。由元素線分布特征結合粉末成分可知感應重熔涂層中存在的白亮塊狀物為WC，WC顆粒與涂層形成良好的結合且在局部分布較多。這是由于鎳基自熔性合金熔點較低，在重熔過程中，涂層及基體表面淺層熔化，液態合金和40Cr基體相互滲透、擴散，凝固后涂層形成致密組織且與基體形成冶金結合。WC顆粒因熔點高而未熔，僅少量發生分解與氧化，故保持原有的形狀。同時可能由于WC比重大、易團聚以及噴涂粉末不均勻造成涂層局部WC較多的現象。由于高溫過程促進元素擴散和WC的分解，因而經過淬火和回火的熱處理后，涂層與基體之間元素的互擴散距離有所增大。部分WC發生了分解、氧化或與鎳基合金中的元素發生了反應，故呈現須狀。

2．3涂層的摩擦磨損性能對40Cr基體、重熔的涂層和重熔后淬火并400℃回火的涂層進行摩擦磨損對比。帶涂層的試樣先預磨10min，以減少表面疏松層對結果的影響。經兩次摩擦磨損試驗后，3種試樣的平均磨損量見圖4。由圖4可見，40Cr試樣的磨損量較大，感應重熔涂層的磨損量為40Cr的54％，熱處理后的涂層磨損量僅為40Cr的43％，有涂層的試樣耐磨性大幅提高。圖5為試樣磨損后的表面形貌。從中可以更直觀地看出試樣表面摩擦磨損性能的優劣。圖5（a）中，40Cr表面的劃痕深且寬，平直而連續，表面有明顯被外物擠壓的痕跡。圖5（b）（c）中，涂層表面疏松層磨掉后，致密部分的劃痕淺、窄而不連續，表面無外物明顯壓入的痕跡。這是由于40Cr硬度低，外來磨粒容易壓入表面，對其進行擠壓，留下深的犁溝。而鎳基WC復合涂層中WC和其他硬質相的彌散強化和元素的固溶強化作用，使得涂層具有較高的硬度，磨粒嵌入表面的深度小，部分磨粒在涂層表面滾動，不能對涂層進行犁削，總體減弱了犁溝效應，減少了對涂層的磨損。即使有部分磨粒切入涂層基體，犁削作用也會在WC等硬質顆粒處中斷，同時部分磨粒在犁削過程中被壓碎或磨損，大大減弱其對涂層的犁削能力，進而減弱了對涂層的磨損［5，14］。涂層中鎳基合金起基體和支撐作用，其中分布的WC和其他硬質相成為承載磨損的主體，這些硬質相能夠有效地阻礙磨粒對涂層的犁削作用，大大提高涂層的耐磨性。圖5（c）中涂層的劃痕較圖5（b）中劃痕淺而窄，劃痕的連續性更差。分析認為，經淬火和400℃回火后，一方面涂層組織得到改善，殘余應力減少，利于涂層抵抗疲勞破壞；另一方面涂層中析出了更多的碳化物和硼化物，且在涂層中均勻分布，同時產生二次硬化，提高了涂層的硬度，抵抗擠壓和微觀切削的能力增強，利于磨損失重的下降［13］。熱處理后，涂層中硬質相的增多且分布均勻，提高了涂層的硬度及硬度均勻性，在摩擦磨損過程中，硬質點更有效地阻止了對涂層的犁削作用，進而使得涂層具有更好的耐磨性。

3結論

（1）火焰噴涂WC增強Ni60復合涂層經感應重熔，涂層組織致密，與基體形成良好的冶金結合。由于合金元素的固溶強化及WC等硬質相的彌散強化作用，涂層具有較高的硬度和良好的耐磨性。（2）感應重熔的涂層經850℃淬火和回火后，硬質相增多，涂層硬度提高，且經400℃、2h回火的涂層硬度較高，其耐磨性也優于感應重熔后的涂層。

熱處理論文:金屬材料與熱處理課程改革分析

一、金屬材料與熱處理課程的教學問題

金屬材料與熱處理是機械專業的基礎課程，主要內容包括金屬材料、組織、性能和熱處理方法等，通過本課程的學習，學生應掌握金屬的性能特征、熱處理工藝的正確選擇等知識和技能。對于高職機械專業中金屬材料與熱處理這門課程，大多數教師都倍感頭痛。由于這門課的內容比較枯燥，有些院校的實驗條件又不能滿足教學需要，再加上學生沒有充分認識到這門課程的重要性，導致該課程的教學效果始終難以達到預期標準。并且這門課內容寬泛、涉及面廣，由于其中含有大量敘述性文字，而邏輯性卻不強，以至于學生不易將其內容梳理和掌握，從而產生了厭學情緒、致使教師授課困難的問題產生。教師要轉變觀念，采用適合新時期高職學生的教學方法。教學觀念的轉變必然導致教學方法手段的革新。教育工作者的目的不單單是為了讓學生掌握知識，還要使學生獲得智力的發展、能力的培養，以及素質的提高。教無定法，學要得法。教師要采取不拘一格的教學方法，去挖掘學生的潛在意識，培養興趣，開發智力，寓教于樂。

二、課程改革模式

以興趣的情景激勵學生學習情緒。興趣是理解情感和表達的需要，是激發學生學習過程中具活力的部分，是好的老師。學好一門課的前提便是對這門課抱有興趣，這樣才有學習的動力。很多學生學不好的原因就在于缺乏學習興趣，體會不到這門課的樂趣所在。所以注重對學生學習興趣的培養是教師應注意的一大問題。培養學生良好的學習興趣，并能夠可持續發展，對端正學生學習專業課程的態度尤為重要。因為在高、初中教育，乃至小學教育都是“填鴨式”教學，絕大多數學生已經厭煩了這種教育模式，都希望能夠升到高職院校之后得到放松。很多學生不是不想學習，而是因為缺乏了學習的興趣，缺少了學習的動力，隨著時間的推移，甚至達到了疲倦的程度。因此，作為教師，在教學的過程中，就應該通過多方面、多層次和多元化的教學手段來實施教學，以至于讓學生對學習產生興趣，保持并發展這種有益的狀態，才能使課程教學狀況真正得到改善。

三、課程改革手段

1．列舉實例，吸引學生注意力教師只有熟悉學生感興趣的相關主題內容，才能教師在課堂上針對學生的狀態靈活地講授，使教授的內容貼近學生的生活，讓學生產生熟悉的親切感，以引起學生的注意，并進一步激發學生對學習內容更深層次的好奇心和學習動機。例如，在講解金屬的材料部分時認為，概念不應該被復制，而是應該強調知識概念的焦點，因而引導學生，列出一些生活中常常遇到的實物例子。例如“金項鏈是黃金做的”“用鋁做成的易拉罐”“車床床身是鑄鐵做的”“銅線做成的電線和電機”等。因為這些東西都是學生能夠看到，甚至是能夠使用得到的，已經有了一定程度的認知，所以，在講授金屬的性能時，很多同學就可以很快地理解和接受了。列舉實例的教學方法雖然簡單，但卻能立刻貼近學生的實際生活，快速引起學生的注意，以達到良好的教學效果。這同時也要求教師在教學過程中應多注意觀察生活，收集材料，以在教學中使用。

2．設置懸念，激發學生探究精神“金屬材料的力學性能”是教學的重要組成部分，但內容很抽象，如果直接講授，很難引起學生的學習興趣，也不利于學生的理解和接受，所以，在講述到一個新的知識點后，再繼續深入研究的時候，突然中斷講解，改換另一個話題，作為鋪墊。這時候，同學們就會有很大的反應“接下來會是怎么樣了？”這時，讓大家先思考一下：“你覺得接下來應該會產生怎么樣的效果呢？先動動腦筋思考一下，然后再一起來揭曉答案。”這樣給學生留下一個懸念，讓學生先自行地深入思考，也可以激發學生繼續學習的興趣。

3．換位教學，提升學生學習興趣就是把金屬材料與熱處理這門課當做別的課程，以不同的講課方式來進行。例如在鐵碳合金相圖這一章節時，就不再以金屬材料與熱處理的上課方式來講授了。因為學習相圖之前，大家已經接受了很多枯燥的概念理論知識，再這樣講下去，學生肯定不會容易接受，而且會越聽越亂。這時，就可以告訴大家：“好了！同學們，既然我們現在對鐵碳合金相圖的基本相已經有了一個大概了解，那現在就讓我們來放松一下，換一個題目來說，讓我們上一次美術課吧。”這時，就可以用生動的語言來把相圖做一個比方，用美術的方式來把相圖描述出來，讓大家親手畫出來。等大家把它畫出來之后，才知道原來我們畫的就是鐵碳合金相圖。這樣大家對相圖的理解就會更加深刻了。

4．合作學習，增強團結協作意識傳統的教學，缺少鍛煉學生獨立思考和探索的能力的手段，學生學習專業知識的能力很難得到改善。采用小組合作學習：一方面，不僅可以解決上述問題，同時，也提高了學生之間的協調能力和溝通能力，大大提高了學生之間的友誼和班內的團結；另一方面，學生單獨學習不容易找到自己的缺點，不容易解決疑難問題，不能有效提高學習效率，學生采用小組學習，共同討論研究，可以相互學習彼此的長處和優點，糾正自己的缺點和不足。

5．指導學習，促進學生興趣發展教師的指導方向起到至關重要的作用，適合學生的教育方式不但可以引發學生的學習興趣，甚至對學生的一生都起到十分重大的影響。教師在教學過程中應教給學生有效的學習方法，而不是一味地講解知識。所謂“授人以魚不如授之以漁”，最重要的是教會學生學習的方法，引導學生自己去探索，激發學生的學習興趣。通過對學習方法的指導，主動去辨別理解，將死知識化為活例子，培養學生學習的能力和學習的主動性。

作者：高峰 單位：遼寧工程職業學院

熱處理論文:金屬材料與熱處理課程改革

由于金屬材料與熱處理課程內容存在涉及面廣，專業術語多，概念多且缺乏邏輯性，難理解，難記憶，學生感到抽象難懂，枯燥無味，找不到學習重點等特點，教學難度較大．為此，就該課程的特點，總結了一些行之有效的教學方法．

1課堂教學的改革

1.1直觀教學直觀教學即利用可視物體進行直觀演示，把抽象問題具體化、可視化，便于理解掌握．不同內容則采用不同的直觀教學手段．如在講解變形可分為彈性變形和塑性變形時，可以用一個橡皮筋來演示彈性變形的結果，用橡皮泥來演示塑性變形的結果．在講金屬的結晶與結構時，晶胞、晶體及合金的組織構造都采用模具來講解，這樣非常逼真，并能清楚地根據合金的組織構造模型分析鐵碳合金組織中的鐵素體——奧氏體——滲碳體的含碳量逐漸增多的原因，以及力學性能不同的原因．學習鋼的牌號及用途時，就把準備好的各種小零件帶到課堂上，說明它們的名稱、用途及用鋼的牌號，記憶很深刻．

1.2多媒體教學隨著現代計算機網絡技術的發展，運用多媒體手段擴充教學容量成為一種新的教學方法．多媒體教學具有信息容量大、形象直觀和容易接受的特點．教學中選擇大量和教學內容緊密相連的圖片，如微觀結構、鋼的加熱及冷卻的轉變原理以及二元合金相圖等章節，把抽象的知識點通過生動的圖片傳達出來，使學生的記憶升華，理解深刻且過目不忘．對于一些不能用圖片表達的知識點可以通過三維動畫演示或視頻等方法來克服，如合金的凝固與擴散過程及鋼的加熱與冷卻過程等，這樣可以把抽象的過程生動形象地展示給學生．尤其是對工廠中生產和加工設備工作過程及具體的工藝操作，通過視頻展示可以大大激發學生的興趣，使學生熟悉工廠里的生產設備和具體的工藝操作，彌補了傳統理論教學的不足．

1.3舉例和類比法教學舉例法和類比法是教學中常見而又有效的方法之一，通過舉一些貼近學生生活和經驗的實例，使學生對教學內容產生親切、熟悉的感覺，吸引學生的注意力．

1.3.1舉例教學如講解液態金屬的結晶過程，即原子由不規則排列的液態逐步過渡到規則排列的固態過程，聽起來感覺很抽象，因此可以采用舉例教學法來解釋．上課了大家都在自己的位置上坐得很整齊，每名學生相當于原子，這時相當于固態金屬；下課了，學生在教室走動，教室雜亂無章，這時相當于液態金屬，那么液態金屬的結晶就相當于上課鈴聲，鈴一響，學生都回到自己的座位上坐好，這個過程就叫結晶，也就是原子由不規則排列的液態逐步過渡到規則排列的同態的過程．還有晶體缺陷、晶格等一些概念都可以舉一些通俗易懂的例子來解釋．

1.3.2類比法教學如固溶體的概念，書上的定義是“一種組元的原子溶入到另一種組元的晶格中所形成的均勻固相”．這樣的解釋很難讓學生理解，因此可以采用類比的方法來解釋，即先用大家都知道的溶液、溶質和溶劑的概念做知識鋪墊，然后再解釋：在液態時，一種組元溶解到另一種組元中形成溶液，在凝固時，它們將共同組成一種晶格，這種晶格與其中的一種組元相同，晶格上有各種組元的原子，這種在固態下溶解有其它元素的組織叫做固溶體，或稱固體溶液，而與固溶體晶格相同的組元叫溶劑，其它組元叫溶質．然后再以鐵、碳兩種組元為例說明，這樣不僅使學生明白了固溶體的形成，還使學生理解了固溶體的概念，學生思路清晰，將復雜的概念簡單化，收到良好的教學效果．

1.4結合科研項目啟發學生的科研思維在教學中結合教師的相關課題，把學和研有機聯系起來，可以很好地啟發學生把所學的理論知識運用到實際的科研課題中，從而培養學生的科研思維和科研能力．如在講導熱系數對合金凝固的影響時，結合國家自然科學基金項目“銅電積用Pb-Sn-Re合金陽極性能影響研究”，由于鉛基中加入了合金元素Sn，Sn由于能跟熱空氣反應生成較低傳熱系數的錫膜（SnO2），導致鉛合金在澆注時凝固時間變長，表現出良好的流動性，從而提高鉛合金的鑄造性能和機械性能．在講到溫度對晶粒長大的影響時，結合省教育廳課題“銅冶煉渣中鐵橄欖石、無定形玻璃體解離及其資源化機理研究”，冷卻溫度包括緩冷、水淬及空氣中自然冷卻對銅、冰銅晶粒的影響，緩冷有利于晶粒長大，有利于后續浮選回收．

2實踐教學改革

實驗教學是訓練操作技能、培養創新意識的重要途徑，可以有效培養學生的基本實驗操作技能，以及分析問題和解決問題的能力．

2.1改革實驗內容結合多年實驗教學的改革和探索，將實驗課程內容分為基礎性實驗（如金相實驗、熱處理實驗和硬度測試實驗等）、綜合性實驗（將單一的基礎實驗整合到一個實驗中，也稱“大實驗”）和科研性實驗（結合教師的科研項目進行的研究性實驗）．從而形成由基礎到綜合，從接受知識到綜合能力培養逐級提高的實驗教學課程新體系．

2.2優化實驗教學形式由于學生人數多，實驗設備數量有限，很多實驗只能看指導教師演示操作，學生沒有動手實踐的機會，所以很多學生認為做實驗是看實驗，甚至是湊熱鬧，無法對實驗基本原理更深層次地理解，缺乏必要的從事科學研究和工程實踐的能力．經優化后把以前的演示實驗改為以學生實踐操作為主．如鋁金的熔鑄實驗，把以前按班級為單位分組改為5人一組，自愿組合，實驗中學生輪流操作，教師指導．這樣每個學生都能參與實驗，并在實驗教學中引入企業生產中的“競爭與合作機制”，完成質量高的小組最終實驗成績要高，這樣學生參與實驗的積極主動性立刻得到提高，從而切實達到實驗目的．

2.3增設綜合性、設計性實驗綜合性和設計性實驗不僅可以把學生做過的實驗及學過的理論知識貫穿起來，對所學知識有效的鞏固，還可以有效地激發學生的參與興趣，提高學生分析問題和解決問題的能力．如在進行金屬組織觀察實驗時，如果只是單純地利用顯微鏡觀察不同的金屬組織，學生往往覺得很枯燥，不愿積極參與，必須對實驗內容進行調整．將材料加工企業實際熱處理后的一些報廢、過熱和過燒零件與正常零件比較，讓學生先進行性能檢測，再觀察金相組織，用所學理論加以解釋．為了完成這些工作，必需查閱大量的文獻資料或與教師進行充分討論，這樣學生的參與興趣就得到了很大的提高，且對實際零件的不同處理狀態有了更深刻的認識．金屬材料和熱處理課程的教學中，教師應靈活運用教學方法，把學生的學習興趣、學習積極性和主動性調動起來，多給學生獨立實踐的機會，讓學生自己思考問題和解決問題，最終共同提高教學質量．

作者：朱茂蘭 胡志彪 童長青 單位：龍巖學院化學與材料學院