关于《金属工艺学》课程教学改革的探讨

王　军

摘要:文章结合具体生产实践对《金属工艺学》课程的教学内容补充进行了阐述。

关键词:金属工艺学;普通热处理;表面热处理;淬火

中图分类号:G712文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)20-0161-02

作为高职学院的机电系培养目标的基本内涵是培养从事机械加工行业应用型人才,因此课程要以企业职业岗位的知识、素质、技术、能力等作为要求,由于《金属工艺学》课程缺乏实践性和应用性,学生的能力有限,仅仅依靠教材上所学到的知识是无法满足企业生产实际的要求,所以教学方向应该结合企业生产特点将理论知识与实践有机地融合起来,使学员在今后的生产中能够正确地应用所学的知识指导实践。例如企业中使用的天然气渗碳工艺、喷雾淬火工艺等内容,教材上就没有相关的阐述。因此对于本课程的教学就有必要进行适当的补充。在这里笔者结合多年的教学经验,对这门课程教学内容进行一下分析,供同行们参考。

《金属工艺学》这门课主要是由金属材料基础知识、钢的热处理、金属材料、非金属材料四大部分组成。笔者认为金属材料基础知识既然是基础知识,就不应该着重讲解只需要对一些与后面内容有关联的部分加以说明即可;非金属材料内容对于本系的学员今后从事的工作接触较少,故不需讲授。而本课程主要内容就应该是钢的热处理、金属材料,显而易见钢的热处理是与机械加工行业最为密切相关内容之一,同时也是学员毕业后从事职业的重点发展方向,所以教学的重点应该着重放在钢的热处理上,因此补充内容也应放在这一部分上。教材上关于钢的热处理工艺大纲内容回顾:

1.普通热处理工艺:退火、正火、淬火、回火。

2.表面热处理工艺:感应加热表面淬火、化学热处理(包括渗碳、渗氮、碳氮共渗)。

3.热处理的主要缺陷及防止办法:过热、过烧、变形与开裂。

教材上这几部分内容都有许多不足之处。例如:在热处理过程中不可忽视的变形与开裂问题,仅从内应力的角度分析了变形与开裂产生的原因,而一些具体产品热处理过程中如何防止变形这一重要内容却一带而过。又如渗碳教材中着重介绍煤油作为渗碳剂,而企业中常采用天然气为渗碳剂的渗碳方法。现就结合教材中钢的热处理工艺应补充的内容阐述如下。

一、普通热处理工艺

普通热处理有退火、正火、淬火、回火。在配合每一种工艺适当举一些实例的基础上,内容重点应放在大型锻件的第一热处理和第二热处理上(因按国内、外的发展大件生产是一种趋势)。大型锻件的热处理分为第一热处理和第二热处理。锻压后的热处理称为第一热处理,它比一般小件的预备热处理工艺要复杂,第一热处理工艺周期长,除了消除应力,降低硬度,便于切削加工以外,其主要目的还在于预防锻压后容易出现白点,提高钢的化学成分均匀性,细化组织。而针对具体钢材不同其工艺形式也不相同,一共有五种:(1)等温冷却:其工艺特点是不加重结晶,不过冷;(2)锻压后起伏等温冷却:其工艺特点是锻后等温加热但不重结晶;(3)锻压后正火—回火:其工艺特点是锻后炉冷时加重结晶又加过冷;(4)锻压后起伏等温退火:其工艺特点是炉冷时加重结晶,又称为二次过冷;(5)专用工艺:冷轧工作辊等温退火工艺,其工艺特点是既要考虑防止白点出现,又要考虑金属碳化物的球化问题。大型锻件的第二热处理就是最终热处理,常进行的工艺分别为调质、正火、回火、时效。第二热处理与小件最终热处理不同之处在于加热方式、加热速度、冷却方式、最终冷却温度,而且在低温升温阶段采用限速加热。回火时也应限速加热,加热速度应小于淬火和正火的加热速度。为了保证大型锻压件冷却时不致开裂,其冷却工艺一般都采用逐步缓慢的冷却方式,冷却时不像小件那样一直冷却至室温,而是冷却到高于室温的某个温度,这个温度叫终冷温度。常用的淬火方式有水冷、盐水冷、油冷、空冷。对于水(盐水)——油冷却工艺;水(盐水)——空——水(盐水)冷却工艺;油——空——油冷却工艺以及喷雾淬火工艺。在讲授中要分析不同的原因,再配以不同工艺曲线分析,则使学员更加便于理解。

二、表面热处理工艺

1.感应加热表面淬火,重点补充支承辊工频感应加热淬火。感应加热表面淬火分为高频、中频、工频感应加热淬火,目前还研制有超音频感应加热淬火。淬火的频率越高,工件表面淬硬层就越薄,使得工件表面获得高硬度和耐磨性,而心部保持较好的塑性和韧性。对于这个知识点应补充大型表面淬火轧辊常用的双工频连续感应加淬火和无铁芯高感应整体加热的工频淬火。这两种工频淬火的工艺教材上没有阐述,应详细介绍其原理、特点以及生产工艺,以此使学员能掌握最前沿的知识点。

2.化学热处理重点补充天然气渗碳。天然气作为渗碳剂在目前很多生产中使用,教材上相关知识就没有介绍。天然气渗碳工艺特点是具有渗碳速度快、质量稳定、取材方便、设备简单、操作方便等优点,尤其对于单件、小批量生产企业中对大型锻压件渗碳,用标准井式气体渗碳炉就不能满足要求,而用天然气+氨气稀释作为渗碳剂,在非标准气体渗碳炉中进行就有可实施性。故在教学中应补充这个知识点内容。

三、淬火缺陷及防止

淬火的缺陷主要有过热、过烧、变形与开裂。重点应补充几个具体零件在热处理过程中如何防止变形和开裂的,以及在出现缺陷以后如何有针对性采取不同的措施进行修补。淬火后的零件或多或少都会产生变形,实际上零件在淬火阶段除了受到热应力和组织应力的影响以外,变形还与零件的形状、尺寸、化学成分和淬火工艺等条件的综合影响有关。各种成分和各种形状的零件在淬火过程中产生变形的主要原因不尽相同,所以对于这一知识点的补充应采取举一些典型零件实例的方法来分析产生变形的原因:如在装炉、淬火工艺、淬入方法以及淬火冷却介质等方面采取的防止变形措施。

四、结合学本院机械实习厂的典型零件的热处理分析

典型零件主要包括电站锻件,轧辊类零件,这些零件的热处理工艺书上没有阐述,故对于这一知识点应补充,这样就能使学员有理论与实际相结合的机会,学员容易掌握。(1)电站锻件的热处理工艺:主要是电机转子用的钢材,对于热处理工艺尤其是淬火——采用的是喷雾淬火方面加以讲授,将这些新工艺的前沿知识运用到教学中,笔者相信学员一定能长很多见识,对于他们从事这方面的工作有帮助。(2)轧辊类锻件的热处理工艺:轧辊类锻件可分为两大类。一类是冷轧工作辊和热轧工作辊;一类是冷轧支承辊和热轧支承辊。给学员讲授时应从它们各自的工作范围出发,分析其使用的性能要求和特点,确定出相应的热处理工艺。

教材上另一个主要内容金属材料部分的补充应以前面讲述的典型零件使用的材料,以及一些正在使用的新型材料为补充知识点。补充原则与钢的热处理相类似,这里就不再分析了。

五、总结

笔者认为通过对《金属工艺学》课程知识的补充,使学员所学知识能与生产实践相结合,促进学员学习质量,为今后的学有所用打下基础。

参考文献

[1]王孝达.金属工艺学[M].北京:高等教育出版社,1997.

[2]丁德全.金属工艺学[M].北京:机械工业出版社,2004.

[3]王英杰,金升.金属材料及热处理[M].北京:机械工业出版社,2006.

作者简介:王军(1971- ),男,四川建筑职业技术学院机电系讲师,研究方向:机械教学。