關于《金屬工藝學》課程教學改革的探討

王　軍

摘要:文章結合具體生產實踐對《金屬工藝學》課程的教學內容補充進行了闡述。

關鍵詞:金屬工藝學;普通熱處理;表面熱處理;淬火

中圖分類號:G712文獻標識碼:A

文章編號:1674-1145(2009)20-0161-02

作為高職學院的機電系培養目標的基本內涵是培養從事機械加工行業應用型人才,因此課程要以企業職業崗位的知識、素質、技術、能力等作為要求,由于《金屬工藝學》課程缺乏實踐性和應用性,學生的能力有限,僅僅依靠教材上所學到的知識是無法滿足企業生產實際的要求,所以教學方向應該結合企業生產特點將理論知識與實踐有機地融合起來,使學員在今后的生產中能夠正確地應用所學的知識指導實踐。例如企業中使用的天然氣滲碳工藝、噴霧淬火工藝等內容,教材上就沒有相關的闡述。因此對于本課程的教學就有必要進行適當的補充。在這里筆者結合多年的教學經驗,對這門課程教學內容進行一下分析,供同行們參考。

《金屬工藝學》這門課主要是由金屬材料基礎知識、鋼的熱處理、金屬材料、非金屬材料四大部分組成。筆者認為金屬材料基礎知識既然是基礎知識,就不應該著重講解只需要對一些與后面內容有關聯的部分加以說明即可;非金屬材料內容對于本系的學員今后從事的工作接觸較少,故不需講授。而本課程主要內容就應該是鋼的熱處理、金屬材料,顯而易見鋼的熱處理是與機械加工行業最為密切相關內容之一,同時也是學員畢業后從事職業的重點發展方向,所以教學的重點應該著重放在鋼的熱處理上,因此補充內容也應放在這一部分上。教材上關于鋼的熱處理工藝大綱內容回顧:

1.普通熱處理工藝:退火、正火、淬火、回火。

2.表面熱處理工藝:感應加熱表面淬火、化學熱處理(包括滲碳、滲氮、碳氮共滲)。

3.熱處理的主要缺陷及防止辦法:過熱、過燒、變形與開裂。

教材上這幾部分內容都有許多不足之處。例如:在熱處理過程中不可忽視的變形與開裂問題,僅從內應力的角度分析了變形與開裂產生的原因,而一些具體產品熱處理過程中如何防止變形這一重要內容卻一帶而過。又如滲碳教材中著重介紹煤油作為滲碳劑,而企業中常采用天然氣為滲碳劑的滲碳方法。現就結合教材中鋼的熱處理工藝應補充的內容闡述如下。

一、普通熱處理工藝

普通熱處理有退火、正火、淬火、回火。在配合每一種工藝適當舉一些實例的基礎上,內容重點應放在大型鍛件的第一熱處理和第二熱處理上(因按國內、外的發展大件生產是一種趨勢)。大型鍛件的熱處理分為第一熱處理和第二熱處理。鍛壓后的熱處理稱為第一熱處理,它比一般小件的預備熱處理工藝要復雜,第一熱處理工藝周期長,除了消除應力,降低硬度,便于切削加工以外,其主要目的還在于預防鍛壓后容易出現白點,提高鋼的化學成分均勻性,細化組織。而針對具體鋼材不同其工藝形式也不相同,一共有五種:(1)等溫冷卻:其工藝特點是不加重結晶,不過冷;(2)鍛壓后起伏等溫冷卻:其工藝特點是鍛后等溫加熱但不重結晶;(3)鍛壓后正火—回火:其工藝特點是鍛后爐冷時加重結晶又加過冷;(4)鍛壓后起伏等溫退火:其工藝特點是爐冷時加重結晶,又稱為二次過冷;(5)專用工藝:冷軋工作輥等溫退火工藝,其工藝特點是既要考慮防止白點出現,又要考慮金屬碳化物的球化問題。大型鍛件的第二熱處理就是最終熱處理,常進行的工藝分別為調質、正火、回火、時效。第二熱處理與小件最終熱處理不同之處在于加熱方式、加熱速度、冷卻方式、最終冷卻溫度,而且在低溫升溫階段采用限速加熱。回火時也應限速加熱,加熱速度應小于淬火和正火的加熱速度。為了保證大型鍛壓件冷卻時不致開裂,其冷卻工藝一般都采用逐步緩慢的冷卻方式,冷卻時不像小件那樣一直冷卻至室溫,而是冷卻到高于室溫的某個溫度,這個溫度叫終冷溫度。常用的淬火方式有水冷、鹽水冷、油冷、空冷。對于水(鹽水)——油冷卻工藝;水(鹽水)——空——水(鹽水)冷卻工藝;油——空——油冷卻工藝以及噴霧淬火工藝。在講授中要分析不同的原因,再配以不同工藝曲線分析,則使學員更加便于理解。

二、表面熱處理工藝

1.感應加熱表面淬火,重點補充支承輥工頻感應加熱淬火。感應加熱表面淬火分為高頻、中頻、工頻感應加熱淬火,目前還研制有超音頻感應加熱淬火。淬火的頻率越高,工件表面淬硬層就越薄,使得工件表面獲得高硬度和耐磨性,而心部保持較好的塑性和韌性。對于這個知識點應補充大型表面淬火軋輥常用的雙工頻連續感應加淬火和無鐵芯高感應整體加熱的工頻淬火。這兩種工頻淬火的工藝教材上沒有闡述,應詳細介紹其原理、特點以及生產工藝,以此使學員能掌握最前沿的知識點。

2.化學熱處理重點補充天然氣滲碳。天然氣作為滲碳劑在目前很多生產中使用,教材上相關知識就沒有介紹。天然氣滲碳工藝特點是具有滲碳速度快、質量穩定、取材方便、設備簡單、操作方便等優點,尤其對于單件、小批量生產企業中對大型鍛壓件滲碳,用標準井式氣體滲碳爐就不能滿足要求,而用天然氣+氨氣稀釋作為滲碳劑,在非標準氣體滲碳爐中進行就有可實施性。故在教學中應補充這個知識點內容。

三、淬火缺陷及防止

淬火的缺陷主要有過熱、過燒、變形與開裂。重點應補充幾個具體零件在熱處理過程中如何防止變形和開裂的,以及在出現缺陷以后如何有針對性采取不同的措施進行修補。淬火后的零件或多或少都會產生變形,實際上零件在淬火階段除了受到熱應力和組織應力的影響以外,變形還與零件的形狀、尺寸、化學成分和淬火工藝等條件的綜合影響有關。各種成分和各種形狀的零件在淬火過程中產生變形的主要原因不盡相同,所以對于這一知識點的補充應采取舉一些典型零件實例的方法來分析產生變形的原因:如在裝爐、淬火工藝、淬入方法以及淬火冷卻介質等方面采取的防止變形措施。

四、結合學本院機械實習廠的典型零件的熱處理分析

典型零件主要包括電站鍛件,軋輥類零件,這些零件的熱處理工藝書上沒有闡述,故對于這一知識點應補充,這樣就能使學員有理論與實際相結合的機會,學員容易掌握。(1)電站鍛件的熱處理工藝:主要是電機轉子用的鋼材,對于熱處理工藝尤其是淬火——采用的是噴霧淬火方面加以講授,將這些新工藝的前沿知識運用到教學中,筆者相信學員一定能長很多見識,對于他們從事這方面的工作有幫助。(2)軋輥類鍛件的熱處理工藝:軋輥類鍛件可分為兩大類。一類是冷軋工作輥和熱軋工作輥;一類是冷軋支承輥和熱軋支承輥。給學員講授時應從它們各自的工作范圍出發,分析其使用的性能要求和特點,確定出相應的熱處理工藝。

教材上另一個主要內容金屬材料部分的補充應以前面講述的典型零件使用的材料,以及一些正在使用的新型材料為補充知識點。補充原則與鋼的熱處理相類似,這里就不再分析了。

五、總結

筆者認為通過對《金屬工藝學》課程知識的補充,使學員所學知識能與生產實踐相結合,促進學員學習質量,為今后的學有所用打下基礎。

參考文獻

[1]王孝達.金屬工藝學[M].北京:高等教育出版社,1997.

[2]丁德全.金屬工藝學[M].北京:機械工業出版社,2004.

[3]王英杰,金升.金屬材料及熱處理[M].北京:機械工業出版社,2006.

作者簡介:王軍(1971- ),男,四川建筑職業技術學院機電系講師,研究方向:機械教學。