热处理工艺论文十篇

热处理工艺论文篇1

各元素在合金中的作用如下:(1)Si和Mg的影响Si和Mg是该铝型材合金的主要组成元素，其结合形成了产品的主要强化相Mg2Si。但Si和Mg比例不同，形成强化相的数量和分布有差别，这直接影响到产品日处理后的力学性能。研究表明［3］，对于Al－Mg－Si三元合金，当其处于ɑ(Al)－Mg2Si－Si三相区间内时，具有最大的抗拉强度。对于Al－Mg－Si三元合金，Mg2Si含量增加，会提高其抗拉强度，但会降低其伸长率;当Mg2Si含量为定值时，Si含量增加，抗拉强度增加，伸长率变化不大，但当Si出现过剩相时，合金的耐蚀性随过剩相含量的增加而降低，脆性增大;当Si含量为定值时，增加Mg含量，也会提高抗拉强度。合金位于ɑ(Al)－Mg2Si两相区或Al单相区(Mg2Si固溶于基体)，具有最佳的耐蚀性能。公司根据以上机理，确定了内控标准。(2)Mn的影响Mn亦可强化基体，提高产品的韧性和耐蚀性，但Mn含量过多时，会减少Si的强化效果，形成晶内偏析，产生粗精组织，降低铸锭的挤压性能，因此，要适当控合金中Mn含量。(3)Ti的影响Ti是晶粒细化剂，可以避免铸造时形成热裂纹，减少铸锭中的柱状晶组织，细化铸锭的晶粒度，减少挤压产品的各向异性。(4)Zn和Cu的影响少量的Zn和Cu可以提高铝型材的强度，耐蚀性变化不大，但添加量过多时会降低铝型材的抗腐蚀性。同时，少量的Cu可以减少人工时效后机械性能的下降。(5)Fe的影响Fe是铝型材中的杂质元素，会损害型材的综合性能，应尽量减少其含量。综上所述:在该产品用铝合金成分配比中，镁硅比应保持在1．18左右，此时铝型材内强化相绝大部分是Mg2Si，含有少量的富余Si，Si含量亦不过剩，此时强度较高，塑性和抗蚀性未降低;由于没有过剩的硅含量，Mn含量可以处于国标的下限。Fe含量应根据原铝锭冶炼水平，越低越好。

2热处理工艺控制

2．1铝棒均质热处理工艺控制在铝棒铸造成型过程中，受合金成分、浓度梯度、温度梯度、冷却强度等因素的影响，铝棒不可避免的会出现树枝晶、蔷薇晶、带状组织、偏析、非平衡相、铸造应力等不希望得到组织或状态，为了在挤压前消除这些缺陷，优化铸棒组织，需要对铝合金棒进行均质处理。均质处理时一是要考虑铝棒不能过烧，出现二次共晶;二是要使粗大的针状、带状和非平衡相充分溶解。以XX公司35吨均质炉，装入直径292mm铝棒为例，考虑到热电偶误差，保温温度应控制在570±5℃，保温6h为宜，低于560℃，可能出现组织不均匀区域(低倍组织)，挤压型材力学性能较低;高于585℃，将会使晶界粗化，引起过烧，严重时形成难熔质点。保温时间应在5．5～6．5h之间，过高和过低都影响铝型材力学性能。以保温温度570℃，保温6h为参照，挤压工艺相同的情况下，当保温温度延长至7．5h时，抗拉强度下降约11%。冷却时，采取风冷+水冷分级的冷却方式，一方面使冷却介质均匀分布，一方面不至于冷却速度过慢或扩快，影响均质效果。

2．2加热固溶热处理工艺控制研究表明［4］，模具出口处型材温度受铝棒加热温度、挤压速度和其它因素多重影响，其中铝棒加热温度影响强度约44%，挤压速度影响强度约32%。对于本文研究的该型材产品，由于合金为6082合金，本身变形抗力较大，同时型材截面复杂，幅面宽，因此，适宜较高的铝棒加热温度，低的挤压速度。对铝棒加热的控制主要是加热温度和保温时间，对于加热温度控制，主要考虑因素是型材出口温度(固溶温度)和变形抗力，铝棒加热温度过低，将造成变形抗力过大，出现模具崩裂或走水;即使挤出型材，型材出口温度较低，型材性能较差。考虑到铝棒从铝棒炉出来到进入挤压机有一定的时间间隙，铝棒加热温度应适当提高。对于铝棒保温时间控制，主要考虑析出物溶解程度和铝棒温度均匀性，对于长棒炉，通过改善加热方式和内部热循环方式，尽可能提高炉内温度均匀性。对生产该型材的铝棒，保温时间应控制在3分钟以上，能够保证析出相的充分溶解，如果铝棒进入加热炉前长时间放置，保温时间应延长。同时，实践证明，保温时间继续延长，对挤出型材性能影响不大。当生产铝型材使用在线淬火方式时，型材出口温度即为固溶温度。固溶温度与铝棒加热温度直接相关。对于生产该型材的6082合金，理论上，固溶温度越高，越有利于强化相的彻底固溶。由上述可知，其它挤压工艺相同的情况下，铝棒加热温度直接决定固溶温度，因此铝棒温加热温度越高，固溶的越好，但固溶温度要低于合金最低熔点，防止合金过烧。生产实践表明，当固溶温度处于520－545℃时，型材具有较高的性能;此时，采用某挤压工艺时，铝棒加热温度应控制在485～510℃。

2．3淬火工艺控制由于生产本文所述型材产品使用的是6082铝合金，该合金的淬火敏感性比6061、6063等牌号合金要高［2］，因此，淬火强度要高，否则，将影响产品强度和时效效果。在曾经使用过的水淬、强风+雾、强风等淬火方式中，水淬冷却强度最大，淬火后硬度高，但淬火后由于型材厚度不均，容易出现产品的翘曲和变形，造成废品。强风+雾的淬火方式亦能达到产品性能要求，但对光身料产品，气雾容易在产品形成水渍，增大后期处理难度。Xx公司通过改变出风口位置，改善气体质量和温度，可以使产品强度和硬度等性能指标达到要求。在淬火工艺控制过程中，该型材的淬火冷却速度要保证达到300℃以上。

2．4时效工艺控制经过固溶淬火后的铝型材得到一种不稳定的固溶体，此时其力学性能并不能达到最大;同时，由于该固溶体处于过饱和状态，又有较大的析出倾向，如果不对其进行人工时效处理，析出相将在晶界处聚集，出现晶间腐蚀或应力腐蚀。在实际生产过程中，由于可能需要整形等工序，人工时效前产品会在自然状态放置一段时间，相当于一个自然时效过程。生产实践显示，自然状态放置时间应尽量避免在5～7h之间，在此时间区间内，相同人工时效工艺下，力学性能偏低。在人工时效工艺参数优化过程中，当时效温度为175℃吴宗闯，等:集装箱铝型材生产过程中热处理工艺控制初探•89•时，保温6．5h，产品性能最优;但延长保温时间，产品强度、硬度等力学性能变化不大，保温时间延长至15h，产品性能略有降低，强度降低小于3%。但保温时间低于5．5h，力学性能下降明显。考虑企业成本控制因素，保温时间控制6～7h最佳。

3结束语

热处理工艺论文篇2

图1为不同温度淬火后试样的微观组织。可以看出，淬火温度在860℃时内部呈铁素体结晶，温度上升至880℃后，内部组织没有明显变化。继续提高温度，加热到900℃时，组织开始变化，铁素体逐渐被粒状和条状的贝氏体替代。在920℃淬火保温后，钢板内部组织全部为均匀致密的板条状贝氏体组织。可见，采用920℃进行淬火处理能获得组织更致密的钢板。图2为不同回火温度下试样的微观组织。可以看出，在630℃和650℃回火后要比670℃和690℃回火后的组织更加均匀。这是由于在630℃和650℃回火后，组织为回火贝氏体，而随着回火温度的逐渐提高，回火贝氏体开始慢慢长大，转化为粗大长块状的贝氏体。可见，理想的回火温度为630℃。

2力学性能

表4为不同回火温度下试件的力学性能测试。可以看出，随着回火温度的升高，SA738Gr.B钢的屈服强度逐渐降低，630℃回火处理后要比690℃回火处理后高出98MPa。同样，抗拉强度也随着淬火温度的升高而逐渐降低。在抗冲击性能方面，不同回火温度下的冲击性能有所变化，但是变化幅度不大，在690℃下回火试样的冲击韧度较高。综上所述，SA738Gr.B钢的最佳热处理工艺是920℃淬火，保温30min，之后在630℃下回火，保温60min。

3实验结果的工业化应用

根据实验室得出的实验结果，在首钢应用该热处理方案对SA738Gr.B钢进行工业化热处理。热处理完成后随机抽取钢板分别截取表面、1/4断面、心部断面进行金相观察，金相组织如图3所示。可以看出，经回火处理后，钢板组织主要为贝氏体，各断面组织没有差异，表面组织更为细密。与实验结果基本相同。表5为试样的室温拉伸性能测试结果。可以看出，1/4处和1/2处的室温横向拉伸性能变化不大，同实验室结果相比，在1/4的力学性能较吻合，因此经工业热处理后的钢板具有了良好的力学性能，能更好的满足核电站建设用钢的标准。图4为工业热处理后钢板的低温抗冲击性能测试结果。可以看出，即使温度降至-80℃，钢板仍然有150J左右的冲击吸收能。而在-20℃至-40℃，冲击吸收能保持在280J左右。可见，经工业热处理后的SA738Gr.B钢具有优良的低温抗冲击性能。

4结论

热处理工艺论文篇3

1.1化学热处理薄层渗透技术化学热处理薄层渗透技术能够提高材料的韧性和性能，提高效率，还会减少能源浪费。薄层渗透技术不需要渗透到金属材料深处就可以改变金属表面的性能，降低了环境污染，减少了生产成本。化学热处理不需要过分渗透，薄层渗透技术就是总结了传统热处理存在的问题后应运而生的。

1.2激光热处理技术激光热处理技术主要是利用激光对金属材料进行热处理。由于激光穿透力强，因此可以实现其他热处理方式达不到的效果，使金属材料表面硬度增强，性能提高。使用电脑控制激光热处理技术，可以大大提高效率，实现热处理自动化。

1.3真空热处理技术真空热处理技术利用真空作为金属材料热处理的环境，可以缩短时间，提高效率，减少有毒气体的排放，有明显的节能效果和环保效果。目前，在一些发达国家，真空热处理技术还在不断研究和更新，力求在无氧环境的基础上填充惰性气体作为热处理环境，使热处理效率更高。

1.4超硬涂层技术超硬涂层技术可以提高材料表面硬度，使其更加耐用，提高性能，是目前应用范围较为广泛的热处理技术之一。随着现代金属材料加工技术的不断发展，超硬涂层技术采用电脑进行实时监控，方便该技术更好地应用。

1.5振动时效处理技术振动时效处理技术依靠振动原理稳定金属材料性能，可以有效防止金属材料变形。振动时效处理技术采用计算机设备进行监控，既可以减少生产时间，提高效率，还能够降低成本，节能减耗，克服了传统热处理技术的不足。

2金属材料热处理工艺与技术展望

随着金属材料热处理工艺与技术的不断发展，诞生了许多热处理技术。其中，可控气氛热处理就是较为成熟的热处理技术之一。可控气氛，顾名思义，就是一种可以控制和保护的气氛，是一种保护金属材料的气体介质。可控气氛可以有效保护金属材料的表面性能，使热处理过程更为完善。对于钢制工件而言，可控气氛热处理极为适合，可以给钢材料提供更为妥善的保护。这是因为钢在热处理高温中很容易被氧化，表面破坏较为严重，但可控气氛热处理却能够避免钢被氧化。对于其他金属材料而言，可控气氛热处理同样适用，在尺寸上可以调控，使操作更加灵活。目前，可控气氛热处理的应用较为广泛，但依然有很大的局限性。因此，未来的金属材料热处理工艺和技术需更加普及，才会有更广泛的发展空间。

3结束语

热处理工艺论文篇4

关键词：铁碳合金相图;金属热加工工艺;教学体会

中图分类号：G718 文献标识码：B文章编号：1672-1578（2014）13-0282-02

按照新时期中职教育的要求，教师在课堂上，不仅仅是完成教学任务，更重要的是要求教师能够运用现代化教学手段，合理调整教学内容，调动学生学习的积极性，帮助学生理解掌握深奥难懂的理论知识，教学中要有互动，学生要有发挥想象的空间。面对新时期的新任务，结合以能力为本，以就业为导向的教学目标。可以看出，学生的需求和教学目的的要求是完全统一的。因此，要求我们在金属材料教学中，一定要注重理论联系实际，充分发挥学生的主导作用。铁碳合金相图在金属热加工工艺应用教学内容的处理上，应以理论教学为主线，辅以相图为综合渗透作用，使学生融会贯通，即做到对理论的掌握，又得到能力上的锻炼，故在教学中做了以下尝试。

1.金属材料与机械零件生产工艺是教学基础

因为中职学校培养的学生，毕业后将要直接面对企业的一线生产。理解和掌握金属材料到机械零件整个的生产工艺过程对他们来说是非常重要。也就是说金属材料通过铸造、锻压、焊接 机械加工、热处理等工序的加工制作最后变成零件。在生产中金属加工的工艺过程就显得非常重要。而铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。铁碳合金相图可以帮助学生，根据金属材料的成分推断其组织，由组织定性分析其力学性能，这在铸造、锻造、焊接以及热处理等方面有着广泛的应用。学习铁碳合金相图，可以全面认识碳钢、合金钢和铸铁等常用的黑色材料。

2.利用铁碳合金相图渗透金属热加工工艺的概念

2.1 铸造性能的概念提出。铸造性能的概念提出，首先通过多媒体演示铸件生产工艺过程，通过观看齿轮坯铸件生产过程。最后让学生总结得出:铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成型方法。有了铸造性能概念，结合铁碳合金相图，指出ACD区是液相区，确定浇注温度一般在液相线以上150C°左右，并且可选择流动性好的合金，即接近共晶成分的合金,应用最为广泛。因为，其熔点低，结晶温度间隔小，流动性好，组织致密。所以，大型零件、复杂零件均采用铸造加工。

2.2 锻造性能的概念提出。锻造性能方面，通过多媒体演示水压机生产汽轮机转子锻件的生产过程。然后让学生总结得出结论:锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成型加工方法。并且告诉学生在铁碳合金相图AGSE区称为是奥氏体区，高温时的钢为单相奥氏体，强度不高，塑性好，便于变形加工。因此，钢材的锻压或轧制，一般要把坯料加热到奥氏体状态。确定始煅温度1150-1250 C°，终煅温度是750-800C°左右，合金钢是800-900C。重要零件生产都要采用锻造，锻造生产可以使粗大晶粒变成细小晶粒。晶粒愈细小，金属材料的力学性能愈好。但不能加工脆性材料和形状复杂的零件毛坯。

2.3 焊接性能的概念提出。焊接性能概念的提出，同样也是通过多媒体演示焊接工艺过程。在铁碳合金相图中，分析低碳钢、中碳钢、高碳钢随温度变化引起的组织转变。而对焊接专业的学生同时要掌握含碳量对钢的焊接性能的影响，钢的含碳量越高，其焊接性能越差，故焊接用钢主要是低碳钢和低碳合金钢。中碳钢的焊接性能较好，高碳钢的焊接性能较差，铸铁的焊接性能差。

2.4 热处理的概念提出。热处理工艺，是根据铁碳合金相图拟定各种热处理工艺加热规范，在金属加工中有着特别重要的意义。教学中应着重强调退火、正火是预先热处理，而淬火、回火是最终处理。通过多媒体演示让学生掌握普通热处理的基本过程。退火是适当的温度加热，保持一定的时间，缓慢冷却（炉冷）的过程。正火是将工件加热到适宜的温度，保温后在空气中冷却（空冷）的过程，由于正火的冷却速度（空冷）比退火（炉冷）稍快，所以得到的组织更细，其力学性能也有所提高，常用于改善材料的切削性能，对一些要求不高的零件作为最终热处理。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。但若零件形状较复杂，由于正火冷却速度较快，可能会使零件产生较大的内应力和变形，甚至开裂，则以采用退火为宜。

淬火：是将钢加热AC3或AC1以上30-50 C°保温一定时间，进行快冷的过程，获得的是马氏体组织的工艺。回火：将淬火后的钢件加热到低于AC1以下的某一适当温度进行保温，再进行冷却的过程。

退火、正火、淬火、回火是普通热处理中的"四把火"，其中的淬火与回火关系密切，淬火后必须回火。 "四把火"随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。通过在铁碳合金相图中将退火、正火、淬火、回火的加热温度加以比较，学生就有了一个十分清晰的热处理工艺的概念。

3.通过实践性教学，进一步的理解和认识铁碳合金相图

为培养学生综合应用知识的能力，在讲授典型零件的热处理时，组织课堂讨论。例如：车床主轴要求轴颈的硬度为HRC56-58 HRC20-24其加工路线：

锻造――正火――机加工――轴颈表面淬火――低温回火――麽削加工。

让学生通过思考并指出：（1）主轴选用何种材料：（2）正火、表面处理、低温回火的目的和大致工艺；（3）轴颈表面处理后的组织和心部组织。

提醒同学：这是一个实际问题，选材是受多方面的因素制约的，但要掌握基本原则。

A同学发言：对轴类，在选材时应考虑：（a)载荷类型及大小,（b)主轴的形状及可能引起的热处理缺陷。主轴是机床的主要零件之一，根据技术要求和加工路线，建议选用45钢或其它中碳合金钢。

热处理工艺论文篇5

关键词：金属热处理；教学内容；教学方法

作者简介：李柏茹（1977-），女，博士，副教授，主要研究方向：金属材料塑性加工和粉末冶金等。

课题项目：黑龙江省教育厅规划青年专项课题（GBD1211058）；黑龙江科技大学教改项目：《金属热处理》课程教学内容和教学方法的改革实践 （201276）；黑龙江科技大学优秀青年才俊计划资助；.黑龙江省教育科学“十二五”规划课题（CBC1211107）

“金属热处理”是材料成型及控制工程专业的一门重要的专业基础课，也是该专业的主干课程之一。本门课程采用的教材为哈尔滨工业大学崔忠圻和覃耀春主编，机械工业出版社出版的普通高等教育“十一五”部级规划教材《金属学与热处理》，该书第九章和第十章为金属热处理内容，这部分内容着重阐述了钢在不同工艺条件下的组织转变规律，介绍基本的、成熟的和有用的相变理论。该书的教学内容主要体现了它的基础性，重视基础知识和基本理论。然而，在新材料、新技术和新工艺不断涌现的科技发展时代，须要注重将先进、高效、实用的教学内容引入课堂，以丰富学生的视野，根据黑龙江科技大学应用型本科教学目标的需要，金属热处理课程内容的改革势在必行！

一、课程内容改革的目标

在满足材料成型及控制工程专业人才培养方案的前提下，充分利用各种可以利用的资源，拓宽热处理原理及其工艺的知识面，增加先进的热处理方法，增强实验教学的比例，注重理论与实践的结合，培养学生的工程意识和创新意识，使学生的综合素质在各个环节中得到提升。

二、教学内容改革

金属热处理这门课程主要包括热处理原理及热处理工艺两部分内容。热处理原理部分的特点是理论抽象，不易理解；热处理工艺部分的特点是实践性强，与实际生产联系比较密切。因此本门课程的改革要分别从这两个方面入手。

（一）热处理原理教学内容改革

热处理原理部分主要讲述的是钢在热处理过程中的组织转变规律，属于抽象的理论，其内容主要体现为基础知识和基本理论两方面。本书中，热处理原理部分是针对钢在热处理加热和冷却过程中的组织转变，主要包括珠光体转变、马氏体转变、贝氏体转变和钢的回火组织转变，与后面热处理工艺中的“四把火”相对应。其中，珠光体转变对应退火和正火，马氏体转变和贝氏体转变对应淬火，而回火组织转变对应回火。片状珠光体是学生们在金属学中接触过的组织，而粒状珠光体是全新的内容，因此，本部分教学内容重点放到粒状珠光体的形成及其性能上，而对片状珠光体内容进行定量删减，做到有针对性的教学。马氏体转变是教学中的重中之重，本书中讲解了马氏体组织、性能和转变特点，内容详尽，利于理解。鉴于当今热点材料――形状记忆合金的发展，本课程教学过程中，增加马氏体转变在形状记忆合金中的应用这一章节，开阔学生的视野。贝氏体转变是介于珠光体转变和马氏体转变之间的一种过渡型相变，本部分教学内容改革主要是将课题组有关贝氏体转变的科研项目融入教学，增加反映当前科技发展成果的内容，提高学生的工程意识。

当前，有色金属的发展及应用正在日新月异的进行着，在各个领域发挥着举足轻重的作用，因此金属热处理不能仅局限于钢铁等黑色金属材料的热处理，应该将有色金属及其合金热处理过程中的组织转变规律引入到教学内容当中，丰富金属材料的热处理理论。本门课程在这部分教学过程中，将以铝合金为例，来讲解其热处理理论，即合金的固溶处理和时效，讲解其工艺过程，组织转变及强化作用，为丰富学生的热处理理论奠定良好的基础。

（二）热处理工艺教学内容改革

钢的热处理工艺部分主要以传统热处理工艺为主，即普通热处理的“四把火”（退火、正火、淬火、回火）和钢的表面热处理（表面淬火和化学热处理）。随着新材料、新技术和新工艺不断涌现，简单的四把火和化学热处理已不能满足零件综合性能的要求。因此，为了丰富学生对热处理工艺的认知，本课程对热处理工艺部分进行改革，增加先进的热处理工艺技术。

首先，增加当前热处理发展方向相关知识，进而引入先进热处理技术。众所周知，热处理的加工是和环境资源密切相关的，其生产用的物料及剩余物料都将导致环境的污染；另外，热处理过程中氧化、脱碳以及产生的组织应力和热应力将影响零件的综合性能。针对两方面的考虑，将真空热处理、激光热处理和等离子热处理等清洁先进的热处理工艺引入课堂教学，增强学生对清洁先进热处理技术的了解，开拓学生的视野，增强知识的实效性。

其次，传统的化学热处理，即表面渗碳、表面渗氮和碳氮共渗等，其能源消耗大，导致生产成本高，采用先进热处理技术可以节约能源。其主要措施就是改变传统化学热处理的工艺参数，如渗碳温度、碳氮共渗温度从而达到节约能源的目的；另外，采用BRN技术取代常规碳氮共渗均可达到节约能源的目的。因此，本门课程将会增加先进表面热处理技术，与当前发展趋势相一致。

另外，在教学过程中，尽可能从相关期刊、报纸、网站等媒介获得相关热处理发展的最新动态，进行总结、综合后，融入到相应的章节中，提高教材内容的前瞻性、实用性，这样，既保证了教学内容的与时俱进，同时又具有适度的超前性，为提高学生的视野、开拓思维、培养创新意识奠定了良好的基础。

三、教学方法改革

针对热处理原理及热处理工艺两部分内容特点不同，采用不同的教学方法。热处理原理部分，内容抽象，不易理解。在教学过程中，除了采用多媒体、视频影音材料进行讲授外，注重采用与实际应用场景相对应的方式，将抽象理论化为具体实物。例如，讲解珠光体、马氏体和贝氏体组织时，这些微观组织是看不到，摸不着的，对学生来说很陌生。因此将这3个组织与具有这3种组织的零部件结合起来，引导学生分析具体零部件的服役条件，进而提出其性能的要求，启发学生具体问题具体分析。例如，珠光体组织主要应用在锅炉、汽车覆盖件、桥梁等构件用钢方面，引导学生分析其性能的特点，进而分析珠光体的性能和用途，变抽象为具体，易于接受和理解。这样讲解，做到了理论联系实际，摆脱了课堂只讲授空泛的理论而脱离生产实际的框架。

热处理工艺部分与生产实践联系紧密。在课堂教学过程中，除了增大相关热处理工艺视频，强化学生视觉感受，还加大了实践教学的力度。将课堂讲授的工艺过程放到实践教学中，以加深学生对热处理工艺过程的理解，不但锻炼了学生的实际动手能力和操作技能，同时还可以让学生获得相应的实践知识，并且运用课堂所学的理论知识去分析实际生产中遇到的问题，能够运用所学知识解决实际生产中的问题，使学生的综合能力得到提高。

总之，通过对课程内容和教学方法进行改革后，增加了大量顺应时代需求的新热处理工艺和方法，拓宽了热处理的应用领域，开阔了学生的视野。同时，由于实践教学比例的增加，锻炼了学生的实践动手能力，使学生的综合素质在各个环节中得到了提升，为培养应用型本科毕业生奠定了坚实的基础。

参考文献：

[1]王豫， 蔡幼庆. 金属学与热处理课程教学内容和教学方法的改革实践[J]. 安徽工业大学学报（社会科学版）， 2001，18（4）.

[2]仵海东.金属学与热处理课程教学的改革实践[J]. 中国冶金教育， 2009（4）.

热处理工艺论文篇6

[论文摘 要] 本文从三个方面论述了热处理工艺在提高金属零件的制造水平中的作用。

引言

在现代工业生产中，金属零件的制造是一个重要的环节，具有举足轻重的作用，因此提高金属零件的制造水平成为一项不可缺少的工作。而在金属零件的制造过程中，热处理工作又是提高其制造水平的重要措施。在设计工作中，正确制定热处理工艺可以改变某些金属材料的机械性能。而不合理的热处理条件，不仅不会提高材料的机械性能，反而会破坏材料原有的性能。因此，设计人员应根据金属材料成分，准确分析金属材料与热处理工艺的关系，制订合理的热处理的工艺，合理安排工艺流程，才能得到理想的效果，提高金属零件的制造水平。

在现代工业生产中，广泛使用的金属有铁、铝、铜、铅、锌、镍、铬、锰等。但用得更多的是它们的合金。金属和合金的内部结构包含两个方面：其一是金属原子之间的结合方式；其二是原子在空间的排列方式。金属的性能和原子在空间的排列配置情况有密切的关系，原子排列方式不同，金属的性能就出现差异。

为了得到更好的金属性能，满足制造和使用要求，我们将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度在不同的介质中冷却，通过改变金属材料表面或内部的显微组织结构来改变其性能，这就是金属材料热处理过程。

不同的热处理条件会产生不同的材料性能改变效果，下面从3个方面来说明热处理工艺在提高金属零件的制造水平中的作用。

一、提高金属材料的切削性能和加工精度

在各类铸、锻、焊工件的毛坯或半成品金属材料的切削过程中，由于被加工材料、切削刀具和切削条件的不同，金属的变形程度也不同，从而产生不同程度的光洁度。各种材料的最佳切削性能都对应有一定的硬度范围和金相组织。为了得到最佳切削性能，就要求被加工材料具有合适的组织状态，这就要用到预先热处理。

通过预先热处理，可以消除或减少冶金及热加工过程产生的材料缺陷，并为以后切削加工及热处理准备良好的组织状态，从而保证材料的切削性能、加工精度和减少变形。

举例1：齿坯材料在切削加工中，当齿坯硬度偏低时会产生粘刀现象，在前倾面上形成积屑瘤，使被加工零件的表面光洁度降低。而对齿坯材料进行正火＋不完全淬火处理，切屑容易碎裂，形成粘刀的倾向性减少。并随着齿坯硬度的提高，切屑从带状向挤裂状过渡，从而减少了粘刀现象，提高了切削性能。

举例2：铝合金在加工过程中，通常都是先经强化处理（固溶处理＋时效；时效），这样可以得到晶粒细小、均匀的组织，比铸态或压力加工状态的切削性能好，不仅改善了切削性能，而且同时提高了机械加工精度。

二、提高金属材料的断裂韧性

金属材料的断裂韧性指含有裂纹的材料在外力作用下抵抗裂纹扩展的性能。提高金属断裂韧性的关键是要减少金属晶体中位错，使金属材料中的位错密度下降，从而提高金属强度，而减少金属晶体中位错的一种重要方法，就是细晶强化，其原理是通过细化晶粒使晶界所占比例增高而阻碍位错滑移从而提高材料强韧性。而金属组织的细晶强化的过程实际上就是金属热处理。

在金属热处理过程中，当冷变形金属加热到足够高的温度以后，在一定的应力和变形温度的条件下，材料在变形过程中积累到足够高的局部位错密度级别，会在变形最剧烈的区域产生新的等轴晶粒来代替原来的变形晶粒，这个过程称为再结晶。再结晶晶核的形成与长大都需要原子的扩散，因此必须将变形金属加热到一定温度之上，足以激活原子，使其能进行迁移时，再结晶过程才能进行。

那么，对于不同的金属材料，我们就可以通过控制不同的热处理的温度，来提高金属材料的断裂韧性。

举例：在SY钢坯料上线切割适当的小圆柱，机加工后，选择在700℃，800℃，900℃、1000℃和1100℃在Cleeble-1500型热模拟试验机上以5×10-1的变形速率保温30s压缩变形50％，然后在空气中冷至室温，再进行680℃×6hAC(空冷)的退火处理，再将压缩后的试样沿轴向线切割剖开，研磨抛光后用化学物质显示晶粒形貌。实验现象为：在700℃时，扁平的晶粒开始逐渐向等轴晶粒的形状变化。800℃变形的晶粒中等轴晶粒已经有少量出现，但仍然以变形拉长的晶粒为主。在900℃变形开始，晶粒突然变得细小，几乎全部为等轴晶粒，晶粒度达到YBl2级。在900℃以上．晶粒开始长大。因此，对此种钢来说，900℃左右温度进行热处理，可以提高其断裂韧性。

三、减少金属材料的应力腐蚀开裂

金属材料在拉伸应力和特定腐蚀环境共同作用下发生的脆性断裂破坏称为应力腐蚀开裂。大部分引起应力腐蚀开裂的应力是由残余拉应力引起的。残余应力是金属在焊接过程中产生的。金属在加热时，以及加热后冷却处理时，改变了材料内部的组织和性能，同时伴随产生了金属热应力和相变应力。金属材料在加热和冷却过程中，表层和心部的加热及冷却速度(或时间)不一致，由于温差导致材料体积膨胀和收缩不均而产生应力，即热应力。在热应力的作用下，由于冷却时金属表层温度低于心部，收缩表面大于心部而使心部受拉应力：另一方面材料在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时，因比容的增大会伴随材料体积的膨胀，材料各部位先后相变，造成体积长大不一致而产生组织应力。组织应力变化的最终结果是表层受拉应力，心部受压应力，恰好与拉应力相反。金属热处理的热应力和相变应力叠加的结果就是材料中的残余应力，正是其存在造成了应力腐蚀开裂。

举例：金属热处理中，通过控制淬火冷却速度，可以显着地控制淬火裂纹，为了达到淬火的目的，通常必须加速材料在高温段内的冷却速度，并使之超过材料的临界淬火冷却速度才能得到马氏体组织。就残余应力而论，这样做由于能增加抵消组织应力作用的热应力值，故能减少工件表面上的拉应力而达到抑制纵裂的目的。

3、结论

金属材料的热处理在机械零件制造中占有十分重要的地位，在金属材料加工的整个工艺流程中，如果将切削加工工艺与热处理工艺进行密切配合，将有效地提高金属零件的制造水平。

参 考 文 献

[1] 雷声，齿轮热处理变形的控制.机械工程师.2008年5期.

热处理工艺论文篇7

蓄热调温纺织品与传统纺织品的区别在于保温机理的不同。传统的保温方式主要是通过增加衣物厚度和密度的方法来防止热能散失。而蓄热调温技术是在纺织品内部应用了微胶囊相变材料,含有相变物质的微胶囊随着外界环境温度的变化,相变材料在其固、液相之间变化时从外界环境吸收或释放热量,且在相变的过程中温度保持不变。所以含有相变材料的纺织品不论外界环境温度升高还是降低时,它在人体与外界环境之间起一个调节器的作用,缓冲外界环境温度的变化。这种热转换在服装内起缓冲作用,减小皮肤温度的变化,改善了穿着者在不同温度环境下的舒适感,改变人们原来仅依赖于空调来改善人体舒适度的方式。

蓄热调温纺织品的主要应用范围:(1)特殊服装的保温隔热材料:军服、特种工作服等;(2)常规服装:内衣、衬衣、绒衣裤、运动服和滑雪衫等;(3)家用纺织品:被褥、床单、枕头、沙发面料、靠枕等。

例如,大和化学工业向纺织助剂市场推出了新开发的以高级脂肪族炭化氢为主要成分的微胶囊调温剂系列产品PrethermoC 25和PrethermoC 31。PrethermoC 25在 25 ℃时发生固态到液态或相反的物理变化;Prethermo C 31则在 31 ℃。以PrethermoC 25为例:当温度达相变温度 25 ℃时,PrethermoC 25开始发生相变,通过吸收或放出潜热以有效控制面料温度,不使温度发生急变。经PrethermoC 25整理的面料,即使环境温度突然发生冷热变化,面料表面的温度也不会发生急变。PrethermoC 25的相变材料,在外界温度升至相变温度时,逐步由固体变成液体,吸收外界热量,作为潜能贮存;一旦外界温度降低,逐步固体化,放出潜能,对面料表面的温度升降起缓冲作用。

PrethermoC系列蓄热微胶囊可用于丝绸之外的,特别适合内衣、床上用品和工作服等纺织面料的整理加工。但是用于羊毛整理时由于羊毛本身持有热量,因此PrethermoC 25和PrethermoC 31的效果有可能不太显著。

一般在后整理过程中采用浸轧法处理。经整理的纺织品的表面,保温性稳定,温度适宜,令人体感觉舒适。附着量因织物克重而异,一般基准为 10 ～ 20 g/m2。建议使用相配套的粘合剂,可提高整理产品效果的持久性。由于PrethermoC系列的微胶囊直径小于纤维,因此用轧辊轧液处理不会碾碎微胶囊,更不可能出现由微胶囊破裂而导致洗涤时出现油渍或相变材料的流出现象。

蓄热微胶囊整理方法:用浸渍法对织物进行整理,即通过粘合剂使微胶囊固着在织物纤维表面。工艺处方为:PrethermoC,80 ～ 100 g/L;Ficoat粘合,30 ～ 50 g/L;二浸二轧,轧余率 100%;烘干温度 120 ℃;焙烘温度 170 ℃。

2数码活性染料喷墨印花增深剂

数码喷墨印花相对于传统纺织印花有如下优点:

(1)数码喷墨印花属于绿色环保生产方式,无需制版,不用调制色浆,按需使用染料。

(2)数码印花系统与同等产值的数码印花技术和传统印花工艺相比,耗电量下降 50%,耗水量下降 30%,染料使用量下降 30%,可使污水处理成本下降 30%。总体工艺污染度下降 90%。

数码喷墨活性染料印花流程如下:

坯布预检 织物前处理 印前烘干平幅打卷 印前复检 喷墨印花 印后烘干 汽蒸 水洗 皂洗 水洗 定形烘干 成品检验。

数码印花设备快速发展的同时,数码活性印花染料墨水在性能上尚存在一定的不足,印制深色时用墨量很大,图案得色深度往往仍难以满足客户要求,而且进性染料墨水价格昂贵,这在一定程度上制约了数码印花技术的应用发展。针对此问题,摩耶公司开发了可提高用于喷墨印花活性染料油墨增深效果的预处理剂COUPLER C 70,仅需添加在棉、人纤织物前处理上浆工作液中,使用非常方便。

COUPLER C 70可提高棉、人纤的喷印得色量,不影响浆料的粘附性,不会引起染料印花油墨渗色现象。同时浆料具有很好的皂洗、水洗除净性。

在海藻酸钠中未添加(图 1(a))与添加(图 1(b))COUPLER C 70进行前处理后的上色率比较,可以看出,与仅用海藻酸纳处理结果相比,在海藻酸纳中添加特殊前处理剂COUPLER C 70进行处理的织物其颜色明显增深。

该产品的应用提高了染料的利用率,降低了印花成本,减少了印花后处理废水的排放量,无疑将有助于推动数码喷墨活性印花工艺技术的向前发展。

结语

社会的发展和进步必然要消耗很多的能源和物资,边发展边减排,与先发展后减排的发达国家一起转为低碳经济,无疑会面临更大的压力和挑战。一旦“碳”关税被发达国家普遍采用,我国家在二氧化碳减排方面将受到更大的压力,产品出口将遭受严重的“碳关壁垒”。

国家主席曾在最近的中央政治局会议上指出,实现2020年我国控制温室气体排放行动目标是当前和今后一个时期我国应对气候变化的战略任务,各级党委和政府必须确保全国控制温室气体排放行动目标的实现。

所以,我国纺织印染企业全面实行清洁生产,发展循环经济,实行资源综合利用,生产绿色生态纺织品的进程将刻不容缓。

(1)要通过必要的行政监督管理机制推动企业进行ISO 14001标准工作的认证。各印染企业高耗低产的传统工艺将受到更严格的限制和取消,对个别达标无望的印染企业予以关闭。企业要能够通过清洁生产的审计,使环境治理目标得到实现,就必须对生产过程的各个环节实行控制,从工艺优化、能源消耗、产品质量、污染物排放等方面予以落实,选择最合理的方法、技术、设备进行生产。

(2)实行低“碳”产品认证。通过向产品授予低“碳”标志,表示该类产品对减少“碳”排放、维护气候方面的积极作用。从而建立一个以消费者选择为导向的低“碳”产品生产和消费模式。以公众的消费选择引导和鼓励企业开发低“碳”产品技术,向低“碳”生产模式转变。

因此,只有加快产业结构调整,大力采用环保材料与工艺,在工艺研究与生产应用方面不断探索和创新,在生产过程中注重减少对“碳”的排放,才是印染企业树立起社会责任形象,在竞争日益激烈中得到生存与发展的必由之路。

参考文献

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[5] 李朴素,刘培明. 调整染色工艺节能增效[EB/OL]. 印染在线,200910 30.

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[9] 微胶囊分散染料染色试生产成功[EB/OL]. 中华纺织网,2006 11 13.

热处理工艺论文篇8

【关键词】钢的热处理 教学方法 学习方法

【中图分类号】G642 【文献标识码】A 【文章编号】1006－9682（2012）02－0092－01

《工程材料》是机械类和近机类学生必修的一门实践性强、概念抽象的课程。其中，《钢的热处理》是《工程材料》课程的重点内容之一，占有重要的地位。但这部分庞杂的课程内容与有限的授课学时形成明显反差，给教学带来困难。因此，教师如何利用有限的时间，使学生很好地掌握《钢的热处理》，是一个值得探讨的课题。

一、本课内容在教材中的地位、作用和前后的联系

1．教材的选择

在应用型本科学生的教学中，教材的选择，不仅要强调理论内容的全面和准确性，更要强调内容的实际和实用性。钢的热处理可以消除毛坯中的缺陷，改善其工艺性能，为后续工序作准备，并能显著提高钢的力学性能，提高零件的使用性能和使用寿命。只有正确而灵活的运用这些知识，才能合理制定热处理工艺，从而提高材料的性能。

2．教学内容的处理

《钢的热处理》是继前一章《铁碳合金相图》知识之后，为机械制造中零件材料的选择打基础，因此本章知识将起到承上启下的作用。结合教材和学生所具备的知识点，可以把本章节内容分四部分讲解：钢在加热和冷却时的转变、钢的常用热处理工艺、钢的表面热处理和化学热处理以及热处理工艺分析。

3．教学目标

通过本章的学习使学生对钢的热处理的基本原理和工艺操作有初步认识；同时，通过课堂上参与零件热处理工艺的实例分析，利用所学的知识点，提高学生分析和解决问题的能力。

4．教学重点和难点

纵观整章内容，重点放在钢在加热和冷却时的组织转变及转变产物的形态和性能特点以及常用热处理工艺及应用上，难点包括钢的过冷奥氏体转变、钢的热处理工艺及应用等。

二、教学方法及教学手段

1．引用实例激发学生学习兴趣

精彩的引入会激发学生浓厚的学习兴趣，为课程的教学打下良好的基础。如在学习之初，可以借助古装片中的锻剑片段，激发学生学习热处理的兴趣。

2．联系已学的课程，融会贯通。

学生从已学过的课程知道，大部分零件需经过铸造、锻造或焊接成形，这必然会产生内应力、偏析、晶粒粗大等缺陷。为消除材料中的缺陷，可采用去应力退火、正火、均匀化退火等热处理工艺。这样既联系了机械零件的知识，又能使学生更好地掌握热处理工艺的应用。

3．采用比较法和图表法教学，形象易懂。

钢的热处理里面，有许多性质相同或相近的概念，用图表的形式反映出它们的共同点和不同点，更易于学生理解和掌握。如对于“珠光体、索氏体、托氏体”这一组概念，三者都是面心立方晶格的过冷奥氏体转变为由体心立方晶格的铁素体和复杂晶格的渗碳体的过程，但由于转变温度不同，导致三者的组织形态和性能有很大差别。

4．理论联系实际，学以致用。

在应用型本科的教学过程中必须把书本上抽象的概念与生产生活中常见的实例结合起来。如45钢制造的Φ15mm轴840℃加热，空气中冷却，表面硬度小于209HBS；在油中冷却，表面硬度45HRC左右；水中冷却，其表面硬度则可达56HRC左右。从而说明材料进行不同的热处理，导致了性能方面的差异。此外，经常组织学生到校外热处理车间现场参观，熟悉生产环境和实际的工艺操作。

三、指导学习方法，提升学生能力。

为防止学生望而生畏或死记硬背，要求学生要掌握正确的学习方法。如在比较钢的退火与正火概念时，指出两者都具有调整硬度、细化晶粒的共性，但正火比退火冷却速度快，得到的珠光体组织较细，强度和硬度比退火钢高，因此在条件许可的情况下，能用正火就不用退火。这既明确了不同概念的区别与联系，又可以引导学生积极思考，达到举一反三、触类旁通的效果。

总之，在《钢的热处理》的教学中，教师要根据课程的特点，施展全身解数，采用各种有效的方法吸引学生，激发他们的积极性、主动性和创造性，使学生更牢地掌握知识，更快地把知识转化为分析和解决实际问题的能力，从而为社会培养综合素质较高、适应面较宽和技术应用能力较强的应用型高级人才。

参考文献

1 王运炎、朱莉.机械工程材料［M］.北京：机械工业出版社，2009

热处理工艺论文篇9

关键词：热压罐工艺；传热分析；温度场分布

中图分类号：TB332 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）19-0084-02

1 热压罐工艺的传热设计

1.1 热压罐工艺的传热分析（以热压罐开门处为例）

热压罐工艺的传热分析一般会使用Cosmos软件，应用它能直接地观察热压罐的温度分布情况。Cosmos软件的工作实质是应用能量守恒原理的热平衡方程，结合有限元的方法计算出节点的温度，最后导出其他热物理参数。Cosmos软件的热分析主要包括热传导、热对流、热辐射等，但是在Cosmos程序中对热分析主要有以下两类：第一类是稳态传热分析。指热压罐系统内的温度场不随时间的变化而变化，即流入系统的热量加上系统自身产生的热量等于最终流出系统的热量，系统一直处于动态的热稳态中，系统任意节点的温度也不会随时间的变化而变化。用热平衡表达式表达为：Q流入+Q生成-Q流出=0。第二类是瞬态传热分析。指热压罐系统内部温度场随时间变化明显，这一传热分析方法常用于分析一个系统内加热和冷却的变化过程。在此过程中，热压罐系统内部的温度、热边界条件、热流率均明显随时间变化而变化。利用Cosmos软件能对不同传热设计的方案作出分析、比较，最后得到最佳方案，能起到降低投资、提高设计效率、改善热压罐设计工艺的作用。例如对于热压罐开门处而言，其有多种设计结构，但是常用的结构主要由罐封头、罐筒体、连接弯角、硅酸铝纤维棉、不锈钢内衬等组成，其中使用的硅酸铝纤维棉材料具有良好的保温、填充能力，主要应用在罐体和不锈钢内衬之间。利用Cosmos软件对热压罐开门处进行传热分析，经过对边界条件的限定分析和内部节点温度的观察记录，得到提高热压罐热效率的措施如下：一是增加填充物即硅酸铝纤维棉的厚度；二是减短开门处两个连接弯角之间的距离；三是应用热导率低的材料连接弯角。

1.2 热压罐工艺成型时的传热路径和传热方式

热压罐工艺成型设计时，一般会以电热阻丝作为加热源，以流体介质作为传热载体（空气应用于低温条件下，惰性气体等应用于高温条件下），以风机等其他机械作为动力，协作完成对模具的循环加热过程和利用循环水蒸发带走热量的降温过程。当系统内部温度比升高时，不论是升温还是降温过程，均会发生热辐射现象。变化过程中，热传导发生的本质是系统内部各节点的温度差异，值得注意的是：在热压罐工艺成型构件时，会有加热源和内燃源（指树脂基复合材料固化过程中放出的热量）作为热源进行热量传递，具体传热方式和传递路径（升温）如图1；在热压罐工艺成型构件时，降温过程中，内热源的固化过程已经结束，主要存在的加热源产生的热量传递，这时热量以气体传热载体为主向冷水管传递，具体传热方式和传递路径（降温）如图2。

2 热压罐工艺框架式模具气体流态探究

在对热压罐工艺成型时传热路径和传热方式的分析基础上，可得框架式模具温度场内，模具贴模工作面上的传热方式是以气体传热为主的对流换热方式（风力驱动下的强迫对流换热方式），即指在循环气体流经存在温度差的框架式模具工作面时，会因热传递的发生而形成明显的温度场分布差异，在紧靠框架式模具表面的气体中，温度会呈阶梯相变化，这部分气体会形成热边界层，所以根据传热规律可得，在温度边界层紧靠气体一侧主要是以热对流为主的传热方式，在温度边界层内部则是以热传导为主的传热方式。

当气体在热压罐内部流动时，可通过对气体在管内流动情况的观察得知，气体在热压罐内部流动过程是典型的管道内换热情况，根据传热学雷诺准数理论，通过对热压罐起始雷诺数、复合材料固化时雷诺数的综合计算可得，在该热量变化过程中，空气的流态多数情况下为紊流。

当气体流经热压罐框架式模具上表面时，可通过对气体外掠平板情况的观察得知，气体在框架式模具上表面流动过程是典型的外掠平板情况，根据传热学临界雷诺数结论，通过对热压罐工艺起始雷诺数、复合材料固化时雷诺数、（层流过渡至紊流）临界雷诺数的综合计算可得，在该热量变化过程中，空气的流态多数情况下为紊流。

综上所述，在热压罐工艺的框架式模具内部，传热的气态载体以热空气的紊流为主。

3 热压罐工艺框架式模具温度场分布特点

按照热压罐工艺规范（一定真空度、温度、压强等的变化条件下）进行的固化过程中，常采用模拟试验和实测试验结合的方式对框架式模具温度场进行研究。在比较模拟试验和实测试验结果后，得出以下结论：模拟试验和实测试验总体上呈现吻合趋势，如果忽略温度变化节点的热变化时间，模拟试验和实测试验的结果误差范围在10℃左右。一般实践情况下，先进复合材料固化的热量变化过程经历了三个环节（以框架式模具温度场为例），分别是升温环节、保温环节和降温环节。现以框架式模具的工作面为试验对象，分别研究其三个环节的试验结果如下：在升温阶段，框架式模具的高温区域集中在罐门的进风端和罐尾的出风端，而低温区域则集中在框架式模具的中间部分，模具内部的温差较大；在保温环节，框架式模具工作面上的温度相对稳定，工作面上温度场分布均匀平衡，模具内部的温差较小；在降温环节，其总体趋势恰好与升温环节相反，即框架式模具的低温区域集中在罐门的进风端和罐尾的出风端，而高温区域则集中在框架式模具的中间部分，模具内部的温差同样较大。

4 结语

根据上述分析可知，目前应该推广Cosmos软件在热压罐工艺中传热分析的作用，保证热压罐的保温效果。另外，在热压罐工艺中，框架式模具的传热路径和传热方式均较复杂，其传热以热传导和强迫对流换热的方式为主，传热的气态载体以热空气的紊流为主，而且其温度场分布特点是：在升温阶段，框架式模具的高温区域集中在罐门的进风端和罐尾的出风端，而低温区域则集中在框架式模具的中间部分，模具内部的温差较大；在保温环节，框架式模具工作面上的温度相对稳定，工作面上温度场分布均匀平衡，模具内部的温差较小；在降温环节，其总体趋势恰好与升温环节相反，模具内部的温差同样较大。现阶段的热压罐工艺，其温度场研究获取了较大进步，可以建立工程化、规范化、高效化的验收标准，但是对框架式模具温度场的传热机理仍需进一步的探究。

参考文献

[1] 赵渠森.热压罐成型工艺[M].北京：机械工业出版社.

热处理工艺论文篇10

【关键词】T10A；热处理工艺；冲裁模；碳素工具钢

基于T10A碳素工具钢的冲裁模具在现代机械工业领域的应用非常广，而机械工业的生产效率很大程度上直接取决于冲裁模具的制作质量。冲模失效是冲裁模具制作的最大阻碍，基于其成因的分析可知，锻造方法的合理性和热处理工艺的改进具有现实意义，即实现冲裁模具使用性能的提高和使用寿命的延长。本文结合具体案例，就T10A碳素工具钢的热处理工艺展开讨论。

1.冲裁模工作条件和性能要求

冲裁模是完成冲压生产的必要装备，即冲压生产工艺方案的落实离不开模具结构的支持。冲裁模的制作质量和制作精度直接影响着冲压零件的质量和精度，而冲压生产效率和冲裁模使用性能和寿命直接取决于冲裁模结构的先进性和合理性。源于冲裁模尺寸、形状、精度和生产条件的差异，冲裁模结构和类型也不尽相同。

1.1工作条件

冲裁模多用作板材的落料和板材的冲孔。源于凹凸模具的刃口即为模具的工作部位，其必然会承受模具工作阶段产生的剪切力、冲击力、弯曲力和摩擦力。

1.2性能要求

源于冲裁模具的工作条件，即在冲裁阶段，冲裁模具承受着弯曲应力和摩擦力，冲裁模具必须具备足够高的抗弯曲强度、抗压强度、韧性、耐磨性和硬度（见表一），且其还应该具备较小的热处理变形量和低廉的造价。需注意，冲裁模具的制作板材决定了冲裁模具的性能指标。就板材厚度而言，冷冲裁模具包括板厚大于1.5mm的厚板冲裁模和板厚≤1.5mm的薄板冲裁模，其中薄板冲裁模要求板材的耐磨性要高；厚板冲裁模要求板材的抗弯曲强度、耐磨性和强韧性要高，以防冲裁模具断裂。

表一 不同冲裁模具的硬度要求

基于冲裁模工作条件和性能要求，某电力设备企业应用了基于T10A碳素工具钢的冲裁模具。T10A碳素工具钢具有强耐磨性、高强度、切削加工和锻造加工简单、造价低廉等优点。源于碳素工具钢的高含碳量、低塑性，务必要严格控制碳素工具钢的纯度，以确保切实消除淬裂现象的出现，而P/S的含量应被控制在0.02%或0.03%内。

2.毛坯制作要求

一般而言，冲裁模应经锻造制成毛坯。碳素工具钢良好的锻造性能，务必要严格控制锻造阶段存在的表面脱碳现象，且注意尽可能缩短加热时间和锻压比（>4）。待碳素工具钢锻造结束，在进行空气冷却处理，需注意初锻温度为1200℃；终锻温度为800℃。

3.热处理工艺分析

T10A碳素工具钢热处理的主要工艺流程为：预先热处理淬火回火。本文就以上三个方面展开讨论。

3.1预先预处理工艺

待T10A碳素工具钢锻造完毕，为了方便后序加工和最终热处理，务必要采取措施，使锻件应力被消除和组织被改善，以确保锻件具备适宜的组织和强度。基于此，就毛坯状态中的锻件做预先预处理具有现实意义。一般而言，球化退火法（见表二）可使T10A碳素工具钢的渗碳体以球状形式均匀分布开来。如果锻件在晶界方向产生网状碳化物，则有必要先做正火处理再做球化退火处理。实践证实，球化退火法可获取铁素体机体中的粒状碳化物组织。

表二 某企业球化退火工艺参数

3.2淬火工艺

源于T10A的低淬透性，其有必要事先做冷水冷却处理，但易引起冲裁模具淬裂或变形。此外，源于碳素工具钢的热敏感性，晶粒的体积会随之变大，而碳素工具钢的淬火温度多波动于奥氏体与碳化物的共存区间，原因在于碳化物可通过阻止奥氏体的增长把碳素工具钢的晶粒控制到要求范围内，进而确保碳素工具钢的韧性及冲裁模具的耐磨性。一般而言，淬火加热温度应保持在最低温度，即760-780℃，以防模具出现淬火开裂现象，且注意T10A碳素工具钢冷却的基础应为淬火法。

模具材质和加热时间的确定取决于工件的尺寸，即不同的工件大小对应不同的升温时间，不同的模具材质对应不同的保温时间和加热时间，且注意模具的组织性能取决于加热时间的控制。一般而言，碳化物溶解的保温时间应控制在15min-25min内，以确保T10A冷作模具基体奥氏体化。

3.3回火工艺

冲裁模具的回火处理应安排在淬火加工工艺完毕之后，且注意衔接时间的控制，回火温度的确定基础应为冲裁模具的硬度要求，以确保冲裁模具成品能够满足韧性、强度和硬度的要求。就T10A碳素工具钢而言，不同的回火温度对应不同的强度要求（见表三）：

表三 T10A碳素工具钢在不同回火温度下的硬度

需注意，回火温度在200℃-300℃间时，任何冷作模具钢均会出现回火脆性现象，进而引起模具韧性下降，则高韧性的T10A碳素工具钢模具要求尽可能规避上述回火温度。

4.结束语

综上所述，T10A碳素工具钢凭借着自身所具备的造价成本低廉、使用性能优等优点而被广泛应用于各小批量机械生产领域。但在冲裁模具的制作阶段，务必要基于性能要求和工作条件选择最佳的锻造方法和热处理工艺，以确保模具使用性能的提（下转第118页）（上接第21页）高和使用寿命的延长。

【参考文献】

[1]谈淑咏，蒋穹.氯化钙水溶液淬火介质在碳素工具钢热处理中的应用[J].机械工程材料，2008，32（3）：72-74.

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