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1、热处理工艺与设备说课 姚树玉 山东科技大学材料科学与工程学院,热处理工艺与设备课程简介 热处理工艺的发展 热处理工艺与设备教材和参考书 热处理工艺与设备内容及重点 热处理工艺与设备的学习方法,主要内容,热处理工艺与设备是金属材料工程专业的专业主干课程，是全面提高工程技术人员工作素质和创新能力的重要保证，是针对现代工程技术人员进行素质教育的必备环节和重要组成部分。,1 热处理工艺与设备课程简介,热处理工艺与设备课程涉及许多相关知识 前期基础课材料科学基础、固态相变原理、材料力学性能等 后续专业课金属材料学、复合材料、零件失效分析等 起到承上启下的作用，也是一门应用性很强的专业课,1 热处理工艺与
2、设备课程简介,课程特色：将等离子技术（包括其它表面处理技术）及设备的最新科研成果（国家科技进步二等奖）引入课堂及实践环节是本课程的最大特色。 科研上有三代人的历史积淀，课程上有13年的教学积累，同时具有鲜明的时代特征，教学内容体现了“基础性、系统性、前沿性”相结合、金属材料工艺与设备并重的原则。 构建了课程实验、大型综合性实验、企业现场教学和创新实验四位一体的实践教学体系，提高了学生实践能力。,1 热处理工艺与设备课程简介,1、古代的热处理热处理在中国有悠久的历史。 与世界其他地区相比，中国古代热处理技术的发展有明显的区域特色，有许多发明和技术在世界热处理史上处于遥遥领先的地位，其中不少成果还
3、传播到了世界各地，对世界热处理技术的进步起到了直接的促进作用。,2 热处理工艺的发展,发展历程：经验技术理论实践论：从实践中来到实践中去,2 热处理工艺的发展,1972年底，河北藳(gao)城台西遗址发现了一件商代中期的铁刃铜钺(yue)，1977年8月北京平谷县南发现了一个商代墓葬，从中又出土了一件铁刃铜钺；经分析，均含有较高成分的镍，这是陨铁的特征。所以，一般认为这几件器物由陨铁制成，而不是由人工锻冶的铁制成的。学术界占统治地位的意见认为，中国在商代还没有出现人工制铁,2 热处理工艺的发展,发展史 商周,河南三门峡虢(guo)国大墓中出土的铜柄铁剑，陕西凤翔秦公一号墓出土了西周、东周之际的
4、铁铲，甘肃灵台发现春秋早期的铜柄铁剑，甘肃永昌则发现春秋早期的铁锸等。 据上述事实，学术界认为中国中原地区人工冶铁最早发生于西周中晚期,2 热处理工艺的发展,发展史 商周,文献上关于冶炼生铁的记载最早见于左传。公元前513年，晋国曾在国都征收“一鼓铁”的军赋，并把成文的刑法铸在铁鼎上，即所谓的 “铸刑鼎”。这说明春秋晚期民间已经出现了炼铁作坊，并且已经能够铸造鼎这样复杂的铁容器了,2 热处理工艺的发展,发展史 春秋战国,目前发现的最早的铁器都是春秋时代的，这些铁器经金相分析，有的是块铁法制造的，有的是铸铁铸造的，有的是把铸铁加热退火柔化处理为展性铸铁制成的，显示出技术已经非常熟练了,2 热处理
5、工艺的发展,发展史 春秋战国,早期的铸铁是白口铁，质地脆而硬，容易折断，不耐用。战国时期人们已经掌握了铸铁柔化技术。他们把铸铁加热锻打脱碳，得到白心可锻铸铁，或经过长时间加热退火，得到韧性更好的黑心可锻铸铁。如果脱碳不完全，仅使铸件外层成为钢而内层还是铸铁，就可以得到一种钢和铁的复合品，使铸件的质量更加优良欧洲要到18世纪才有白心可锻铸铁，美国要到19世纪才有黑心可锻铸铁，我国的铸铁柔化技术比他们早发明了两千多年,2 热处理工艺的发展,发展史 春秋战国,春秋战国时期，楚国制造的兵器闻名天下。史记礼书和苟子议兵篇中都谈到楚国的宛（今河南省南阳）出产的兵器刃锋象蜂刺一样厉害，这肯定是钢制的。因为铁
6、制的刀剑过于柔软，不可能达到象蜂刺一样的锐利程度。当时西方古罗马士兵使用的刀剑是熟铁的，在战场上交锋时一刺便弯，再刺之前非要放在地上用脚踩直不可。公元1世纪时欧洲人普利尼曾经说过：“虽然铁的种类多而又多，但是没有一种能和中国的钢比美。”,2 热处理工艺的发展,发展史 春秋战国,春秋战国时期，中国人究竟是采取什么方法进行炼钢生产的呢？人们在文献资料中还没有找到记载，而考古工作者在对河北易县燕下都出土的部分钢兵器进行科学检验的时候，揭示出中国最古老的炼钢法。 先采用木炭作燃料，在炉中将铁矿石冶炼成呈海绵状的固体块，待炉子冷后取出，叫块炼铁。块炼铁含碳量低，质地软，杂质多，是人类早期炼得的熟铁。再用
7、块炼铁作原料，在碳火中加热吸碳，提高含碳量，然后经过锻打，除掉杂质后，又渗进碳，从而得到钢。这种钢，叫块炼铁渗碳钢,2 热处理工艺的发展,发展史 春秋战国,用块炼铁透碳钢制造的刀，其质量仍不够好，炼这种钢，碳渗进的多少、分布是否均匀、杂质除掉的程度，都非常难掌握，而且生产效率极低。为了提高钢的质量，中国古代工匠从西汉中期起发明了“百炼钢”的新工艺。 所谓“百炼钢”，就是将块炼铁反复加热折叠锻打，使钢的组织致密、成份均匀、杂质减少，从而提高钢的质量。用百炼钢制成的刀剑质量很高。,2 热处理工艺的发展,发展史 汉,百炼钢的品种繁多，见于记载的有：“五炼”、“九炼”、“卅炼”、“五十炼”、“七十二炼
8、”及“百炼”。炼字前面这些具体数字的特定含义，研究者一般认为是指加热的次数，即炼了多少火。北宋著名科学家沈括在梦溪笔谈里叙述磁州百炼钢的过程，就是连续烧锻百余次，至斤两不减为止 1974年，山东省临沂地区苍山汉墓中，出土了一把东汉永初六年（公元112年）制造的钢刀，全长111.5厘米，刀背有铭文：“永初六年五月丙午造卅(sa)湅(lian)大刀吉羊宜子孙”。“湅”，即是炼的意思。这是迄今为止发掘出的最早的百炼钢类型的产品,2 热处理工艺的发展,发展史 汉,曹操曾命有司造“百辟刀”五把，在内诫令中称它们为“百炼利器”。孙权有三口宝刀，其中一口名“百炼”。蒲元为刘备造的宝刀，上刻“七十二炼”。由此
9、可见，在三国时期，百炼钢已经相当普遍了。 蒲元发展了下一道冷却工序,2 热处理工艺的发展,发展史 三国,据诸葛亮别传，蒲元对淬火用的水质很有研究。他认为“蜀江爽烈”，适宜于淬刀，而“汉水钝弱”，不能用来淬力，涪水也不可用 他在斜谷口为诸葛亮造刀，专门派士兵到成都去取江水。由于山路崎岖，坎坷难行，所取的江水打翻了一大半，士兵们就掺入了一些活水。水运到以后，当即就被蒲元识破了，“于是咸其惊服，称为神妙。”在1700年前，蒲元就发现了水质的优劣会影响淬火的效果，这实在是了不起的成就。而在欧洲，到近代才开始研究这个问题,2 热处理工艺的发展,发展史 三国,根据记载，公元前二世纪，大马士革制造著名钢刀的
10、军械匠们采用了一种“工艺”：他们在刮着大风的山谷里给自己的刀淬火，他们相信，风把自己的力量传给了武器,2 热处理工艺的发展,发展史 古埃及文明古国之一,短剑淬火的方法：“将短剑烧到接近于沙漠里的朝阳的颜色时，再把它贴在强壮的奴隶的身体上，一直冷却成高贵的紫红色，奴隶的力量传给了短剑，使金属变得坚硬”,2 热处理工艺的发展,发展史 古埃及文明古国之一,2、现代的热处理,2 热处理工艺的发展,由于工业基础的薄弱和在战争中遭受的破坏，我国的热处理在40年代还仅仅属于一种作坊式的生产，尚未形成实质性的产业。在工科院校中无热处理的专门学科，因而也缺乏高层次的专业技术人才。当时的热处理操作大都是家传技艺，
11、笼罩着神秘气氛，处于十分落后的境地,2、现代的热处理,2 热处理工艺的发展,我国的热处理产业起源于50年代初苏联援建的156项企业。其中的机械工厂都设热处理车间和工段。购买了大批苏制热处理设备、包括箱式、井式、盐浴等30、40年代水平的电阻加热炉，并相应建立了第一批按苏联图纸生产这些类型设备的电炉厂。一些高等工科学校经过院系调整后、创建了包括在机械制造工艺系中的热处理专业，于19541956年培养出了第一批专科和本科的热处理专业正式毕业生。50年代末和60年代初还有从苏联学习归来一批热处理专业的留学生。陆续建立的一些科研机构和专科院校，基本上能按照材料和应用发展的步伐开展热处理基础和应用技术的
12、研究开发，涌现出一系列的科研成果。由此，从人才培养、研究与开发，生产技术的革新和设备制造等方面初步形成了一个较完整的专业体系,2、现代的热处理,2 热处理工艺的发展,由于科研和生产应用的脱节，对革新生产设备的忽视以及长期闭关锁国造成的目光短浅，上世纪60、70年代的机械、冶金工厂的热处理生产技术没有出现明显的进步。直到80年代实现了和国际社会的沟通，引进了先进的技术和设备，一些大型骨干企业的生产技术有了明显的改观,夏立芳，金属热处理工艺学，哈尔滨工业大学出版社，2012年第五版,3 热处理工艺与设备教材,徐斌，热处理设备，机械工业出版社， 2011年第一版,3 热处理工艺与设备教材,安运铮，热
13、处理工艺学，北京：机械工业出版社，1982.7孟繁杰，热处理设备，北京：机械工业出版社，1988.11刘云旭，金属热处理原理，机械工业出版社，1981第一版钢铁热处理编写组，钢铁热处理，上海科技出版社，1977第一版王书田，热处理设备，中南大学出版社，2011年第一版刘孝曾，热处理设备及设计，机械工业出版社，1989,3 热处理工艺与设备参考书,热处理概念通过加热、保温和冷却方法使金属内部结构（有时包括表面化学成分）发生变化，以获得预期性能的工艺方法 性能工艺性能、力学性能、物理性能和化学性能（进一步说明本课程与其它课程之间的关系）,4 热处理工艺与设备内容,热处理概念,4 热处理工艺与设备内
14、容,总体内容： 本课程分为两大知识模块，其顺序为：热处理工艺、热处理设备。 热处理工艺主要包括“四把火”、表面热处理工艺及化学热处理工艺；热处理设备主要包括常用电阻炉、盐浴炉、带保护气氛的炉子及表面处理设备。,4 热处理工艺与设备内容,金属的加热 退火与正火 淬火与回火 表面淬火 化学热处理 热处理工艺及设计 热处理设备,4 热处理工艺与设备内容,退火、正火定义 淬火定义、淬透性概念、淬火工艺制定 回火定义 表面淬火及化学热处理工艺结合本学院表面强化方面的科研特色,4 热处理工艺与设备重点,本课程结合学生基础和兴趣进行“分层次”教学 根据教学内容采用“比较法”教学 创设问题情境实施“启发式”教学 调动学生积极性启用研讨式教学,5 热处理工艺与设备学习方法,教学方法：形式多样、灵活采用多媒体教、学术讲座、开设综合性实验课、现场实习、举行创新实践活动,5 热处理工艺与设备学习方法,The end,
