講“學(xué)生聽的懂、學(xué)的會”的熱處理

李詠梅

摘 要：金屬材料與熱處理是中職學(xué)校機(jī)械類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，其中熱處理是這門課程中非常重要的內(nèi)容。本文針對近年來職業(yè)學(xué)校學(xué)生素質(zhì)普遍下降的現(xiàn)狀，在分析學(xué)生特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，探討了如何有效開展熱處理教學(xué)。

關(guān)鍵詞：熱處理 易教易學(xué) 易懂易用

現(xiàn)在，職業(yè)學(xué)生生源質(zhì)量下降，學(xué)生中間很大一部分學(xué)習(xí)態(tài)度不明確、學(xué)習(xí)能力有限、學(xué)習(xí)動力不足。而熱處理知識概念繁多、抽象枯燥、艱澀難懂，老師要將熱處理知識講清講透，學(xué)生要學(xué)懂學(xué)會極其困難。因此，怎樣講學(xué)生聽的懂、學(xué)的會的熱處理，是教學(xué)過程中需重點(diǎn)解決的問題。

一、熱處理的概念

熱處理是采用適當(dāng)?shù)姆绞綄虘B(tài)金屬材料或工件進(jìn)行加熱、保溫和冷卻，以獲得預(yù)期的組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理工藝過程由加熱、保溫、冷卻三個(gè)階段組成。教師講解時(shí)應(yīng)輕概念、重過程，以便在熱處理分類講解時(shí)，學(xué)生能容易理解各類熱處理的劃分。

二、熱處理的分類

熱處理根據(jù)加熱、保溫、冷卻方式的不同，分為不同的種類，一般分為常規(guī)熱處理和表面熱處理兩大類。常規(guī)熱處理又稱為整體熱處理，分為退火、正火、淬火和回火處理，生產(chǎn)中稱為“四火”處理，其中退火常用的形式有完全退火、球化退火和去應(yīng)力退火。表面熱處理包括表面淬火和化學(xué)熱處理，化學(xué)熱處理常用的形式有滲碳、滲氮和碳氮共滲等。教師教學(xué)中可簡單用下圖示意。

三、熱處理的應(yīng)用

1.熱處理工藝路線的制定

一般工件的加工過程可簡化如下：毛坯→預(yù)備熱處理→機(jī)械粗加工→最終熱處理→機(jī)械精加工

（1）預(yù)備熱處理。在毛坯制作完成以后，機(jī)械粗加工以前安排的熱處理稱為預(yù)備熱處理。它的表現(xiàn)形式多為退火或正火處理，若工件需要也可再安排調(diào)質(zhì)處理。預(yù)備熱處理的作用主要有：消除毛坯制作中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力；改善切削加工性，為隨后的機(jī)加工做準(zhǔn)備；均勻組織、細(xì)化晶粒，為以后的熱處理做好組織準(zhǔn)備。

（2）最終熱處理。在精加工之前安排的熱處理稱為最終熱處理，它的表現(xiàn)形式多為淬火+回火、表面熱處理等。最終熱處理的作用是獲得工件的使用性能要求，即工件使用時(shí)要求的力學(xué)性能。

2.熱處理工藝路線分析

（1）預(yù)備熱處理的選擇。預(yù)備熱處理的選擇要看工件的材料。當(dāng)工件是用低碳鋼或中碳鋼制作時(shí)，預(yù)備熱處理一般選擇正火處理，若正火不合適時(shí)可采用完全退火處理。當(dāng)工件是用高碳鋼制作時(shí)，預(yù)備熱處理選擇球化退火處理。具體可根據(jù)下式選擇：

低碳鋼（含碳量小于0.25%）→正火（或完全退火）

中碳鋼（含碳量0.25%～0.60%）→正火（或完全退火）

高碳鋼（含碳量大于0.60%）→球化退火

（2）最終熱處理的選擇。最終熱處理的選擇，要根據(jù)鋼件的使用性能要求，把鋼件大致分為四大類。第一類是要求高硬度、高耐磨性的工件，譬如刀具、滾動軸承等，應(yīng)選擇淬火后低溫回火來滿足其使用性能要求。第二類是要求高彈性的工件，譬如彈簧、熱鍛模等，應(yīng)選擇淬火后中溫回火來滿足其使用性能要求。第三類是比較重要的、受力復(fù)雜的工件，譬如機(jī)床主軸等，應(yīng)選擇淬火后高溫回火（又稱為調(diào)質(zhì)處理），來滿足其使用性能要求。第四類是承受沖擊載荷、扭轉(zhuǎn)載荷及摩擦條件下工作的工件，譬如汽車、拖拉機(jī)里的變速齒輪等，這類工件要求表面具有高硬度、高耐磨性，而芯部則要具有足夠的塑性及韌性，生產(chǎn)中稱為“表里不一”外硬內(nèi)韌的工件，應(yīng)選擇表面熱處理來滿足其使用性能要求。根據(jù)這類工件使用材料的不同，選擇的表面熱處理的類型也不一樣，如果是用低碳鋼制作的工件，應(yīng)當(dāng)采用滲碳后淬火加低溫回火的處理工藝；如果是中碳鋼制作的工件，應(yīng)當(dāng)采用表面淬火加低溫回火的處理工藝。具體可根據(jù)下式選擇：

①要求高硬度、高耐磨性的工件（如刀具）→淬火+低溫回火；

②要求高彈性的工件（如彈簧）→淬火+中溫回火；

③受力復(fù)雜的工件（如機(jī)床主軸）→淬火+高溫回火（即調(diào)質(zhì)處理）；

④“表里不一”，外硬內(nèi)韌的工件（如變速齒輪）→表面熱處理：

低碳鋼→滲碳+淬火+低溫回火

中碳鋼→表面淬火+低溫回火

實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以很容易地區(qū)分第一類、第二類及第四類工件，其余不好嚴(yán)格區(qū)分的工件均可視作第三類工件，選擇調(diào)質(zhì)處理。

例1 現(xiàn)用T10A鋼制造一把銼刀，試制定其熱處理工藝路線。

思路：工件一般的加工過程為“毛坯→預(yù)備熱處理→機(jī)械粗加工→最終熱處理→機(jī)械精加工”，只需要把預(yù)備熱處理和最終熱處理的具體表現(xiàn)形式選擇出來即可。

分析：銼刀是鉗工常用的一種刀具，其性能要求高硬度、高耐磨性，是最典型的第一類工件，故最終熱處理選擇淬火+低溫回火；材料是T10A鋼，表示平均含碳量為1.0%的高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼，含碳量1.0%大于0.60%，為高碳鋼，故預(yù)備熱處理選擇球化退火。其熱處理工藝路線可寫為：

毛坯→球化退火→機(jī)械粗加工→淬火+低溫回火→機(jī)械精加工。

例2 現(xiàn)用15號鋼制造汽車變速齒輪，試制定其熱處理工藝路線。

思路：工件一般的加工過程為“毛坯→預(yù)備熱處理→機(jī)械粗加工→最終熱處理→機(jī)械精加工”，只需要把預(yù)備熱處理和最終熱處理的具體表現(xiàn)形式選擇出來即可。

分析：汽車變速齒輪在工作中承受沖擊載荷、扭轉(zhuǎn)載荷及摩擦，要求表面具有高硬度、高耐磨性，而芯部則要具有足夠的塑性及韌性，為典型的第四類“表里不一”外硬內(nèi)韌的工件，故最終熱處理應(yīng)選擇表面熱處理來滿足其使用性能要求。材料是15號鋼，表示平均含碳量為0.15%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼，含碳量小于0.25%，為低碳鋼，故表面熱處理的具體表現(xiàn)形式為滲碳+淬火+低溫回火。因?yàn)槠涫堑吞间摚暑A(yù)備熱處理的具體種類選擇為正火處理。其熱處理工藝路線可寫為：

毛坯→正火→機(jī)械粗加工→滲碳+淬火+低溫回火→機(jī)械精加工。

教師講課時(shí)可多舉幾個(gè)工件實(shí)例，或?qū)⑼还ぜ貌煌牟牧蟻碇谱?，讓學(xué)生自己來思考、選擇、比較，從而牢固掌握熱處理知識。

現(xiàn)代職業(yè)教育以實(shí)用、夠用為原則，以應(yīng)用性為目的，因此教師在教學(xué)中應(yīng)摒棄一些過深、過難的內(nèi)容，只要求學(xué)生對于不同的工件會選擇熱處理種類，選擇的方法也只需要按上述式子簡單套用即可。這樣使得教學(xué)安排降低了教學(xué)難度，提高了學(xué)生掌握知識的成就感，教學(xué)過程“易教易學(xué)，易懂易用”，獲得了較滿意的教學(xué)效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓志勇.金屬材料與熱處理（少學(xué)時(shí)）[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2012.

（作者單位：河南省焦作市技師學(xué)院）