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熱處理論文:發(fā)電機(jī)集電環(huán)發(fā)熱處理論文

電刷在集電環(huán)上運(yùn)行時(shí)，在其接觸面上形成一層均勻、適度、穩(wěn)定的氧化膜，這是電機(jī)運(yùn)行良好的主要標(biāo)志之一。因?yàn)檫@層氧化膜的存在，改變了電刷與集電環(huán)的接觸特性、減少了摩擦、降低磨損、延長(zhǎng)使用壽命。氧化膜是一種復(fù)合薄膜，其組成成分與電刷型號(hào)及集電環(huán)的材料成分有關(guān)。氧化膜的正常厚度在8－100nm的范圍內(nèi)，一般為25nm.用電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，電刷與集電環(huán)接觸面是由無數(shù)個(gè)點(diǎn)相接觸，一般接觸面只有電刷總面積的千分之幾左右。接觸面積的大小，由電機(jī)的轉(zhuǎn)速、集電環(huán)材質(zhì)的硬度、加工精度、偏擺度、電刷的材質(zhì)、電刷上的壓力大小等因素來決定。

有研究發(fā)現(xiàn)，外加電壓小時(shí)，氧化膜絕緣，當(dāng)電壓升高到一定值時(shí)，氧化膜被擊穿。當(dāng)擊穿后，不管電流如何增加，由于導(dǎo)電點(diǎn)的增加、導(dǎo)電面積的擴(kuò)大，則接觸電壓保持恒定。

氧化膜具有非常好的潤(rùn)滑性能，電刷與集電環(huán)接觸表面起潤(rùn)滑作用的潤(rùn)滑層主要是石墨膜，這層石墨膜，將電刷與集電環(huán)分開，使摩擦在石墨潤(rùn)滑層間進(jìn)行，降低了摩擦系數(shù)，減少了摩擦熱的產(chǎn)生，減少了電刷的磨損。電刷的過熱故障，很多情況是由于氧化膜被破壞且無法重新建立導(dǎo)致的。

一、電刷及集電環(huán)常見故障的原因及解決辦法

電刷在運(yùn)行中最常見的故障為發(fā)熱、產(chǎn)生火花、嚴(yán)重的燒損電刷刷握及集電環(huán)。從產(chǎn)生過熱故障的原因看，主要有以下幾個(gè)方面：

1、由于通風(fēng)不良導(dǎo)致的發(fā)熱：通風(fēng)不良主要是因?yàn)槔鋮s風(fēng)道堵塞，集電環(huán)表面通風(fēng)溝、通風(fēng)孔堵塞、循環(huán)風(fēng)扇風(fēng)量下降等原因，尤其是當(dāng)運(yùn)行中集電環(huán)表面溫度過高時(shí)，導(dǎo)致電刷磨損加劇，碳粉積聚增加，有可能會(huì)堵塞上述集電環(huán)表面的散熱通道。因此在大小修時(shí)，應(yīng)對(duì)集電環(huán)表面通風(fēng)溝、孔以及冷卻風(fēng)道濾網(wǎng)進(jìn)行清理，保持通暢。對(duì)于經(jīng)過多次車削的集電環(huán)，如果集電環(huán)表面的通風(fēng)溝高度不到5mm，已經(jīng)車削到徑向限制孔時(shí)，就應(yīng)當(dāng)按照說明書根據(jù)最小使用外徑進(jìn)行更換，以保障集電環(huán)的機(jī)械及散熱性。

2、由于接觸電阻過大或分布不均勻而產(chǎn)生的發(fā)熱：集電環(huán)和電刷是通過相互滑動(dòng)接觸導(dǎo)通勵(lì)磁電流的，根據(jù)容量及型號(hào)的不同，每個(gè)集電環(huán)上大約分布著數(shù)十只電刷，由于接觸電阻的不同，電流分配的差異，會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱不均勻，有以下幾個(gè)原因：（1）電刷與滑環(huán)表面接觸電阻、電刷與刷辮接觸電阻、刷辮與刷架引線接觸電阻過大。可通過測(cè)量單個(gè)電刷總壓降、電刷接觸壓降、刷體壓降、聯(lián)結(jié)壓降、刷辮壓降進(jìn)行相互間對(duì)比來檢查。同時(shí)檢查回路中各螺絲是否緊固。檢查電刷接觸面的清潔程度，是否存在油污污染。（2）電刷壓力不均勻或不符合要求，可能有電刷過短、彈簧由于過熱變軟老化失去彈性等原因。應(yīng)使用彈簧秤檢查電刷壓力。恒壓彈簧應(yīng)完整無機(jī)械損傷，壓力應(yīng)符合其產(chǎn)品的規(guī)定，同一極上的彈簧壓力偏差不宜超過5％；非恒壓的電刷彈簧，有規(guī)定時(shí)壓力應(yīng)符合其產(chǎn)品的規(guī)定，當(dāng)無規(guī)定時(shí)，應(yīng)調(diào)整到不使電刷冒火的低壓力，一般為140－250g/cm2，同一刷架上每個(gè)電刷的壓力應(yīng)均勻。（3）集電環(huán)與轉(zhuǎn)子引線接觸電阻過大，這種情況應(yīng)對(duì)集電環(huán)與轉(zhuǎn)子引線間的緊固螺絲進(jìn)行加固。（4）電刷材質(zhì)不良、導(dǎo)電性能差、使用的型號(hào)不符合要求或者使用了不同型號(hào)的電刷。同一電機(jī)上應(yīng)使用同一型號(hào)、同一制造廠的電刷，對(duì)于外觀檢查有明顯差異的電刷應(yīng)更換。

3、由于機(jī)械及摩擦等原因造成的過熱：集電環(huán)與電刷過熱故障中，很大一部分是由于機(jī)械及摩擦等原因?qū)е碌倪^熱，如果在開機(jī)時(shí)還未加勵(lì)磁，就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)集電環(huán)與電刷溫度高，或者在運(yùn)行中溫度過高，拔出幾只電刷后，溫度反而降低，那就基本可以肯定是由于機(jī)械及摩擦原因?qū)е碌摹C(jī)械及摩擦導(dǎo)致發(fā)熱的情況很復(fù)雜，主要有以下幾個(gè)方面：（1）電刷接觸面研磨不良或運(yùn)行中一次更換過多的電刷。運(yùn)行中更換電刷，在同一時(shí)間內(nèi)，每個(gè)刷架上只允許更換1－2個(gè)電刷。換上的新電刷應(yīng)事先在與集電環(huán)直徑相同的模型上研磨好，且新舊牌號(hào)須一致。如果在大修時(shí)一次更換的電刷很多，應(yīng)當(dāng)在投運(yùn)前沖轉(zhuǎn)時(shí)，為電刷表面形成氧化膜留夠充足的時(shí)間。（2）電刷與集電環(huán)接觸面過小，接觸面積一般不應(yīng)小于單個(gè)電刷截面的75％。（3）電刷在刷盒中搖擺或動(dòng)作卡澀。電刷在刷握內(nèi)應(yīng)能上下自由移動(dòng)，其間隙應(yīng)符合產(chǎn)品的規(guī)定，當(dāng)無規(guī)定時(shí)，其間隙可為0.10－0.20mm.電刷外形要方正，上下端尺寸誤差不得大于0.05mm.（4）刷握與集電環(huán)表面間隙過大。由于電刷材質(zhì)較脆，當(dāng)刷握與集電環(huán)表面間隙過大時(shí)，運(yùn)行中電刷不能整體接觸集電環(huán)，與集電環(huán)呈斜面接觸，容易造成電刷崩裂的情況。刷握與集電環(huán)表面的間隙應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)要求，當(dāng)產(chǎn)品無規(guī)定時(shí)，其間隙可調(diào)整為2－3mm.調(diào)整間隙時(shí)，可使用一層2－3mm厚的橡膠墊附在集電環(huán)表面，將刷握抵到橡膠墊上，然后上緊定位螺絲，取出橡膠墊。

二、幾起集電環(huán)、電刷故障的分析及建議

1、加強(qiáng)對(duì)電刷表面氧化膜的認(rèn)識(shí)，創(chuàng)建其形成和正常工作的條件：近期發(fā)生的幾起故障，主要原因是因?yàn)殡娝⒈砻娴难趸?rùn)滑層無法形成，氧化膜的形成需要一些條件，當(dāng)條件不滿足時(shí)，氧化膜無法形成或形成不良，主要有以下幾個(gè)原因：（1）溫度過高：電刷的氧化膜一般在70℃左右較易形成，當(dāng)集電環(huán)、電刷出現(xiàn)過熱故障時(shí)，通常溫度都在150℃以上，此時(shí)即便換上新的電刷，氧化膜也不易形成，無法起到潤(rùn)滑作用，電刷磨損將加劇，導(dǎo)致溫度繼續(xù)升高，成為惡性循環(huán)。此時(shí)可采取外部強(qiáng)迫降溫的方法，譬如涂抹凡士林、大功率風(fēng)扇通風(fēng)等手段，使集電環(huán)溫度降到正常范圍內(nèi)，持續(xù)一段時(shí)間，讓電刷表面氧化膜逐漸形成，使之進(jìn)入良性循環(huán)狀態(tài)。（2）冷卻空氣中有污染性雜質(zhì)：空氣中的雜質(zhì)對(duì)電刷表面氧化膜的形成將帶來不利影響，這些雜質(zhì)包括：硫化物或鹵族元素的腐蝕性氣體、空氣中油氣混合物、粉塵、鐵屑、鐵銹粉塵、碳粉等其他雜質(zhì)。電刷磨損時(shí)，本身會(huì)產(chǎn)生碳粉的粉塵雜質(zhì)，可采用在刷架罩冷卻通風(fēng)循環(huán)通道上安裝過濾裝置來改善刷架罩內(nèi)的空氣質(zhì)量。（3）空氣濕度太低或含氧量太低：電刷表面氧化膜的形成需要空氣中有一定的水分含量，即空氣濕度不能太低，但也不能太高。另外，氧化膜的形成主要與空氣中的氧氣發(fā)生氧化作用而產(chǎn)生，當(dāng)含氧量過低時(shí)也不利于氧化膜的形成。

氧化膜無法形成或形成不良除與上述因素有關(guān)外，還有電刷過度研磨、使用溶劑進(jìn)行擦拭、集電環(huán)表面光潔度不良以及碳刷材質(zhì)不合格等原因。

2、電刷及刷架產(chǎn)品在選購(gòu)過程中應(yīng)嚴(yán)格控制質(zhì)量：目前同一品牌的電刷，都是在各個(gè)不同的地方、不同的工廠加工的。這就要求我們?cè)谶M(jìn)貨過程中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，對(duì)生產(chǎn)廠家的工藝和質(zhì)量檢測(cè)手段及程序進(jìn)行了解。

3、生產(chǎn)運(yùn)行中加強(qiáng)對(duì)集電環(huán)及電刷的維護(hù)管理：加強(qiáng)電刷、集電環(huán)系統(tǒng)的專職維護(hù)制度，提高專責(zé)人的技術(shù)水平，嚴(yán)格按照《汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行規(guī)程》的要求對(duì)集電環(huán)、電刷進(jìn)行檢查和運(yùn)行維護(hù)，一次更換電刷的數(shù)量要嚴(yán)格控制。另外要積極運(yùn)用紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行集電環(huán)、電刷日常的巡檢檢查以及對(duì)故障部位有懷疑時(shí)作為輔助分析的工具。

另外，本次會(huì)議還就定子絕緣引水管結(jié)垢提出分析建議：

1、當(dāng)發(fā)現(xiàn)絕緣引水管結(jié)垢很嚴(yán)重時(shí)，或者已經(jīng)影響到常規(guī)預(yù)試結(jié)果時(shí)，建議全部更換新的絕緣引水管。

2、發(fā)電機(jī)每次大修結(jié)束后，開機(jī)前定子水系統(tǒng)應(yīng)使用除鹽水進(jìn)行帶壓力反復(fù)沖洗，直至排水清澈無顆粒，電導(dǎo)率合格。

3、發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行期間累積運(yùn)行時(shí)間達(dá)到兩個(gè)月遇有停機(jī)機(jī)會(huì)時(shí)，對(duì)定、轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗。

4、完善發(fā)電機(jī)整個(gè)冷卻水系統(tǒng)，應(yīng)盡可能使其密閉循環(huán)，運(yùn)行中水質(zhì)含銅量高，絕緣引水管內(nèi)壁臟污結(jié)垢主要成分為銅，是因?yàn)樗凡幻荛]，長(zhǎng)期氧化腐蝕銅管導(dǎo)致。

5、加強(qiáng)運(yùn)行中水質(zhì)監(jiān)控，內(nèi)冷水質(zhì)應(yīng)嚴(yán)格按照運(yùn)行規(guī)程執(zhí)行。

6、對(duì)于水系統(tǒng)問題的解決應(yīng)主要從平時(shí)運(yùn)行維護(hù)抓起，各專業(yè)間應(yīng)進(jìn)行必要的溝通交流，對(duì)相互專業(yè)交叉知識(shí)部分應(yīng)當(dāng)有一定的了解。發(fā)電機(jī)是一個(gè)綜合設(shè)備，關(guān)系到很多的專業(yè)層面，在某一個(gè)專業(yè)看來很重要的問題，也許并不能得到其他專業(yè)的重視，這就對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行造成了很多隱患。

熱處理論文:熱處理對(duì)微晶玻璃力學(xué)性能的影響

過去的幾十年我國(guó)工業(yè)迅速發(fā)展的同時(shí)，增大了對(duì)礦產(chǎn)資源的需求量。而礦產(chǎn)資源開采及選別過程中產(chǎn)生了諸如煤矸石、鐵尾礦類大量的工業(yè)危險(xiǎn)固體廢棄物［1］，大量廢棄物的堆存帶來的諸如土壤、空氣和水體污染等一系列的問題。長(zhǎng)期以來我國(guó)的一次能源消耗中70%來自煤炭。大量的煤炭開采、選別過程中產(chǎn)生了占原煤產(chǎn)量10%～15%煤矸石［2］，大多數(shù)的煤矸石被露天堆放在陸地上，2014年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)煤矸石的堆存量已經(jīng)達(dá)到50億噸，占地約1.2萬公頃［3-4］。而鋼鐵行業(yè)發(fā)展中產(chǎn)生的鐵尾礦在工業(yè)固體廢棄物中的比例也越來越大，來自金屬礦山的尾礦堆存超過120億噸，鐵尾礦占到了其中的1/3［5-6］。我國(guó)煤矸石和鐵尾礦的堆存總量接近100億噸，已經(jīng)成為一個(gè)緊迫的環(huán)境問題，因此對(duì)它們進(jìn)行資源化利用是相當(dāng)必要的。國(guó)內(nèi)外許多研究機(jī)構(gòu)、生產(chǎn)企業(yè)對(duì)煤矸石和鐵尾礦的資源化利用進(jìn)行了研究與報(bào)道，可大多數(shù)研究、應(yīng)用集中在制備傳統(tǒng)的低附加值建筑材料如水泥［7］、磚［8］。微晶玻璃具有高耐磨性、耐腐蝕強(qiáng)和機(jī)械性能高的細(xì)粒度多晶材料［9-10］，被廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。通常煤矸石和鐵尾礦的礦物組成為長(zhǎng)石和石英［11-12］，主要化學(xué)成分為Fe、Al、Si等，以及其它的Na、Ti等次要與元素，這些礦物和化學(xué)元素是制備微晶玻璃所必需的條件。同時(shí)，煤矸石和鐵尾礦組分中SiO2含量可以達(dá)到70%，相比較粉煤灰、高嶺土和紅柱石等工業(yè)廢料和礦物質(zhì)，可以成為低成本的硅源生產(chǎn)微晶玻璃。本文采用熔融法澆鑄制備微晶玻璃，同時(shí)分析微晶玻璃的結(jié)晶行為、微觀結(jié)構(gòu)和性能，為研究煤矸石和鐵尾礦制備CaO-MgO-Al2O3-SiO2系微晶玻璃提供理論依據(jù)和技術(shù)基礎(chǔ)。

1實(shí)驗(yàn)原料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)選用房山煤矸石(煅燒后)和山西靈丘鐵礦尾礦，其化學(xué)成分列于表1。由表1可知，煤矸石、鐵尾礦原料中SiO2及Al2O3組分總計(jì)為79.35%和62.40%，原料中含有的TiO2，為微晶玻璃晶體成核提供了條件。煤矸石煅燒后其礦物成分以石英和鈣長(zhǎng)石為主，伴有少量白云母、赤鐵礦，鐵尾礦的礦物成分以石英為主，伴有角閃石、斜長(zhǎng)石等。為改善微晶玻璃使用性能和工藝性能，在煤矸石和鐵尾礦主要原料的基礎(chǔ)上，加入化學(xué)分析純二氧化硅與氧化鋁純作為成分調(diào)整劑，NaNO3與Sb2O3化學(xué)分析純作為澄清劑加入，調(diào)質(zhì)后的基礎(chǔ)玻璃的化學(xué)成分見表1。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1材料的預(yù)處理原狀煤矸石經(jīng)預(yù)先破碎至－2mm后烘干至含水率在1%以下，用裝料量為5kg質(zhì)量級(jí)配為鋼球60kg、鋼鍛40kg的SM500mm×500mm試驗(yàn)用球磨機(jī)粉磨，控制磨后細(xì)度為0.08mm方孔篩篩余10%以下，用CD-1400X型馬弗爐經(jīng)750℃煅燒3h去除原料有機(jī)雜質(zhì)。1.2.2微晶玻璃的制備實(shí)驗(yàn)將一定配比的原料與成分調(diào)節(jié)劑、澄清劑等原料置于剛玉坩堝，而后置入CD-1700X型馬弗爐，在1500℃下充分融化、澄清，保溫180min。將均一的熔漿體澆鑄成12cm×12cm×4cm的正方體大塊并迅速放入650℃的晶化爐保溫2h，以1℃/min降至室溫以消除玻璃內(nèi)應(yīng)力。在馬弗爐內(nèi)升溫至1450℃，并保溫4h充分澄清、均化。將均一的熔漿體澆鑄成12cm×12cm×4cm的正方體大塊并迅速放入650℃的晶化爐保溫5h，以1℃/min降至室溫以消除玻璃內(nèi)應(yīng)力。將上述玻璃大塊切磨成6mm×10mm×40mm長(zhǎng)條試塊。分別置于不同的核化溫度(680、720、760、800)℃和核化時(shí)間3h、晶化溫度(920、960、1000、1040)℃和晶化時(shí)間1h條件下，進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試。實(shí)驗(yàn)所用的強(qiáng)度測(cè)試方法按照GB/T6569－2006《精細(xì)陶瓷彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)方法》進(jìn)行。DSC分析采用差熱分析儀(STA409C/CDNetzschGertebauGmbH，selb);XRD分析儀為M21X超大功率X射線衍射儀，額定管電壓20～60kV，較大額定電流500mA;SEM分析所用儀器為聚焦離子束場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡。

2結(jié)果與討論

2.1熱分析與組成

差示掃描量熱法(DSC)能夠的測(cè)定物質(zhì)與熱量有關(guān)的物理化學(xué)反應(yīng)，為微晶玻璃的核化和晶化溫度的確定提供了重要依據(jù)［13］。將1500℃熔融的煤矸石鐵尾礦微晶玻璃漿體急冷水淬，制備成水淬渣，經(jīng)過烘干、破碎、研磨至74μm基礎(chǔ)玻璃粉末進(jìn)行DSC分析。圖1為煤矸石鐵尾礦基礎(chǔ)玻璃的熱分析曲線，從圖1中可見DSC曲線上有2處明顯的與熱相關(guān)的反應(yīng):即745℃的吸熱反應(yīng)和917℃的放熱反應(yīng)。745℃的吸熱峰是轉(zhuǎn)變溫度，不是核化吸熱，而是在熱處理中基礎(chǔ)玻璃粉末吸熱發(fā)生軟化變形后微觀結(jié)構(gòu)重排引起的。實(shí)際上，玻璃轉(zhuǎn)變溫度為700～800℃溫度區(qū)間。為了討論微晶玻璃制備中核化溫度的影響，選擇核化溫度為680、720、740和760℃。917℃處尖銳的放熱峰，為玻璃的析晶放熱反應(yīng)，為了討論微晶玻璃制備中晶化溫度的影響，選擇晶化溫度為900、940、980和1020℃。

2.2核化溫度對(duì)微晶玻璃結(jié)構(gòu)和性能的影響

玻璃的主晶相的種類和數(shù)量被原料成分控制，而玻璃的結(jié)構(gòu)和性能受熱處理工藝制度影響［14］。為了優(yōu)化玻璃的熱處理溫度，將微晶玻璃在680、720、740和760℃下核化3h，所得的不同核化溫度微晶玻璃X射線衍射結(jié)果如圖2所示。圖2曲線(1)中經(jīng)核化后的微晶玻璃試樣，在2θ=26.48°、29.66°與43.22°處顯示有晶體小峰，其主晶相為普通輝石(Ca(Mg，F(xiàn)e，Al)(Si，Al)2O6)，說明玻璃試樣中已經(jīng)有部分晶核的形成。此外，由于XRD譜中含有數(shù)目眾多的毛刺小峰，說明微晶玻璃中含有一定數(shù)量的玻璃相。曲線(2)～(4)中，玻璃試樣經(jīng)720、760和800℃核化保溫3h后，微晶玻璃試樣析出晶相種類均為普通輝石，但是隨溫度從720℃升高到800℃，衍射峰呈現(xiàn)逐漸增強(qiáng)趨勢(shì)，說明析出的普通輝石晶相數(shù)量有變化，曲線(4)中經(jīng)800℃的核化處理后的微晶玻璃試樣，其主晶相衍射峰最強(qiáng)。圖3為微晶玻璃經(jīng)1%HF溶液腐蝕、清洗、干燥并噴碳處理，經(jīng)用掃描電子顯微鏡對(duì)核化后(680、720、740、760℃)保溫2h的4組樣品進(jìn)行了SEM和EDS分析圖。從圖3的SEM中可以觀察到微球狀顆粒析出，且隨著核化溫度的升高，微球狀顆粒的分布越來越均勻，致密度也相應(yīng)的提高。從圖3(a)中可以看出，核化溫度為680℃時(shí)開始出現(xiàn)微晶玻璃的單粒狀晶體，也出現(xiàn)了幾個(gè)粒徑較大的球狀晶粒，晶粒尺寸約為200nm，其中還存在少數(shù)晶粒為30～40nm不等的小晶粒，這些微晶粒的出現(xiàn)，預(yù)示著試樣結(jié)晶的開始。對(duì)粒狀晶體1進(jìn)行EDS半定量分析，并結(jié)合圖2的XRD分析可知，該晶體為普通輝石。圖3(b)中經(jīng)720℃核化處理后，微晶玻璃的晶粒開始變小而且均勻化，晶粒尺寸為30～100nm，視域中可見個(gè)別形貌清晰的晶粒凝聚的現(xiàn)象，圖中左上角的團(tuán)簇由若干個(gè)30～40nm晶粒凝聚而成約100nm微晶粒，同時(shí)在右下角區(qū)域可見粒徑在100nm以下的微球粒。經(jīng)760℃核化后的微晶玻璃中出現(xiàn)納米級(jí)別的微晶粒數(shù)量增多，遍布于整個(gè)視域中，晶粒大小更加均勻，晶粒尺寸為50～100nm，圖中可見個(gè)別粒徑較大的晶粒，由若干個(gè)30～40nm晶粒團(tuán)簇凝聚而成，其粒徑約200nm。800℃核化后的SEM圖3(d)中，可以觀察到晶粒比較典型的凝聚成團(tuán)的現(xiàn)象，晶粒呈現(xiàn)大量凝聚，納米級(jí)的晶粒邊界開始消失［14］。由于彎曲強(qiáng)度離散性小，，而且試樣容易制備，因而彎曲強(qiáng)度作為考察微晶玻璃強(qiáng)度的主要指標(biāo)之一［15］。將經(jīng)過核化保溫的4組微晶玻璃試樣，以5℃?min－1升溫速率勻速升溫至900℃后，晶化保溫1h，分析核化溫度對(duì)彎曲強(qiáng)度的影響。經(jīng)過測(cè)得的數(shù)據(jù)，得到不同的核化溫度對(duì)微晶玻璃彎曲強(qiáng)度影響的關(guān)系圖4。從圖4中可以看出，在晶化溫度為900℃保溫1h條件下，試樣的彎曲強(qiáng)度呈現(xiàn)為隨著核化溫度的升高，核化溫度為760℃的微晶玻璃試樣強(qiáng)度較大，達(dá)到204.32MPa。隨著核化溫度的進(jìn)一步提高，微晶玻璃的彎曲強(qiáng)度減小，當(dāng)核化溫度達(dá)到800℃時(shí)，微晶玻璃試樣彎曲強(qiáng)度下降到156.47MPa。結(jié)合圖3可知，隨著核化溫度的升高，微晶玻璃的晶粒數(shù)量呈增大趨勢(shì)，致密度提高，且晶粒分布越來越均勻，雖然有大量細(xì)小均勻的晶粒產(chǎn)生，但微晶玻璃內(nèi)仍有大量連續(xù)的玻璃體存在(由圖2可知)，微晶玻璃材料的破壞通常是沿著晶界玻璃體進(jìn)行的，由于基體內(nèi)玻璃體的存在斷裂強(qiáng)度較大，所以微晶玻璃的彎曲強(qiáng)度較低［16］。760℃核化處理后，微晶玻璃基體內(nèi)晶粒明顯增多，其內(nèi)部玻璃體減少，玻璃體的連續(xù)被打破，晶粒間分布均勻致密，此時(shí)微晶玻璃有較大的彎曲強(qiáng)度值。而800℃核化后，微晶玻璃內(nèi)部的微觀組織出現(xiàn)缺陷，這可嫩由于過高的核化溫度使得晶粒凝聚、重熔導(dǎo)致微晶玻璃內(nèi)部過大的組織應(yīng)力而出現(xiàn)微裂紋，從而使微晶玻璃的彎曲強(qiáng)度下降［16］。

2.3晶化溫度對(duì)微晶玻璃結(jié)構(gòu)和性能的影響

為了確定微晶玻璃優(yōu)化的熱處理溫度，將基礎(chǔ)玻璃試樣在760℃下核化3h，然后在900、940、980和1020℃晶化處理1h，所得微晶玻璃試樣的X射線衍射結(jié)果如圖5所示。由不同的晶化溫度得到的XRD可以看出，在900、940、980和1020℃晶化溫度下得到的主晶相為普通輝石(Ca(Mg，F(xiàn)e，Al)(Si，Al)2O6)。在2θ角等于30°和35°時(shí)，XRD曲線中有非晶相引起的比較平緩饅頭峰，這說明微晶玻璃試樣中不僅存在普通輝石的晶態(tài)結(jié)構(gòu)，同時(shí)也有未結(jié)晶的非晶成分，饅頭峰整體比較平緩，說明晶化處理后的微晶玻璃析晶情況良好。隨著晶化溫度從900℃升高到1020℃，主晶相普通輝石的衍射峰呈現(xiàn)逐漸增強(qiáng)趨勢(shì)，曲線(3)中微晶玻璃試樣在980℃的晶化處理后，主晶相衍射峰最強(qiáng)，當(dāng)晶化處理溫度升高到1020℃時(shí)，曲線(4)中的晶體衍射峰減弱。圖6為經(jīng)900、940、980和1020℃晶化處理后的微晶玻璃試樣的SEM圖。試樣經(jīng)過核化后，通過晶化處理能夠使數(shù)目眾多的晶核形成。經(jīng)過900℃晶化處理的圖6(a)中，有大量形貌接近于圓形形態(tài)的晶粒生成，一些晶粒尺寸30～50nm的晶粒團(tuán)聚在一起，排列緊密，同時(shí)視域中左上角還存在一些尺寸約100nm的晶粒，晶體排列相對(duì)疏松。隨著晶化溫度的升高，940℃晶化處理的圖片6(b)中可以觀察到晶粒比較典型的凝聚成團(tuán)的現(xiàn)象，大量尺寸約100nm的晶粒之間排列緊密，晶粒間的邊界相對(duì)于圖6(a)晶粒尺寸增大，其形狀更趨向規(guī)則化且結(jié)構(gòu)致密。這對(duì)提高微晶玻璃的物化性能有利，是比較理想的晶化處理結(jié)果。與圖6(b)相比較，圖6(c)中尺寸約100nm的晶粒間相互接觸，但晶粒邊界清晰可見，圖中區(qū)域出現(xiàn)兩塊大的晶粒凝聚，晶粒間的邊界開始消失。在圖6(d)中，試樣隨著溫度的升高的延長(zhǎng)，在整個(gè)空間內(nèi)出現(xiàn)了晶粒的大量凝聚，在團(tuán)簇體中的某些區(qū)域，已經(jīng)觀察不到納米晶粒的邊界，部分晶粒已發(fā)生重熔。圖7為晶化后的微晶玻璃試樣與彎曲強(qiáng)度的關(guān)系。可以看出，隨著晶化溫度的升高，彎曲強(qiáng)度值呈現(xiàn)先增大而后降低的趨勢(shì)，在980℃時(shí)彎曲強(qiáng)度的較大值達(dá)到236.63MPa。當(dāng)晶化溫度為1020℃時(shí)，彎曲強(qiáng)度下降到199.27MPa。微晶玻璃的力學(xué)性質(zhì)不僅受晶體粒晶(材料構(gòu)成)的影響，還受到的氣孔、裂紋、微應(yīng)力，玻璃相和自身空隙等的大小、分布、形狀和分布狀態(tài)等因素影響。如將這些影響因素，可以認(rèn)為，微晶玻璃的粒晶越小，成核密度越大，則強(qiáng)度越高。結(jié)合圖6可知，隨著晶化溫度的升高，微晶玻璃試樣形成晶粒數(shù)量逐漸增多，晶體含量增加，且晶粒分布越來越均勻，致密度提高。在980℃晶化處理后，微晶玻璃基體內(nèi)產(chǎn)生了大量細(xì)小均勻的晶粒，整體析晶狀況良好，此時(shí)微晶玻璃有較大的彎曲強(qiáng)度值。而1020℃晶化后，微晶玻璃內(nèi)部的微觀組織出現(xiàn)缺陷，發(fā)生了晶粒回收的重熔現(xiàn)象，導(dǎo)致晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了缺陷，試樣的彎曲強(qiáng)度反而降低。

3結(jié)論

1)利用煤矸石和鐵尾礦為主要原料，可以制備具有優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度的CaO-MgO-Al2O3-SiO2體系微晶玻璃，其主晶相為普通輝石(Ca(Mg，F(xiàn)e，Al)(Si，Al)2O6);2)通過熱處理制度對(duì)微晶玻璃結(jié)構(gòu)和性能的研究可知，煤矸石鐵尾礦在熱處理制度為:760℃核化3h，晶化溫度980℃，保溫1h的條件下，可制備抗彎強(qiáng)度為236.63MPa的微晶玻璃;3)隨熱處理溫度升高，煤矸石鐵尾礦微晶玻璃主晶相的種類沒有改變，但其衍射峰呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減小的趨勢(shì)。同時(shí)，微晶玻璃的彎曲強(qiáng)度會(huì)提高，但熱處理溫度過高內(nèi)部就會(huì)出現(xiàn)晶粒凝聚、重熔導(dǎo)致微晶玻璃內(nèi)部過大的組織應(yīng)力而出現(xiàn)微裂紋，從而使微晶玻璃的彎曲強(qiáng)度下降。

作者：王長(zhǎng)龍 梁寶瑞 鄭永超 劉世昌 楊建 單位：北京科技大學(xué)土木與環(huán)境工程學(xué)院工業(yè)典型污染物資源化處理北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 河北工程大學(xué)土木工程學(xué)院 清華大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院先進(jìn)材料教育部

熱處理論文:機(jī)械加工零件熱處理技術(shù)探析

0引言

在機(jī)械零件加工產(chǎn)業(yè)中一直流傳著“運(yùn)用好熱處理技術(shù)，零件一當(dāng)數(shù)個(gè)”的句子。由此可見，在機(jī)械零件加工技術(shù)中，熱處理技術(shù)是尤為重要的。因此在機(jī)械零件加工過程當(dāng)中，其零件的質(zhì)量是受熱處理技術(shù)影響的，即熱處理技術(shù)運(yùn)用較好，零件產(chǎn)品的品質(zhì)就好。因此，在機(jī)械零件加工的過程中必須運(yùn)用好熱處理技術(shù)，這是提升產(chǎn)品質(zhì)量最為直接的有效方法。

1熱處理加工技術(shù)的重要性

在機(jī)械零件加工的過程當(dāng)中合理地運(yùn)用熱處理技術(shù)，既能夠提升零件的質(zhì)量，又能夠減少不必要的損失。因此，對(duì)熱處理技術(shù)必須給予足夠的重視，這是產(chǎn)品質(zhì)量的重要保障。

2零件加工的方法

2．1機(jī)加工的方法正確的機(jī)加工能夠促使熱處理加工的質(zhì)量得到提高，反之會(huì)造成切削加工過后機(jī)械零件的表層較為粗糙，且還為下一階段的淬火埋下了裂紋的起因，促使零件經(jīng)過熱處理后形成軟點(diǎn)和較大的多余應(yīng)力。

2．2線切割的加工方法

線切割的加工方法在如今也被廣泛運(yùn)用著，它能夠促使形狀較為復(fù)雜的模具零件加工工作簡(jiǎn)單化。但是其加工過后，零件的表層性能會(huì)產(chǎn)生變化，且還會(huì)有較多的微裂紋以及不穩(wěn)定相，從而導(dǎo)致零件的使用壽命不長(zhǎng)。

3合理運(yùn)用熱處理加工技術(shù)

3．1預(yù)熱環(huán)節(jié)的處理

要想保障零件在加工過程當(dāng)中的切削性能、精準(zhǔn)度以及降低變形率，就必須對(duì)零件的質(zhì)量和尺寸預(yù)熱環(huán)節(jié)處理進(jìn)行提升。各類機(jī)械材料在切削性能中都有著相對(duì)應(yīng)的硬度限值與結(jié)構(gòu)組織。例如:亞共析鋼材料，其材料的組織較為均勻、晶粒細(xì)小，從而優(yōu)化了其切削性能，進(jìn)而提高了其在加工過程當(dāng)中的精準(zhǔn)性，為零件在進(jìn)行熱處理加工時(shí)提供了較好的保障。另外，除最終的熱處理環(huán)節(jié)外，預(yù)熱環(huán)節(jié)的處理以及零件的鍛造也是尤為重要的影響因素，因此，機(jī)械零件在加工時(shí)，技術(shù)人員須做到對(duì)整體過程的內(nèi)在質(zhì)量狀況進(jìn)行了解。

3．2在機(jī)械加工過程的合理安排

由于機(jī)械零件的內(nèi)部應(yīng)力結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且其幾何形狀也有所不一，特別是熱處理的加工過后其應(yīng)力的分布又進(jìn)行再一次的排序，因此機(jī)械零件在加工程序的淬火階段會(huì)產(chǎn)生較為強(qiáng)大的組織應(yīng)力以及熱應(yīng)力，從而造成零件最終的變形規(guī)律復(fù)雜化。因此，零件加工的技術(shù)人員在對(duì)零件加工及熱處理的工藝制定過程中，勢(shì)必要對(duì)從零件的選材、工藝參數(shù)的設(shè)計(jì)以及實(shí)際加工結(jié)果等方面建立一個(gè)完善、齊全的工藝檔案，而建立數(shù)據(jù)檔案之后，既能夠減少技術(shù)人員在查閱資料時(shí)所耗的編制時(shí)間，又能夠減少對(duì)技術(shù)人員的勞動(dòng)要求，從而促使在材料的選擇上和工藝參數(shù)方面能夠獲得良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值與適用價(jià)值，并且還需在這基礎(chǔ)之上，對(duì)其不斷地優(yōu)化改進(jìn)，從而提高機(jī)械零件的加工質(zhì)量。

4舉例

4．1選擇材料

對(duì)零件而言其選材是否正確、質(zhì)量是否良好以及使用的合理性是嚴(yán)重影響自身使用壽命的三個(gè)因素，因此在選材時(shí)既要考慮到零件的使用性及成本問題，又要考慮到零件的加工性能，不然就直接造成加工成本不必要的提升從而取得反效果。1)低合金鋼，其材質(zhì)優(yōu)良在熱處理的性能上能夠取代碳素鋼，從而進(jìn)一步的避免了因設(shè)計(jì)不合理而造成的變形開裂等質(zhì)量問題。2)模具鋼既適用于冷作模具，又適用于塑料模具。因此，模具的選材過程中先要考慮模具的使用性能，其次是模具的熱處理加工工藝。

4．2進(jìn)行熱處理加工

其淬火溫度常用30℃～50℃，而要想鋼能夠達(dá)到不同的性能，其淬火溫度須向或高、或低兩個(gè)方向展開，從而在保障強(qiáng)度的同時(shí)，又能夠促使材料的塑性和韌性等得到優(yōu)化改善，從而減少在淬火過程中的變形和開裂問題的發(fā)生率。機(jī)械零件在加工過程當(dāng)中出現(xiàn)缺陷，其主要原因是由于加工的操作不正確以及工藝的設(shè)計(jì)不合理性而導(dǎo)致的。因此，要想保障零件加工的質(zhì)量，就必須盡可能的避免這兩個(gè)原因的發(fā)生情況，這樣才能夠保障零件的熱處理加工質(zhì)量以及機(jī)械零件在加工過程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力可以通過回火的處理方法進(jìn)行消除或降低。其零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理也可通過增加工藝孔、組合結(jié)構(gòu)以及進(jìn)行線切割的加工方式進(jìn)行完善優(yōu)化。

5結(jié)語

綜上所述，對(duì)零件的熱處理加工技術(shù)有所影響的主要為兩個(gè)方面:機(jī)械零件在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上與運(yùn)用熱處理加工技術(shù)上。這兩個(gè)因素是相互影響、相輔相成、缺一不可且不能分開的。因此，在機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，即需要重視結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性，又需要注意熱處理技術(shù)的運(yùn)用方法，否則機(jī)械零件的質(zhì)量勢(shì)必會(huì)存在缺陷，造成不必要的損失。而且我們還需要不斷地去學(xué)習(xí)、去進(jìn)步，從而不斷的完善機(jī)械零件的熱加工技術(shù)。

作者：趙彥君 單位：陜西建設(shè)機(jī)械股份有限公司

熱處理論文:中職學(xué)校金屬材料及熱處理教學(xué)方法

1巧妙導(dǎo)入新課，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是提高教學(xué)質(zhì)量的有力措施之一，成功的新課導(dǎo)入能有效吸引學(xué)生的注意力，點(diǎn)燃學(xué)生探索知識(shí)的火花，也是開啟師生交流溝通的渠道。著名特級(jí)教師于漪曾說過，“課的及時(shí)錘要敲在學(xué)生的心靈上，激發(fā)起他們思維的火花，或像磁石一樣把學(xué)生牢牢地吸引住”。學(xué)生以強(qiáng)烈的好奇心和飽滿的精神去接受和徜徉在知識(shí)的海洋里。筆者在講授鈦及鈦合金這節(jié)內(nèi)容時(shí)，首先提問：同學(xué)們，大家知道太空合金嗎？學(xué)生七嘴八舌回答：用在太空飛行器或空間站的合金，像神州7號(hào)飛船，宇宙空間站。教師給予學(xué)生回答充分肯定，在調(diào)動(dòng)學(xué)生被寄予厚望的學(xué)習(xí)積極性基礎(chǔ)上，再問：太空合金在我們?nèi)粘Ｉ钪杏袩o應(yīng)用？用在哪些地方？有什么顯著的特點(diǎn)？學(xué)生順著這一思路，展開思考和想象，學(xué)生與教師對(duì)答，愉快互動(dòng)，好奇心不斷地驅(qū)使學(xué)生探尋，教師又問學(xué)生為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的特點(diǎn)？進(jìn)而引出鈦的組織結(jié)構(gòu)和性能等？由一“點(diǎn)”吸引學(xué)生注意力、好奇心、探索欲望，筆者使用，效果不錯(cuò)。在學(xué)習(xí)鐵碳合金相圖時(shí)，提問：在電視和電影中，看到鋼鐵燒熱發(fā)紅，再捶打，為什么要“趁熱打鐵”？學(xué)生答不出原因，只說生活經(jīng)驗(yàn)告訴他們的，教師拋出奧氏體概念，說明“趁熱打鐵”的溫度在1000℃～1200℃，這時(shí)的組織為奧氏體，因塑性好，易于變形。

2口訣和順口溜，幫助學(xué)生記憶

本課程涉及知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容多而雜，學(xué)生對(duì)新知識(shí)的掌握容易混淆，教師要善于透過現(xiàn)象去抓住事物的本質(zhì)，并以口訣、順口溜或簡(jiǎn)明文字表達(dá)，讓學(xué)生迅速地印記在自己的大腦里，在教學(xué)中使用效果良好。在學(xué)習(xí)鋼的熱處理這章內(nèi)容時(shí)，為了學(xué)生更好理解四種整體熱處理不同，教師要用口訣一語道破，“退火軟化，正火強(qiáng)化，淬火硬化，回火韌化”，告訴學(xué)生圍繞這一特點(diǎn)，展開目的、分類、組織等內(nèi)容學(xué)習(xí)，學(xué)生心中一目了然，學(xué)習(xí)做到有的放矢。鐵碳合金相圖是本課程的重要內(nèi)容，該內(nèi)容既有較深的理論知識(shí)又要具備較強(qiáng)的實(shí)踐認(rèn)識(shí)，特別是合金相圖各種組織的分析往往是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)？教師選擇什么樣教學(xué)方法提高學(xué)生興趣，使學(xué)生較好地掌握所學(xué)內(nèi)容，是教師備課時(shí)重點(diǎn)思考的問題。通過教學(xué)實(shí)踐，編制口訣，是好的記憶方式，口訣如下：溫度成分建坐標(biāo)，鐵碳二元兩邊站，共晶共析液固線，三垂豎線組織標(biāo)，相間組織兩相合。在組織分析時(shí)，首先分析特殊點(diǎn)，即含碳量為0.77%、2.11%、4.3%、6.99%的組織轉(zhuǎn)變，在這些特殊點(diǎn)之間的組織，即為相鄰兩特殊點(diǎn)組織的合并，并舉出一示例說明，學(xué)生能理解和接受。為了便于學(xué)生理解和記憶各種鋼材牌號(hào)，教師告訴學(xué)生材料牌號(hào)的特征和規(guī)律，編出順口溜或口訣，讓學(xué)生能盡快地熟悉、掌握。如合金鋼，順口溜如下：Q頭獨(dú)老大，低強(qiáng)高結(jié)鋼；G頭獨(dú)老大，滾動(dòng)軸承鋼；兩星含碳125，合金滲碳鋼；兩星含碳255，合金調(diào)質(zhì)鋼；兩星含碳457，合金彈簧鋼。將枯燥識(shí)讀記憶變得富有情趣、化“腐朽”為神奇。

3鞏固材料牌號(hào)，促進(jìn)學(xué)生理解

本課程學(xué)習(xí)的重點(diǎn)之一是多種材料的牌號(hào)、組織、性能及用途。這些材料分別是非合金鋼、合金鋼、鑄鐵、鋁及鋁合金、銅及銅合金、鈦及鈦合金、高分子材料。這些材料中每一類又包含很多種不同的型號(hào)，因此學(xué)生很容易混淆，張冠李戴，容易出現(xiàn)抵觸情緒，而我們的學(xué)生基礎(chǔ)弱，學(xué)習(xí)習(xí)慣差，需要教師不斷督促，以牌號(hào)的熟悉和記憶為主線，了解每類材料用途和性能，所以進(jìn)入非合金鋼內(nèi)容到合金鋼等各類材料的學(xué)習(xí)，老師幾乎要每次課花10分鐘時(shí)間，請(qǐng)學(xué)生根據(jù)黑板上的牌號(hào)說出鋼種和含碳量、用途。答對(duì)的學(xué)生，每次加5分，答錯(cuò)不扣分，學(xué)生踴躍舉手回答，效果不錯(cuò)。

4發(fā)揮學(xué)生想象力，推動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)

好奇心是每個(gè)學(xué)生的共有特性，教師根據(jù)學(xué)生好奇心所在，圍繞教學(xué)內(nèi)容針對(duì)性提出問題，布置練習(xí)，或小組合作等，學(xué)生都會(huì)躍躍欲試，完成的結(jié)果出乎預(yù)期，思維活躍，發(fā)散性好。教師只需因勢(shì)利導(dǎo)，引申和擴(kuò)展知識(shí)，教學(xué)雙邊是愉快互動(dòng)，教師的教就能推動(dòng)學(xué)生向更廣闊的知識(shí)邁進(jìn)。例如學(xué)習(xí)高分子材料之一膠粘劑，首先提問為什么不同材料能夠粘接在一起，是什么原因？再進(jìn)一步設(shè)問，平時(shí)見到哪些膠粘劑？學(xué)生答：502、氯丁膠、涂墻壁的膠、粘鞋的膠。教師再問：它們都有哪些特點(diǎn)啊？學(xué)生凝思，討論，答案多樣。學(xué)生在疑惑和好奇的驅(qū)使下，探尋“真相”，教師如同魔術(shù)師一樣不斷地變化和展示，鈦合金手表、鈦合金人體關(guān)節(jié)就是利用鈦合金無毒，與人體不發(fā)生過敏反應(yīng)的特性等等，直到全部答案。

5運(yùn)用課件和視頻，增強(qiáng)課堂教學(xué)效果

多媒體課件和視頻的合理運(yùn)用，能使抽象的教學(xué)內(nèi)容具體化、形象化，而且對(duì)于缺乏感性認(rèn)識(shí)的學(xué)生，能以這種最便捷的方式，了解真實(shí)的工作場(chǎng)景，如金屬材料的拉伸試驗(yàn)、鋼的熱處理受設(shè)備條件限制，沒有現(xiàn)場(chǎng)操作演示，學(xué)生難以理解加熱、保溫、冷卻等具體工藝過程，通過多媒體課件演示，讓學(xué)生置身實(shí)驗(yàn)室和車間，貼近真實(shí)工作場(chǎng)景，增加課堂教學(xué)生動(dòng)性、趣味性，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。目前中職學(xué)校，學(xué)生端坐在“秧田”式的教室里，多媒體課件和視頻無疑是好的教學(xué)手段。本人在教學(xué)中大量采用，效果不錯(cuò)。

作者：刁端琴 單位：重慶市輕工業(yè)學(xué)校

熱處理論文:鋁合金擠壓制品熱處理分析

1擠壓制品在線淬火的優(yōu)點(diǎn)

⑴無需重新加熱，大大降低了產(chǎn)品的能耗，且不會(huì)因長(zhǎng)時(shí)間加熱導(dǎo)致晶粒變大而出現(xiàn)粗晶環(huán)現(xiàn)象;⑵簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝流程，在擠壓機(jī)列上連續(xù)完成淬火、矯直、成品鋸切等作業(yè)，減少中間制品的堆放場(chǎng)地，大大縮短了生產(chǎn)周期，提高了生產(chǎn)效率;⑶沒有中間制品的吊運(yùn)過程，制品長(zhǎng)度不受吊運(yùn)和淬火爐的限制，制品輸送過程受到很好的保護(hù)，減少了幾何廢料和工藝廢料的損失，提高了制品的表面質(zhì)量和成品率;⑷在機(jī)列上連續(xù)完成作業(yè)，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，也為無人操作的全自動(dòng)控制創(chuàng)造了必要的條件。

2實(shí)現(xiàn)在線淬火的基本條件

鋁合金淬火時(shí)，通過快速冷卻把高溫時(shí)的固溶組織保留至室溫，形成室溫下的過飽和組織。通過自然時(shí)效或人工時(shí)效使過飽和組織中的強(qiáng)化相呈彌散狀析出，以達(dá)到強(qiáng)化的效果，特別是能夠顯著提高材料的抗拉強(qiáng)度。合金組織中具有強(qiáng)化相，且強(qiáng)化相在合金中的溶解度隨溫度有明顯變化的合金，才具有淬火強(qiáng)化的效果，即為可熱處理強(qiáng)化的合金。在線淬火雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但由于受擠壓過程的限制，也存在較多弱點(diǎn)，不是所有可熱處理強(qiáng)化的合金都適用在線淬火并獲得理想的強(qiáng)化效果，只有符合下述條件的合金和制品才適合采用在線淬火方式來淬火。

2．1合金的淬火溫度范圍寬淬火的溫度范圍反映在該合金固相線與強(qiáng)化相固溶線(即強(qiáng)化相析出線)之間溫度范圍的寬窄上，即合金的淬火敏感性。溫度范圍寬，淬火敏感性低，反之淬火敏感性高。淬火敏感性低的合金適合在線淬火并能獲得滿意的強(qiáng)化效果;淬火敏感性高的合金在線淬火往往不能獲得滿意的強(qiáng)化效果，不適用在線淬火。

2．2合金淬火時(shí)的冷卻速度冷卻速度是指單位時(shí)間的溫度降低數(shù)值，淬火時(shí)的冷卻速度，是指從高溫冷卻能保持高溫組織而不析出強(qiáng)化相所需的溫降速度。不同合金對(duì)淬火冷卻速度的要求有很大差異，有些合金在冷卻過程中強(qiáng)化相不易析出，需要的冷卻速度可以很小，如6063合金，淬火時(shí)的冷卻速度只需≥1℃/s，而一些7xxx系合金要求的冷卻速度約300℃/s。淬火敏感性低的合金需要的淬火冷卻速度也低，反之需要較高的冷卻速度。淬火的冷卻速度除了與合金特性有關(guān)外，還與制品的尺寸形狀有關(guān)。壁薄制品溫降速度快，所需冷卻速度低;壁厚制品由于芯部熱量不易散出，需要較高的冷卻速度。實(shí)心型材相對(duì)散熱面積大，需要的冷卻速度低，而空心型材相對(duì)散熱面積小，空腔內(nèi)的熱量不易散出，因而需要較高的冷卻速度。在線淬火裝置可滿足不同冷卻速度的要求，可設(shè)計(jì)出不同冷卻強(qiáng)度組合，但對(duì)于要求冷卻速度快尤其是大管、大棒工業(yè)型材不適合在線淬火。

2．2合金淬火時(shí)的轉(zhuǎn)移時(shí)間

合金淬火時(shí)的轉(zhuǎn)移時(shí)間，對(duì)離線淬火是指制品離開加熱爐至進(jìn)入水中的時(shí)間;對(duì)在線淬火，是指制品出模口至進(jìn)入冷卻區(qū)的時(shí)間。這段時(shí)間內(nèi)制品裸露在大氣中，會(huì)產(chǎn)生一定的溫降，時(shí)間越長(zhǎng)，溫降越大。轉(zhuǎn)移時(shí)間其實(shí)也是轉(zhuǎn)移速度的大小，更重要的是進(jìn)入冷卻區(qū)的速度。如果進(jìn)入冷卻區(qū)的速度小于金屬的傳熱速度，制品就會(huì)在進(jìn)入冷卻區(qū)前因內(nèi)部金屬傳熱而導(dǎo)致較大的溫降，當(dāng)溫度降至強(qiáng)化相析出溫度時(shí)，淬火冷卻前就已發(fā)生強(qiáng)化相的析出，因而會(huì)影響淬火的強(qiáng)化效果。淬火敏感性高的合金，要求的淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間也短。在線淬火制品的轉(zhuǎn)移時(shí)間和進(jìn)入冷卻區(qū)的速度取決于擠壓速度，中小型擠壓機(jī)從模子出口至冷卻裝置的距離較小，轉(zhuǎn)移時(shí)間較短，但當(dāng)擠壓速度較低時(shí)也很難滿足制品進(jìn)入冷卻區(qū)的速度。大中型擠壓機(jī)模子出口至冷卻裝置的距離長(zhǎng)，且擠壓速度也往往較低，很難滿足一些淬火敏感性高的合金對(duì)轉(zhuǎn)移時(shí)間的要求，只有淬火敏感性不高的合金才適合在線淬火處理。

3鋁擠壓制品在線淬火實(shí)例

西北某鋁制品加工企業(yè)專門為軍工部門提供高品質(zhì)管棒型材產(chǎn)品。合金主要為5083-F、6063-T5、2A12-T4，規(guī)格為Φ80～Φ380mm×5．0～50．0mm的大管材;合金為2A12-T4、6061-T6、7A04-T4，規(guī)格為Φ30～180mm×4000～12000mm的擠制特大棒材;產(chǎn)品主要應(yīng)用于國(guó)防軍工、石油開采、海水淡化、電力輸變電等。其中2xxx系、7xxx系及部分6xxx系等可熱處理強(qiáng)化的硬鋁合金棒，由于其具有良好的加工性能和力學(xué)物理性能，主要用作內(nèi)燃機(jī)活塞及汽輪、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)葉片毛坯等。另外該企業(yè)還能生產(chǎn)部分10～150cm2×6000～30000mm，較大外接圓直徑450mm的車輛制造用扁寬型材。該企業(yè)主要產(chǎn)品2xxx系、7xxx系及6xxx系淬火敏感性高的合金，要求淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間短，其中石油輸送管直徑超過Φ300mm，壁厚一般都超過7．0mm，軍工用特大棒材直徑均超過Φ250mm，對(duì)淬火要求極高。生產(chǎn)初期出現(xiàn)的技術(shù)廢品，主要原因是制品擠出后通過在線淬火處理時(shí)，冷卻強(qiáng)度及轉(zhuǎn)移時(shí)間無法使制品芯部的彌散強(qiáng)化相析出，導(dǎo)致出現(xiàn)明顯的芯表質(zhì)量差異。鑒于大規(guī)格管、棒材采用在線淬火不能達(dá)到生產(chǎn)工藝要求，該企業(yè)通過采用大型立式淬火爐離線淬火的方式解決這一問題。該立式淬火爐可淬火制品較大長(zhǎng)度12m，工作溫度460～550℃，爐膛有效區(qū)內(nèi)金屬溫差≤±3℃，淬火轉(zhuǎn)移時(shí)間≤15s。而對(duì)于車輛制造用扁寬型材，該企業(yè)配置了強(qiáng)力在線風(fēng)冷/水冷系統(tǒng)，其中冷風(fēng)系統(tǒng)上下冷卻風(fēng)機(jī)輸風(fēng)量為12000m3/h;水冷系統(tǒng)采用自循環(huán)裝置，設(shè)置有冷水池、熱水池、水槽中輥道、大功率循環(huán)水泵、過濾器和換熱器等，整個(gè)裝置有效淬火長(zhǎng)度7.5m，上部、下部、側(cè)部輸水量均為80m3/h，總輸水量204m3/h，能夠滿足絕大部分扁寬型材的淬火要求。

4在線淬火冷卻裝置的型式及設(shè)計(jì)時(shí)需注意的問題

在線淬火的冷卻方式有風(fēng)冷、水霧冷卻、噴水冷卻和水溶冷卻，每種冷卻方式的冷卻強(qiáng)度均與其風(fēng)壓或水壓，風(fēng)量或水量有關(guān)。不同冷卻方式適用于不同的合金和制品。風(fēng)冷的冷卻強(qiáng)度一般在5℃/s以下，水霧冷卻的冷卻強(qiáng)度可達(dá)到50℃/s，噴水冷卻和水溶冷卻的冷卻強(qiáng)度可達(dá)100～200℃/s甚至更大。介質(zhì)的冷卻強(qiáng)度只表示其冷卻能力，不等同于制品的冷卻速度，制品的冷卻速度受自身等多種因素的影響。在線淬火冷卻裝置的型式有風(fēng)冷式、水霧冷卻式、噴水冷卻式，風(fēng)、霧、水組合冷卻式以及水溶冷卻式。不同冷卻裝置型式適用于不同的合金和制品。風(fēng)冷式，主要用于6063合金和制品，強(qiáng)力風(fēng)冷也可用于壁厚較薄的其他6xxx系合金制品。水霧冷卻式，主要用于壁厚較厚的6063合金、其他6xxx系合金、部分7xxx系合金的制品。噴水冷卻式，主要用于斷面較簡(jiǎn)單，壁厚較厚的6xxx系、7xxx系合金的制品。風(fēng)、霧、水組合冷卻式，主要用于斷面較復(fù)雜的6xxx系和部分7xxx系合金的制品。水溶冷卻式，主要用于斷面較簡(jiǎn)單，壁厚較厚的6xxx系和部分7xxx系合金的制品。不同冷卻裝置型式的結(jié)構(gòu)和控制的復(fù)雜程度相差較大，裝置的作用也相差很大，因此在選擇或設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下方面:⑴根據(jù)處理的產(chǎn)品選擇合適的裝置型式根據(jù)在線淬火的制品來選擇既實(shí)用又簡(jiǎn)單的冷卻裝置。生產(chǎn)建筑門窗型材產(chǎn)品，可選擇一般風(fēng)冷裝置，生產(chǎn)建材幕墻型材產(chǎn)品，可選擇強(qiáng)力風(fēng)冷或水霧冷卻裝置，生產(chǎn)復(fù)雜斷面工業(yè)型材產(chǎn)品選擇風(fēng)、霧、水組合冷卻裝置;⑵復(fù)雜斷面型材的冷卻強(qiáng)度需沿?cái)嗝婵烧{(diào)冷卻強(qiáng)度可調(diào)主要用于冷卻速度較高、制品斷面較復(fù)雜制品的冷卻。復(fù)雜斷面往往是非對(duì)稱和壁厚不一樣的斷面。由于斷面上各部分的金屬量不同，金屬量少的部分含熱量少而容易散熱降溫，其冷卻速度快;金屬量大的部分含熱量大而不易散熱降溫，其冷卻速度慢。斷面上各部分冷卻速度不同會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致變形，復(fù)雜斷面型材要盡量避免由于冷卻不均勻而導(dǎo)致的變形，因此，要求冷卻裝置沿?cái)嗝娓鞑糠值睦鋮s強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)，通過調(diào)節(jié)壓力、風(fēng)量、水量或噴射角度等來調(diào)節(jié)冷卻速度;⑶冷卻強(qiáng)度分段可調(diào)以減少高溫變形制品在高溫下激冷時(shí)最容易產(chǎn)生變形，應(yīng)盡量避免在高溫區(qū)(450℃以上)產(chǎn)生激烈的冷卻，因此淬火裝置的冷卻強(qiáng)度要求能分段控制。開始冷卻段制品處于高溫區(qū)，此段冷卻強(qiáng)度既要滿足制品冷卻速度的要求，又要避免因冷卻速度過快而產(chǎn)生變形;中間段可增大冷卻強(qiáng)度，但此時(shí)制品仍處于較高溫度狀態(tài)，冷卻速度太高也容易產(chǎn)生變形，因此仍需要適當(dāng)控制冷卻速度;出口段制品溫度已不太高，可采用較大冷卻速度使制品在冷卻裝置出口處的溫度降至150℃以下。

5結(jié)束語

在線淬火是一種高效、節(jié)能的鋁型材生產(chǎn)技術(shù)，可縮短生產(chǎn)流程、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本。實(shí)現(xiàn)在線淬火主要考慮合金淬火的溫度范圍、冷卻速度和轉(zhuǎn)移時(shí)間等三個(gè)因素;針對(duì)不同合金，選擇不同的在線淬火裝置，才能使在線淬火獲得好的熱處理強(qiáng)化效果。但在線淬火不是一種萬能的生產(chǎn)工藝，對(duì)于淬火敏感性高的大規(guī)格硬鋁合金管棒材，必須采用離線淬火的方式才能滿足產(chǎn)品需要。

作者：陳啟峰 單位：洛陽有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院

熱處理論文:鋁合金汽車板連續(xù)熱處理探析

1連續(xù)熱處理生產(chǎn)線在鋁合金汽車板生產(chǎn)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前，國(guó)外著名的鋁汽車板生產(chǎn)商主要有諾貝麗斯公司(Novelis)、海德魯鋁業(yè)公司(HydroAluminium)、美國(guó)鋁業(yè)公司(ALcoa)、愛勵(lì)國(guó)際(Aleris)、肯聯(lián)鋁業(yè)(Constellium)、日本神戶制鋼和日本聯(lián)合鋁業(yè)［1］。這些大型鋁業(yè)公司設(shè)有汽車鋁板帶研發(fā)專業(yè)機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)汽車鋁材的研究開發(fā)、生產(chǎn)與技術(shù)服務(wù);除擁有現(xiàn)代化的熱軋、冷軋裝備外，還配置了高技術(shù)水平的精整熱處理生產(chǎn)線，能夠根據(jù)汽車生產(chǎn)廠家的要求批量供應(yīng)高水平的汽車板產(chǎn)品。當(dāng)前世界較大的鋁合金車身板供應(yīng)商諾貝麗斯公司，現(xiàn)有5條汽車板連續(xù)熱處理生產(chǎn)線在運(yùn)行，是一家在亞洲、歐洲和北美洲三大主要汽車生產(chǎn)區(qū)域擁有制造汽車鋁板能力的供應(yīng)商。其汽車板生產(chǎn)線主要位于歐洲的德國(guó)Nachterstedt和瑞士Sierre工廠、北美的奧斯威戈(Oswego)工廠及中國(guó)的常州工廠。諾貝麗斯在常州建設(shè)的汽車鋁板熱處理生產(chǎn)線(2014年8月投產(chǎn))，帶有完整的連續(xù)熱處理、拉矯和表面處理功能，是目前國(guó)內(nèi)及時(shí)條完整的汽車鋁板熱處理生產(chǎn)線。西南鋁和南南鋁雖然也有連續(xù)熱處理爐，但西南鋁的連續(xù)熱處理爐只有熱處理和矯直功能;而南南鋁連續(xù)熱處理爐的表面處理功能是預(yù)留的，因此只能生產(chǎn)硬合金薄板，不能算一條完整的汽車板連續(xù)熱處理生產(chǎn)線。國(guó)內(nèi)實(shí)力雄厚大型的鋁板帶生產(chǎn)企業(yè)，如南山鋁業(yè)、天津忠旺、山東魏橋已經(jīng)開始建設(shè)汽車板生產(chǎn)線，其精整熱處理生產(chǎn)線的裝機(jī)水平與目前國(guó)外同類設(shè)備相當(dāng)，加上已經(jīng)擁有的國(guó)際的熱軋、冷軋生產(chǎn)設(shè)備，將很快具備生產(chǎn)汽車板的硬件條件。但這些企業(yè)還沒有專門的汽車板工藝研發(fā)機(jī)構(gòu)，目前主要依靠購(gòu)買國(guó)外軟件服務(wù)包，缺乏后續(xù)的產(chǎn)品工藝研發(fā)能力。隨著諾貝麗斯常州工廠的投產(chǎn)，國(guó)內(nèi)已經(jīng)具備了鋁合金汽車板生產(chǎn)的能力，但其生產(chǎn)技術(shù)為國(guó)外壟斷。雖然國(guó)內(nèi)大型鋁板帶企業(yè)也開始建設(shè)汽車板連續(xù)熱處理生產(chǎn)線，但均未投產(chǎn)，且缺乏自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)工藝技術(shù)，生產(chǎn)受制于人。中鋁公司目前主要利用瑞閩的軋制生產(chǎn)線和西南鋁的熱處理生產(chǎn)線，試制的寬幅(1950mm)6016汽車板材可滿足上海通用、寶馬、日產(chǎn)等多家汽車公司的性能要求，產(chǎn)品正在相關(guān)認(rèn)證當(dāng)中，只是由于熱處理設(shè)備的限制，還不能批量生產(chǎn)供應(yīng)。目前國(guó)內(nèi)新建的鋁合金連續(xù)熱處理生產(chǎn)線大多采用引進(jìn)的設(shè)備，爐子段采用了Ebner公司的，表面處理段、拉矯段等其它部分采用BWG或Tenova公司的。在連續(xù)熱處理生產(chǎn)線的選擇上，企業(yè)大多兼顧2xxx、7xxx系硬合金薄板的生產(chǎn)，表1為典型連續(xù)熱處理生產(chǎn)線的基本技術(shù)參數(shù)。表1連續(xù)熱處理生產(chǎn)線主要技術(shù)參數(shù)Tab．1Maintechnicalparametersofcontinuousheattreatmentline項(xiàng)目技術(shù)參數(shù)合金牌號(hào)5xxx、6xxx、7xxx系產(chǎn)品規(guī)格0．5～4．0mm×1000～2200mm來料規(guī)格Max．Φ2600/610mm×1000～2200mm卷材重量Max．23000kg加熱方式天然氣加熱冷卻方式水冷、風(fēng)冷加熱爐區(qū)長(zhǎng)度49m(10個(gè)區(qū))金屬加熱溫度150～570℃爐膛工作區(qū)域爐氣溫度控制精度±2．5℃工藝速度Max．60m/min活套容量160m年產(chǎn)量60000～80000t

2汽車板精整及熱處理的生產(chǎn)工藝流程

冷軋鋁帶卷坯料用天車吊運(yùn)至開卷機(jī)的鞍座上，開卷機(jī)對(duì)帶卷進(jìn)行開卷，帶卷通過矯直、切頭、預(yù)清洗后進(jìn)入入口活套;從活套出來的帶材經(jīng)張緊裝置降低張力后進(jìn)入爐子內(nèi)加熱、保溫、冷卻，完成固溶熱處理;之后經(jīng)矯直、表面處理、切邊、預(yù)時(shí)效、涂油后經(jīng)卷取機(jī)收卷。前一卷的帶尾與后一卷的帶頭在入口段縫合機(jī)縫合，接頭在出口段的剪切機(jī)剪除，整條生產(chǎn)線連續(xù)運(yùn)行。

3連續(xù)熱處理機(jī)組的工藝布置及機(jī)組組成

連續(xù)熱處理生產(chǎn)線是集熱處理、矯直、帶材表面處理等多種功能于一體的鋁帶材熱處理設(shè)備，總長(zhǎng)可達(dá)600m左右，因此一般采用雙層布置，將入口設(shè)備和出口設(shè)備布置在一層，爐子布置在二層，以減少車間長(zhǎng)度。同時(shí)可以預(yù)留部分設(shè)備空間，將來根據(jù)不同汽車企業(yè)的要求適時(shí)增加爐區(qū)長(zhǎng)度或相關(guān)工藝設(shè)備。也有部分企業(yè)將熱處理和表面處理功能分別配置兩個(gè)機(jī)組上，根據(jù)不同的產(chǎn)品和要求使用設(shè)備，增加設(shè)備的靈活性。連續(xù)熱處理機(jī)組主要可以分為入口段、工藝段、出口段3個(gè)部分。

3．1入口段

為入口段工藝布置圖，主要包括開卷機(jī)、對(duì)中裝置、剪切機(jī)、切頭剪、帶材縫合機(jī)、切邊剪和碎邊剪、預(yù)清洗段、入口活套等設(shè)備，完成開卷、帶材頭尾剪切、連接、切邊等功能。

3．2工藝段

為工藝段工藝布置圖，主要包括氣墊爐(熱處理部分和冷卻部分)、拉矯機(jī)、表面處理等設(shè)備，完成帶材的熱處理、矯直、表面處理等功能。

3．3出口段

為出口段工藝布置圖，主要包括出口活套、切邊剪、預(yù)時(shí)效爐、靜電涂油機(jī)、出口剪、卷取機(jī)、皮帶助卷機(jī)等設(shè)備，完成成品檢查、涂油、切邊、分卷等功能。

4連續(xù)熱處理生產(chǎn)線主要構(gòu)成設(shè)備工藝特點(diǎn)

4．1預(yù)清洗段

帶材在熱處理前需清洗脫脂，去除表面油漬。采用50～75°C的堿溶液對(duì)帶材上表面和下表面進(jìn)行清洗。堿洗時(shí)間約3s，然后進(jìn)行2次漂洗，及時(shí)次采用常溫去離子水漂洗，第二次采用50～75°C的去離子水漂洗，漂洗水循環(huán)使用。然后通過帶有吹邊裝置的烘干機(jī)進(jìn)行烘干。

4．2張緊裝置

帶材在不同工段處的張力不盡相同，張緊裝置可以把各個(gè)區(qū)域的張力隔開，不同區(qū)域設(shè)置不同的張力。開卷和卷取張力主要是防止帶卷發(fā)生松動(dòng)擦劃傷和偏離中心線，開卷張力6～15MPa，卷取張力10～20MPa;活套張力過小易造成帶材與棍子間的滑動(dòng)擦劃傷，入口和出口活套張力7～15MPa;爐區(qū)張力是控制的關(guān)鍵，為防止張力產(chǎn)生較大波動(dòng)，爐內(nèi)張力盡可能小，因此帶材進(jìn)入爐體時(shí)張力應(yīng)降至1～2MPa。

4．3活套

機(jī)組設(shè)有入口和出口活套，入口活套的作用是存儲(chǔ)足夠長(zhǎng)的料，在入口換卷時(shí)提供連續(xù)不斷的帶卷保障。出口活套使帶材在出口段換卷時(shí)能夠連續(xù)運(yùn)行，儲(chǔ)料長(zhǎng)度則根據(jù)工藝速度確定，工藝速度60m/min時(shí)，長(zhǎng)度需160m左右，工藝速度達(dá)100m/min時(shí)，長(zhǎng)度需260m左右。活套的形式有立式活套和臥式活套，最初的設(shè)計(jì)大多采用立式活套，帶材不易下垂，避免造成擦劃傷。但立式活套需要的設(shè)備基礎(chǔ)較深或廠房較高，生產(chǎn)長(zhǎng)度也相應(yīng)增加。因此目前有采用臥式活套的，為了避免帶材下垂造成帶材的擦劃傷，需要設(shè)置帶材托輥裝置。為了縮短生產(chǎn)線長(zhǎng)度，國(guó)外有的廠家采用入口立式活套，出口臥式活套。

4．4氣墊爐

氣墊爐和冷卻裝置一起安裝在一個(gè)鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)上(二層)，帶材通過爐子和淬火段，在爐內(nèi)連續(xù)運(yùn)行，料帶表面不會(huì)與設(shè)備上的任何部件發(fā)生接觸。氣墊爐采用天然氣加熱，爐風(fēng)通過安裝在風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口處的燒嘴實(shí)現(xiàn)加熱，然后流經(jīng)噴嘴箱內(nèi)的噴嘴以垂直方向從上下兩個(gè)方向吹向帶材表面，通過這種方式能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)材料的快速加熱。噴嘴交替分布在帶材上部和下部，帶材以正弦形狀通過爐區(qū)，保障了帶材穩(wěn)定的懸浮于爐體中。通過徑向流動(dòng)風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)熱風(fēng)循環(huán)，爐內(nèi)氣流離開噴嘴時(shí)的速度與所處理的帶材相適應(yīng)，可通過調(diào)整變頻驅(qū)動(dòng)循環(huán)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)該速度。氣墊爐分成10～12個(gè)分區(qū)，產(chǎn)能約8萬t，通常根據(jù)產(chǎn)能確定分區(qū)數(shù)量。每個(gè)分區(qū)有兩個(gè)循環(huán)風(fēng)機(jī)，一個(gè)在爐頂，一個(gè)在爐底。爐內(nèi)較高溫度達(dá)600°C，爐氣溫度范圍300～580°C，保溫精度±1．5°C。生產(chǎn)6xxx系鋁合金汽車板時(shí)，540～570°C保溫60s后進(jìn)入冷卻區(qū)進(jìn)行空氣冷卻。冷卻部分分區(qū)根據(jù)其速度確定，為全封閉式。1號(hào)冷卻區(qū)為水淬冷卻，冷卻區(qū)入口的頂部和底部裝有氣刀，以防止水進(jìn)入爐內(nèi)，高壓水噴嘴組上下對(duì)稱安裝在水刀之后。這些水噴嘴用于需要快速冷卻的2xxx系及7xxx系合金。對(duì)于給定的合金品種，需要的冷卻率可達(dá)500°C/s，淬火水采用去離子水。2～7號(hào)冷卻區(qū)為空氣冷卻，用于對(duì)帶材進(jìn)行空氣冷卻和干燥。6xxx系鋁合金汽車板使用空氣冷卻，冷卻段出口處料帶溫度≤65°C。

4．5矯直裝置

矯直裝置采用的是拉伸和彎曲相結(jié)合的矯直形式，即通過張力輥與彎曲輥的共同作用，使帶材在承受張力小于屈服極限的情況下產(chǎn)生局部塑性延伸，從而改善板形。汽車車身板對(duì)帶材表面的要求非常高，厚度約1mm的汽車板只能通過純張力拉伸模式。對(duì)于2xxx系和7xxx系合金或者較厚的帶材，采用拉伸彎曲相結(jié)合的矯直工藝。矯直裝置入口的張緊裝置可為帶材出氣墊爐后增加帶材張力，并為矯直裝置提供反張力，其較大張力可達(dá)500MPa，可生產(chǎn)2xxx系和7xxx系硬合金薄板，出口處張緊裝置可降低矯直裝置出口處的張力。矯直裝置裝備噴洗系統(tǒng)，帶材經(jīng)過拉伸輥時(shí)，帶材表面的鋁氧化物細(xì)屑會(huì)脫落且粘在拉伸輥上，從而導(dǎo)致拉伸輥凸起和震動(dòng)，會(huì)使帶材產(chǎn)生不可接受的擦劃傷。

4．6表面處理段

表面處理段的功能是完成鋁帶材表面的清洗及鈍化處理，通過鈍化處理在鋁帶材表面形成一層保護(hù)膜。一方面可以保護(hù)鋁帶表面不被氧化腐蝕，另一方面可以增強(qiáng)鋁帶在下游工序的粘著力，有利于吸附潤(rùn)滑劑和沖壓成形，增強(qiáng)其與油漆、粘接劑的結(jié)合，有利于車身的黏接和上漆。帶材清洗首先進(jìn)行堿洗，用60～70°C的堿溶液對(duì)帶材上表面和下表面進(jìn)行噴射式清洗。堿洗時(shí)間約6s，然后進(jìn)行2次漂洗，及時(shí)次采用常溫去離子水漂洗，第二次采用40～60°C的去離子水漂洗，漂洗水循環(huán)使用。然后再進(jìn)行酸洗，酸洗時(shí)間約6s，然后進(jìn)行2次漂洗，漂洗完之后開始進(jìn)入鈍化處理。因?yàn)閹Р谋砻嬗蜐n在預(yù)清洗和爐子段燃燒后已經(jīng)很少，堿洗有時(shí)可以省去，但酸洗必須配備。鋁合金車身板的鈍化處理采用化學(xué)轉(zhuǎn)化法，即在不通電的情況下，鋁表面與鈍化劑(氧化性溶液)發(fā)生反應(yīng)，在其表面生成與基體有較好附著力的、不溶性的轉(zhuǎn)化膜。針對(duì)汽車企業(yè)不同的產(chǎn)品要求，表面鈍化處理主要有浸涂、噴涂和輥涂三種型式。浸涂。鋁帶材通過含有鈍化劑的槽液完成鈍化處理，控制好槽液溫度，浸涂完再經(jīng)過2次漂洗，漂洗水為50℃的去離子水，然后用蒸氣加熱的熱風(fēng)烘干，烘干后進(jìn)入出口活套。噴涂。其特點(diǎn)是通過物理作用(如靜電噴涂是通過噴射梁噴射)來實(shí)現(xiàn)，在美國(guó)普遍使用Ti、Ti/Zr噴涂，因該涂料可以很快的形成化學(xué)反應(yīng)，在烘干前已經(jīng)完成了80%的化學(xué)反應(yīng)。輥涂。輥涂機(jī)由一個(gè)主機(jī)架和兩個(gè)涂頭構(gòu)成，涂頭對(duì)稱板帶設(shè)置。一個(gè)涂頭涂覆板帶上部，稱上涂頭;另一個(gè)涂覆板帶下部，稱下涂頭。每個(gè)涂頭的涂覆輥能將帶材推離理論通過線，使帶材輕微纏于涂料輥但不超過帶輥間的較大壓力，依據(jù)涂料輥的公稱直徑和磨損變化。如果采用輥涂工藝，輥涂之后需進(jìn)入紅外線烘干爐，對(duì)帶材涂層進(jìn)行立式加熱烘干，烘干后進(jìn)入出口活套。

4．7預(yù)時(shí)效爐

預(yù)時(shí)效爐用于對(duì)表面處理后的鋁帶進(jìn)行預(yù)加熱或預(yù)時(shí)效處理。帶材固溶處理后進(jìn)行預(yù)時(shí)效處理，使帶材具有良好的成形性和烘烤硬化性。加熱方式采用高速熱風(fēng)吹向帶材兩面，循環(huán)熱空氣用直接燃?xì)馐綗旒訜幔俣燃s40m/min，入口溫度30℃，出口溫度110℃。

4．8靜電涂油機(jī)

靜電涂油機(jī)采用靜電噴霧的方式，將加熱熔化的固體潤(rùn)滑油涂在帶材的單面或雙面，可根據(jù)帶材速度控制油量。涂油室內(nèi)安裝著上、下涂油噴嘴，帶材從其中自由通過。高壓靜電源輸出100kV左右的負(fù)直流高壓，加在涂油噴嘴上，使噴嘴和作為接地板的帶材之間產(chǎn)生高壓靜電場(chǎng)。帶有負(fù)電荷的油液在高壓靜電場(chǎng)中霧化并被吸附在帶材表面上，形成勻薄的油膜。靜電涂油機(jī)按其外觀分為兩種，一種是臥式靜電涂油機(jī)，涂油量范圍在500～3500mg/m2(單面);另一種為立式靜電涂油機(jī)，涂油量在2～25mg/m2(單面)。

5結(jié)束語

連續(xù)熱處理生產(chǎn)線是生產(chǎn)汽車板的關(guān)鍵設(shè)備，最初，多數(shù)生產(chǎn)線是由設(shè)備制造廠家和汽車板生產(chǎn)企業(yè)共同開發(fā)的，工藝要求由汽車板生產(chǎn)企業(yè)提出，產(chǎn)品要求由下游汽車廠家提出。目前，國(guó)外設(shè)備廠家可以提供成熟的整套設(shè)備，為國(guó)內(nèi)汽車板生產(chǎn)企業(yè)提供了機(jī)遇，縮短與國(guó)外汽車板生產(chǎn)企業(yè)的差距。

作者：李志剛 劉小玲 李鵬輝 單位：洛陽有色金屬加工設(shè)計(jì)研究院

熱處理論文:熱處理合金組織耐蝕影響

近年來隨著石油工業(yè)的發(fā)展，高含硫化氫、二氧化碳?xì)馓锵嗬^被發(fā)現(xiàn)［1］。針對(duì)高含H2S／CO2油氣田選用的封隔器材料，要求具有優(yōu)異的耐腐蝕性，并且承受壓差等級(jí)為70MPa。現(xiàn)有的碳鋼和合金鋼封隔器難以滿足高含H2S／CO2油氣田開采的要求，根據(jù)住友公司和NKK選材圖［2］，金屬材料中只有鎳基合金適合高含H2S／CO2酸性氣田的開發(fā)要求。Inconel718鎳基合金是一種時(shí)效強(qiáng)化的高溫合金［3］。由于該合金具有優(yōu)異的綜合性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域［4］。據(jù)報(bào)道約35％的高溫合金產(chǎn)品是由Inconel718合金制成的［5，6］。近年來，國(guó)外石油公司哈里伯頓把鎳基合金Inconel718應(yīng)用到油田領(lǐng)域，用作封隔器主體材料，取得了良好的效果，其工藝技術(shù)非常完善，所設(shè)計(jì)封隔器具有先進(jìn)、、結(jié)構(gòu)合理等特點(diǎn)。而本國(guó)開發(fā)高酸性油氣田的封隔器材料，技術(shù)上仍然依賴國(guó)外公司。本研究通過不同熱處理工藝，分析了Inconel718鎳基合金的微觀組織，力學(xué)性能，并初步評(píng)價(jià)了耐蝕性能。綜合考慮力學(xué)性能和耐蝕性能，給出了一種合適的熱處理工藝制度，為酸性油氣田封隔器的制造提供理論依據(jù)。

1材料制備及實(shí)驗(yàn)方法

1．1材料制備本研究所用Inconel718鎳基合金取自封隔器主體的一部分，其化學(xué)成分如表1所示。經(jīng)軋制成厚度為3mm的板材，在不同的溫度下進(jìn)行固溶處理、時(shí)效處理。對(duì)不同熱處理的合金分別制備成相應(yīng)尺寸的樣品，進(jìn)行顯微組織、力學(xué)性能、耐蝕性能測(cè)試。

1．2實(shí)驗(yàn)方法固溶處理：材料經(jīng)過200℃／h隨爐分別升溫至940，960，980，1000，1020，1040，1060℃，保溫1h，水冷。時(shí)效處理：對(duì)固溶處理的試樣進(jìn)行720℃保溫8h，50℃／h冷卻至620℃保溫8h，空冷。顯微組織分析：采用S－360型掃描電子顯微鏡對(duì)熱處理樣品進(jìn)行組織觀察，采用JEM－2100型透射電子顯微鏡對(duì)時(shí)效析出相的結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)定。力學(xué)性能測(cè)試：使用HRS－150測(cè)量洛氏硬度。試樣加工成13mm×1mm的絲材共七組，每組3個(gè)試樣，經(jīng)固溶＋時(shí)效處理后，分別進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，測(cè)定屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率的平均值。腐蝕掛片實(shí)驗(yàn)：樣品尺寸為50mm×10mm×3mm。經(jīng)磨光、清洗、干燥后置于高溫高壓反應(yīng)釜中進(jìn)行為期7天（168h）的腐蝕實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)條件是CO2分壓6MPa，H2S分壓6MPa，介質(zhì)溫度120℃，并加入10g／L的S。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，取出試樣記錄表面腐蝕情況，計(jì)算平均腐蝕速率。應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)：根據(jù)GB／T15970．2—2000標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。腐蝕環(huán)境為H2S分壓5MPa，CO2分壓11MPa，并且向溶液中添加了3g／L的S，實(shí)驗(yàn)溫度160℃，實(shí)驗(yàn)所用液體為普光油氣田模擬水，進(jìn)行高溫高壓720h應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)。

2結(jié)果與討論

2．1熱處理對(duì)組織的影響圖1為Inconel718合金經(jīng)不同溫度固溶處理的掃描電鏡照片，從圖1看出，隨固溶溫度升高，奧氏體晶粒長(zhǎng)大。固溶溫度低于1000℃時(shí)，組織為奧氏體基體和δ相，當(dāng)固溶溫度超過1020℃時(shí)，δ相全部溶入奧氏體中。研究表明加熱溫度超過650℃以上時(shí)合金中不穩(wěn)定的γ″相將分解為穩(wěn)定的δ相［7］。由能譜分析證明白色顆粒即為δ相。合金中δ的分布和數(shù)量隨著溫度的升高有明顯的不同。當(dāng)固溶溫度（940℃）較低時(shí)，δ相一般在晶粒的邊界分布。隨著溫度的升高（960～1000℃），δ相的數(shù)量變少且在晶粒內(nèi)部也能發(fā)現(xiàn)有顆粒狀的δ相分布。當(dāng)溫度升高到1020℃時(shí)，放大10000倍的照片中已經(jīng)很難看到δ相的存在，判斷δ相全部溶入奧氏體組織中。圖2為不同固溶處理的合金經(jīng)過720℃×8h50℃／h620℃×8h時(shí)效后的掃描電鏡照片，與圖1（固溶處理）的組織相比看不出明顯的變化，說明時(shí)效處理并沒有改變?chǔ)南嗟姆植己蛿?shù)量，也沒有改變?cè)紛W氏體晶粒的大小，這主要由于時(shí)效處理溫度較低。Inconel718是由γ″（Ni3Nb）來強(qiáng)化的［8］。由于γ″尺寸很小，在掃描電鏡下難以觀察到。圖3是1020℃固溶處理和時(shí)效處理的透射電鏡形貌像及對(duì)應(yīng)的衍射斑點(diǎn)。從圖3（a）中可以看出基體中含有大量的位錯(cuò)。對(duì)此區(qū)域進(jìn)行衍射分析，發(fā)現(xiàn)只有一套斑點(diǎn)如圖3（b）。經(jīng)計(jì)算可以得出，此衍射斑點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的晶體結(jié)構(gòu)是面心立方。試樣經(jīng)過1020℃固溶后，第二相粒子全部溶入基體，不存在δ相、γ′相、γ″相，經(jīng)過720℃和620℃雙時(shí)效，第二相粒子從基體中析出。圖3（d）得到兩套衍射斑點(diǎn)，較亮的一套是基體產(chǎn)生的，而較暗的一套，分析知其晶體結(jié)構(gòu)是體心四方［9］，判定為γ″相。從圖3（c）看出γ″相粒子非常細(xì)小，尺寸約在20nm左右，且大量均勻分布在基體上。

2．2熱處理對(duì)力學(xué)性能的影響

2．2．1固溶處理與時(shí)效處理后硬度對(duì)比從圖4可看出隨固溶溫度升高，洛氏硬度呈下降趨勢(shì)。這是因?yàn)殡S固溶溫度的升高，材料中γ′相、γ″相、δ相逐漸溶入到奧氏體基體中，彌散強(qiáng)化作用減弱。另外，隨固溶溫度升高，晶粒長(zhǎng)大，晶界強(qiáng)化作用減弱，硬度值下降。與固溶處理的硬度值相比，材料時(shí)效后硬度值有顯著的提高。時(shí)效后的硬度與前期固溶處理溫度密切相關(guān)，呈現(xiàn)出隨固溶溫度升高，硬度值先升高后降低的趨勢(shì)。經(jīng)過1000℃固溶＋時(shí)效處理的材料硬度達(dá)到極大值。

2．2．2固溶＋時(shí)效處理后合金的拉伸性能圖5是Inconel718合金經(jīng)過不同溫度固溶＋時(shí)效處理后，在室溫下測(cè)得的應(yīng)力應(yīng)變曲線。從圖5中得出Inconel718合金的彈性模量為205GPa。表2列出了屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率。從表2中看出，時(shí)效后材料的強(qiáng)度隨固溶溫度的升高呈現(xiàn)先升高后降低的現(xiàn)象，與硬度測(cè)試的結(jié)果吻合，在1000℃固溶＋時(shí)效時(shí)，屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度出現(xiàn)極大值。Inconel718合金經(jīng)過時(shí)效后由于γ″相的析出使其強(qiáng)度和硬度有很大的提高。合金主要強(qiáng)化相為γ″相，尺寸非常細(xì)小，且均勻分布在基體上。固溶溫度較低時(shí)，合金中存在δ相，時(shí)效后δ相依然存在且體積分?jǐn)?shù)較大，由于δ相含有大量的Nb元素，造成此時(shí)形成的γ″相含量相對(duì)較少，隨著固溶溫度的升高，時(shí)效后析出的γ″相數(shù)量增多，所以強(qiáng)度、硬度升高。但是當(dāng)固溶溫度超過1000℃時(shí)，時(shí)效后γ″相數(shù)量不再增多，而奧氏體晶粒長(zhǎng)大比較明顯，使合金的強(qiáng)度、硬度降低。

2．3熱處理對(duì)耐蝕性能的影響

2．3．1腐蝕掛片實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖6是經(jīng)不同熱處理的Inconel718鎳基合金的腐蝕速率。整體上Inconel718的腐蝕速率都很低。經(jīng)固溶處理的合金腐蝕速率比時(shí)效后的腐蝕速率稍低。主要是由于時(shí)效后合金中有第二相粒子析出，微小的第二相粒子作為陰極相，增加了腐蝕微電池的數(shù)量，使合金的失重量增大。對(duì)腐蝕產(chǎn)物膜進(jìn)行SEM和EDS分析。圖7（a）是經(jīng)過1000℃固溶處理試樣表面的腐蝕產(chǎn)物膜形貌，腐蝕情況不嚴(yán)重。而經(jīng)時(shí)效后（圖7（b））的試樣表面的腐蝕產(chǎn)物膜比較厚。EDS能譜分析其主要含有Fe，S，Ni等元素。影響鎳基合金耐H2S／CO2應(yīng)力腐蝕性的因素有溫度、H2S濃度、pH值、CO2含量、材料因素［10］。在外界條件一定的情況下，材料本身的因素也起很重要作用，即合金的化學(xué)成分、顯微組織等因素。鎳基合金Inconel718優(yōu)良的耐腐蝕性能主要源于鎳自身較高的電極電位，較強(qiáng)的鈍化能力，以及對(duì)鹵族元素的高度穩(wěn)定性；其次Cr，Mo，Cu，W等合金化元素具有良好的耐不同介質(zhì)的腐蝕能力；合理的熱處理制度對(duì)In－conel718的耐蝕性能有很大的影響。固溶處理后的材料比時(shí)效后的材料具有更好的耐腐蝕性能，但是只經(jīng)固溶處理后的材料力學(xué)性能不能滿足油田生產(chǎn)的需要，而從腐蝕速率角度來看經(jīng)過時(shí)效處理的材料的腐蝕速率也很低，并且具有高的強(qiáng)度和硬度，能夠符合油田用材料的要求。

2．3．2H2S／CO2應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)圖8是在含有大量氯離子的高溫高壓H2S／CO2、720h應(yīng)力腐蝕實(shí)驗(yàn)后試樣表面的宏觀及微觀形貌，沒有出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕裂紋。合金表面有腐蝕產(chǎn)物產(chǎn)生，但腐蝕產(chǎn)物很薄且均勻分布在表面。從掃面電鏡中看出試樣表面有點(diǎn)蝕坑和材料加工時(shí)的劃痕，但沒有出現(xiàn)開裂的跡象。實(shí)驗(yàn)表明，熱處理后的Inconel718表現(xiàn)出良好的耐蝕性能，模擬普光氣田環(huán)境的耐H2S／CO2應(yīng)力腐蝕性能良好，能夠選作封隔器主體材料。

3結(jié)論

（1）隨固溶溫度的升高，δ相不斷溶解。溫度達(dá)到1020℃，δ相全部溶入奧氏體基體。（2）合金在720℃和620℃，16h雙時(shí)效時(shí)，δ相的含量基本保持固溶時(shí)的含量。時(shí)效后析出γ″相，尺寸大約在20nm左右，均勻分布在基體上。（3）材料經(jīng)過固溶處理后硬度值隨溫度的升高不斷下降，時(shí)效后材料的硬度有明顯的提高。固溶溫度1000℃＋時(shí)效的合金硬度、屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度較高。（4）在高溫高壓H2S／CO2腐蝕實(shí)驗(yàn)中，In－conel718表現(xiàn)出良好的耐均勻腐蝕性能和耐應(yīng)力腐蝕性能。綜合考慮材料的耐蝕性能和力學(xué)性能，確定熱處理工藝為：1000℃固溶1h＋720℃×8h50℃／h620℃×8h時(shí)效。

熱處理論文:鐵礦物的熱處理現(xiàn)狀

我國(guó)是一個(gè)人口眾多、資源相對(duì)不足的發(fā)展中國(guó)家，當(dāng)前正處于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的戰(zhàn)略時(shí)期，經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要大量鋼鐵材料作為支撐，對(duì)鐵礦石資源的需求也急劇增加，2011年國(guó)產(chǎn)鐵礦石產(chǎn)量已達(dá)到13．27億t，同時(shí)進(jìn)口鐵礦石達(dá)到6．86億t。鐵礦石的大量進(jìn)口制約著我國(guó)鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，研發(fā)新工藝、研制新設(shè)備、開發(fā)國(guó)內(nèi)難選鐵礦資源來降低成本，提高資源利用率，以滿足國(guó)內(nèi)鋼鐵生產(chǎn)需求。微波加熱因其具有選擇性、即時(shí)性、高效性等特點(diǎn)，以及高效、環(huán)保、節(jié)能等常規(guī)加熱不具有的諸多優(yōu)點(diǎn)，越來越受到人們的重視。隨著對(duì)微波技術(shù)的開發(fā)研究，其在礦業(yè)中的應(yīng)用研究也越來越廣泛，從破碎、磨礦到焙燒、磁選、浮選、降雜等各個(gè)選礦階段都有研究。本文主要介紹微波加熱技術(shù)在相關(guān)鐵礦石中的研究現(xiàn)狀、動(dòng)態(tài)以及需要解決的一些問題。

1微波技術(shù)提高鐵礦石的碎磨效率

礦石在破碎磨礦過程中的耗能量占整個(gè)工藝的50％～70％，而有效率的能耗卻很低，若能開發(fā)出一種新技術(shù)降低碎磨過程中的能耗將會(huì)產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益。早在20世紀(jì)90年代美國(guó)礦山局就對(duì)此課題做過研究，并取得成效。英國(guó)諾丁漢大學(xué)的薩姆?金曼［1］研究指出微波加熱礦石在粉碎礦石的同時(shí)卻能節(jié)約常規(guī)方式碎磨礦石一半的能耗，研究指出由于不同類型的礦石對(duì)微波的吸收不同，引發(fā)不同礦石間的熱應(yīng)力不同，從而造成礦石內(nèi)的裂紋，這對(duì)于礦石的碎磨是有利的。圖1顯示出鈦鐵礦經(jīng)微波處理后，有用礦物與脈石礦物之間產(chǎn)生的裂紋較發(fā)育。經(jīng)微波處理后的鈦鐵礦，其磨礦功指數(shù)隨輻射時(shí)間的增加而大幅度降低，經(jīng)2600W、2．45GHz的微波輻射，10sec礦石相對(duì)磨礦功指數(shù)降低10％，60sec后降低了80％［1－3］。劉全軍等［4］以磨礦動(dòng)力學(xué)系數(shù)與選擇性破裂函數(shù)作為依據(jù)，研究了微波促進(jìn)磁鐵礦的磨細(xì)作用，證明了微波的選擇性加熱能夠促進(jìn)磁鐵礦的細(xì)磨。圖2顯示了混合磨礦時(shí)磁鐵礦和石英的粒級(jí)產(chǎn)率變化，經(jīng)過微波的作用，磁鐵礦－0．3mm的粒級(jí)含量增加了20％，而石英則只增加了5％。表明微波對(duì)石英的磨礦影響較小，從而達(dá)到微波選擇性磨細(xì)磁鐵礦的目的。岳鐵兵等［5］研究了微波對(duì)黃鐵礦及有色多金屬礦的助磨作用：黃鐵礦型金礦經(jīng)微波預(yù)處理15min，磨礦細(xì)度（0．074mm粒級(jí)含量）增加了2．67％；藍(lán)晶石礦和鉛鋅多金屬礦分別用微波預(yù)處理15min，其磨礦細(xì)度分別提高了14．16％和5．84％；銅鉬礦和鉭鈮礦經(jīng)微波輻射5min，磨礦細(xì)度分別提高了7．60％和12．16％，可見微波輻射預(yù)處理對(duì)這些礦物細(xì)磨的促進(jìn)作用是顯而易見的。微波輻射能夠改善礦石的碎磨，主要是因?yàn)樗黾恿说V石顆粒間的裂隙，而不是橫穿顆粒間的裂隙。如果能將微波技術(shù)合理應(yīng)用在鐵礦石的碎磨階段，將對(duì)整個(gè)選礦流程成本的降低起到極大的作用。

2微波技術(shù)改善鐵礦物的分選特性

2．1微波技術(shù)應(yīng)用于鈦鐵礦浮選的預(yù)處理在研究微波輻射對(duì)礦石破碎與磨礦影響的同時(shí)，伯明翰大學(xué)也研究了微波輻射對(duì)鈦鐵礦浮選的影響。鈦鐵礦為三方晶系的氧化礦物，浮選時(shí)其顆粒表面的Fe2＋不利于浮選藥劑的吸附，這種特殊的晶體結(jié)構(gòu)和表面性能決定了鈦鐵礦是一種難以浮選的礦物。研究表明［2］，微波輻射預(yù)處理鈦鐵礦可以有效地改善礦物表明性質(zhì)和礦物的可浮性。鈦鐵礦是鈦和鐵的氧化物，在2．45GHz的微波輻射作用下具有迅速介電加熱特性，在微波功率2600W時(shí)，鈦鐵礦試樣內(nèi)部溫度在10sec內(nèi)達(dá)到180℃，1min后可達(dá)到720℃，而對(duì)于微波弱加熱特性的石英，1min后僅分別達(dá)到53℃和65℃。表1為常見鐵礦物與脈石礦物在微波場(chǎng)中的升溫速率。鈦鐵礦經(jīng)微波輻射處理后，其比表面積隨微波輻射時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，并有新相產(chǎn)生。當(dāng)暴露在空氣中時(shí)，鈦鐵礦中的Fe2＋氧化為Fe3＋離子，微波的選擇性加熱加速了鈦鐵礦表面上的這種在室溫下也可以緩慢進(jìn)行的氧化反應(yīng)，這種氧化反應(yīng)能夠增加浮選藥劑的吸附量，從而使鈦鐵礦可浮性大大提高。伯明翰大學(xué)對(duì)鈦鐵礦的微波輔助浮選研究顯示，鈦鐵礦的浮選回收率隨著其在微波場(chǎng)中的暴露時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，10sec時(shí)提高了10％，最終回收率從64％提高到了87％。微波的作用還使油酸鈉的用量降低，最多可減少藥劑用量約65％。范先鋒等［6］研究了微波處理鈦鐵礦后三段開路浮選，表明經(jīng)微波輻射處理的鈦鐵礦在粗選及精選作業(yè)均表現(xiàn)出很好的可浮性，同時(shí)指出微波預(yù)處理鈦鐵礦能夠加速其表面亞鐵離子的氧化，加強(qiáng)了油酸根離子在鈦鐵礦Helmholtz層內(nèi)的吸附，從而提高鈦鐵礦的浮選性能。解振朝等［7］研究了微波對(duì)鈦鐵礦浮選的影響，表明鈦鐵礦表面Fe2＋的氧化，藥劑吸附量的增加是鈦鐵礦可浮性改善的原因；結(jié)果還表明，微波預(yù)處理與否，鈦鐵礦的精礦（TiO2）品位均在47％左右，這說明微波輻射處理鈦鐵礦不能提高其浮選精礦的品位，回收率的增加是由產(chǎn)率的提高引起的，較高回收率增幅可達(dá)34．7％。

2．2黃鐵礦的微波輻射磁化黃鐵礦少以單獨(dú)礦體存在，多伴生于銅、鉛、鋅、金等的硫化礦物中，是煤炭中硫的主要存在形式。對(duì)黃鐵礦有效合理的處理對(duì)于銅、鉛鋅、金等高價(jià)金屬的回收、煤炭脫硫等有至關(guān)重要的影響。在煤炭脫硫過程中，利用微波輻射可將黃鐵礦（FeS2）轉(zhuǎn)變成磁黃鐵礦（Fe1－xS），而后用磁選容易將磁黃鐵礦分離而降硫［8］。KEWaters等［9－10］對(duì)比研究了常規(guī)熱處理和微波輻射對(duì)黃鐵礦磁性的影響，采用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM）來探測(cè)樣品的磁矩和磁選結(jié)果來綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果表明熱處理后黃鐵礦的磁飽和度均有顯著增加，EDS和XRD分析表明熱處理后產(chǎn)生了磁性較強(qiáng)的磁黃鐵礦和磁鐵礦等，磁選試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了這一點(diǎn)，如：未經(jīng)加熱的黃鐵礦磁選回收率為23％，經(jīng)600℃熱處理的磁選回收率增加到94％。微波預(yù)處理黃鐵礦比傳統(tǒng)的熱處理生成新的更多的磁性物質(zhì)，如磁黃鐵礦；黃鐵礦的微波熱處理相對(duì)于常規(guī)熱處理有暴露時(shí)間短、能耗更低等優(yōu)點(diǎn)。但微波處理時(shí)間過短時(shí)，雖然有磁選效果，但其XRD分析顯示經(jīng)微波輻射的黃鐵礦沒有變化，這可能是因?yàn)闃悠返母淖冞€低于XRD的敏感度閾值。TUslu等［11］在研究微波加熱對(duì)黃鐵礦磁選的影響的時(shí)發(fā)現(xiàn)相對(duì)于在氮?dú)鈿夥罩校┞对诳諝庵袝r(shí)微波處理黃鐵礦得到的產(chǎn)品較好，主要有黃鐵礦、硫鐵礦、α－赤鐵礦和β－赤鐵礦，而在氮?dú)鈿夥罩刑幚頃r(shí)沒有赤鐵礦產(chǎn)生。眾多研究表明，微波處理黃鐵礦過程中發(fā)生的反應(yīng)主要有：

2．3菱鐵礦的微波輻射磁化菱鐵礦（FeCO3）屬于碳酸鹽類礦物，其熱分解及焙燒溫度應(yīng)低于熔融溫度。菱鐵礦在不同加熱方式、不同氣氛條件下的分解已經(jīng)有很多研究，在氧化氣氛中的最終產(chǎn)物只檢測(cè)出α－赤鐵礦，磁鐵礦和氧化亞鐵只有在真空或者惰性氣體氛圍中得到。IZnamenáˇcková等［12］研究了微波輻射對(duì)菱鐵礦磁性的影響，通過對(duì)樣品的DTA、DTG和TG分析可知，樣品的反應(yīng)溫度在383℃～616℃之間，吸熱特征溫度為544℃，發(fā)生的分解反應(yīng)為：通過對(duì)比磁化系數(shù)的測(cè)定，考察了不同時(shí)間對(duì)菱鐵礦磁性能的影響，微波加熱不同時(shí)間對(duì)菱鐵礦磁性能的影響如圖4。樣品的比磁化系數(shù)由原來的．947×10－6m3／kg提高到經(jīng)微波輻射10min時(shí)的8．736×10－6m3／kg和輻射15min時(shí)的140．87×0－6m3／kg，最終經(jīng)微波輻射30min后樣品的比磁化系數(shù)提高到324．79×10－6m3／kg；而磁鐵礦的比磁化系數(shù)為（104～520）×10－6m3／kg，這也從另一個(gè)方面證實(shí)了菱鐵礦樣品經(jīng)微波輻射后磁鐵礦的生成。向微波處理后的產(chǎn)品經(jīng)濕式弱磁選別，可得到鐵品位45．6％，回收率高達(dá)97．6％的精礦產(chǎn)品，而未處理前的回收率為零。磁性物質(zhì)的產(chǎn)生使得菱鐵礦采用較容易的磁選方法即可分離，可用磁選代替浮選，能減少對(duì)環(huán)境的污染。另外微波熱處理方式還具有高效、節(jié)能、環(huán)保

2．4微波在鈦鐵礦熱還原中的研究目前，國(guó)內(nèi)外鈦鐵礦的綜合利用主要方法有兩大類：一類是高溫熔煉還原法；另一類是化學(xué)浸出法。具體的方法與種類雖然有很多，但就國(guó)內(nèi)外實(shí)際生產(chǎn)情況而言，碳熱還原法仍是主導(dǎo)的、在工業(yè)上取得實(shí)際應(yīng)用的技術(shù)。我國(guó)的鈦資源主要分布在四川攀枝花地區(qū)，主要以鈦鐵礦的形式存在，國(guó)內(nèi)學(xué)者大都以此地的鈦鐵礦作為研究對(duì)象，在開發(fā)研制新技術(shù)時(shí)對(duì)微波加熱應(yīng)用于鈦鐵礦的處理做了大量的研究，認(rèn)為鈦鐵礦的微波碳熱還原技術(shù)在理論上是可行的，且比其它方法有許多優(yōu)點(diǎn)。大量研究［13－16］表明微波碳熱還原鈦鐵礦的機(jī)理主要是：微波的選擇性加熱可以使碳產(chǎn)生局部高溫，這能夠顯著提高碳的還原能力，從而提高鈦鐵礦的還原速率；鈦鐵礦選擇性優(yōu)先吸收微波發(fā)生局域耦合共振，產(chǎn)生熱點(diǎn)，這些熱點(diǎn)比其它區(qū)域的溫度要高，成為反應(yīng)的中心。研究證實(shí)還原反應(yīng)從一開始施加微波輻射就開始進(jìn)行；由于對(duì)微波的吸收不同，使鈦鐵礦球團(tuán)內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力，從而產(chǎn)生大量孔隙和裂紋，促進(jìn)了還原氣氛的擴(kuò)散，并且快速還原產(chǎn)生的大量晶核也加速了還原反應(yīng)的進(jìn)行。雷鷹等［13］在研究微波碳熱還原攀枝花低品位鈦精礦時(shí)發(fā)現(xiàn)：鈦鐵礦在常規(guī)加熱800℃預(yù)氧化后添加相關(guān)添加劑制成球團(tuán)，在微波輻射溫度1000℃～1100℃下保溫還原60min，還原產(chǎn)物中鐵的金屬化率可超過90％。李雨等［16］類似的研究指出，鈦精礦的球磨活化可以進(jìn)一步降低微波還原溫度，提高反應(yīng)速率。汪云華等［16］發(fā)現(xiàn)微波輻射還原得到的鐵粉比常規(guī)加熱還原得到的鐵粉表面有更加發(fā)達(dá)的海綿體，如圖5（a）（深色部分為海綿體鐵），這種海綿體鐵具有更大的比表面積，表面活性強(qiáng)，有利用制造中低密度、中高強(qiáng)度的粉末冶金制品。微波加熱技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)鈦鐵礦的高效、節(jié)能、環(huán)境友好型還原生產(chǎn)，與傳統(tǒng)加熱方式相比不僅可以縮短加熱時(shí)間，降低了能耗，而且改善了還原條件，可以有效的降低生產(chǎn)成本。微波碳熱還原技術(shù)對(duì)鈦冶金行業(yè)降低能耗、降低成本、增加利潤(rùn)具有重要意義。該方法雖然理論可行，但缺少大型工業(yè)配套設(shè)備，目前尚無工業(yè)實(shí)踐。

2．5微波輔助鐵礦浸出我國(guó)鈦工業(yè)主要采用硫酸法，該方法與氯化法在競(jìng)爭(zhēng)中求生存，利用微波輔助鈦鐵礦浸出技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。周曉東等［17］探索了微波輻射－鹽酸浸出鈦鐵礦的方法，研究表明鈦鐵礦在一定溫度下能將其中的亞鐵氧化成高價(jià)鐵，形成假板鈦礦結(jié)構(gòu)，這種氧化使原礦中的鐵活化，低溫氧化有利于鹽酸浸出時(shí)選擇性的除去鐵，生成大顆粒人造金紅石，高溫氧化產(chǎn)生高鐵板鈦礦結(jié)構(gòu)，對(duì)酸十分穩(wěn)定，不利于鈦鐵礦的浸出。表明微波輻射下對(duì)鈦鐵礦進(jìn)行酸浸出代替高溫高壓酸浸工藝制備人造金紅石在理論上和實(shí)踐上都是可行的。DKXia等［18］采用微波加熱技術(shù)對(duì)某種電弧爐渣進(jìn)行堿浸出處理，能夠較好的回收爐渣里的鐵、鋅、鉛等金屬。爐渣的主要成分為紅鋅礦和鐵酸鋅，試驗(yàn)表明傳統(tǒng)條件下鋅的回收率在180min達(dá)到較大，約為72％，在微波輔助浸出條件下，鋅的回收率在5min內(nèi)達(dá)到較大，約80％，表明鋅在微波輻射下能夠快速的溶解，這可能是因?yàn)槿芤哼^熱、沸騰劇烈、溶液中電爐渣顆粒與微波的相互作用。試驗(yàn)顯示在微波試驗(yàn)中，固體顆粒和界面的溫度比常規(guī)浸出要高許多，從而導(dǎo)致金屬溶解速率和回收率的增加。

2．6微波用于赤鐵礦的脫磷近年來我國(guó)大量進(jìn)口國(guó)外鐵礦石，但是在湖北、湖南、江西、云南等地廣泛的分布著總資源儲(chǔ)量達(dá)70億t的“寧鄉(xiāng)式”高磷鮞狀赤鐵礦，因這類鐵礦含磷高、嵌布復(fù)雜而難以分選利用。張輝等［19］對(duì)利用微波加熱處理高磷鮞狀赤鐵礦。經(jīng)微波作用碳熱還原、細(xì)磨和磁選，其脫磷率達(dá)到87．8％，鐵回收率90％，效果較好。基于Fe2O3、Fe3O4和無煙煤粉具有較強(qiáng)的微波熱效應(yīng)，對(duì)微波的吸收性能良好，而磷灰石和硅酸鹽類礦物對(duì)微波的吸收能力卻較差。由于微波與物質(zhì)作用的弛豫效應(yīng)以及高磷鐵礦中鐵氧化物的晶體結(jié)構(gòu)缺陷，微波加熱時(shí)一部分熱能使碳鐵混合物溫度升高，另一部分存儲(chǔ)在晶格缺陷中充當(dāng)晶格能和吉布斯自由能；同時(shí)因微波場(chǎng)中高磷鐵礦碳熱還原反應(yīng)的活化能降低，加快還原反應(yīng)速率，致使鐵氧化物的碳熱還原反應(yīng)更加徹底，使得本來不能進(jìn)行的反應(yīng)有可能進(jìn)行；因微波作用還導(dǎo)致鐵顆粒的聚集長(zhǎng)大破壞了磷灰石的嵌布特征，改變了鐵礦的原有結(jié)構(gòu)，可為后續(xù)磁選過程中鐵和高磷渣的分離創(chuàng)造有利條件。微波應(yīng)用于高磷鮞狀赤鐵礦的脫磷研究還處于試驗(yàn)室階段，但微波所表現(xiàn)出的良好效應(yīng)及試驗(yàn)結(jié)果表明微波加熱在處理該類礦石中的潛力，相信隨著微波技術(shù)的進(jìn)步、選礦水平的提高以及工業(yè)型設(shè)備的開發(fā)，該類鐵礦資源的利用將成為可能。

2．7微波輔助加熱選別含鐵鋁土礦鋁土礦是做耐火材料的主要原料，其含鐵（Fe2O3）上限為2．0％～2．5％，鋁土礦中的鐵通常

以弱磁性礦物形式存在或呈極細(xì)粒分散，普通方法很難去除，長(zhǎng)期以來學(xué)者們一直在探索從鋁土礦中除去鐵的有效途徑。目前為止，最有效、最常用的方法是在焙燒爐或焙燒窯中對(duì)鋁土礦原礦石進(jìn)行焙燒熱處理然后進(jìn)行磁選除鐵。微波加熱技術(shù)被認(rèn)為具有對(duì)鋁土礦中特殊部位選擇性加熱的能力，在還原氣氛中微波能夠促進(jìn)鐵礦物很快的轉(zhuǎn)變?yōu)榇盆F礦，從而改善磁選分離效果。雖然這項(xiàng)技術(shù)認(rèn)為在理論上是可行的，但它是一個(gè)隨著人們對(duì)微波能興趣的提高而發(fā)展來的一個(gè)新的研究課題，尚沒有大規(guī)模的生產(chǎn)試驗(yàn)研究。有學(xué)者對(duì)印度某鋁土礦用微波加熱法將純赤鐵礦轉(zhuǎn)變成磁鐵礦然后磁選除鐵的試驗(yàn)研究，對(duì)含Al2O355．7％、Fe2O35．6％的鋁土礦原礦，在經(jīng)微波爐磁化焙燒后再破碎磁選，可以獲得含Al2O380％、Fe2O32．5％，Al2O3回收率達(dá)80％的鋁土礦精礦，這一選別結(jié)果能夠滿足耐火材料的要求，而采用回轉(zhuǎn)窯焙燒法最終鋁土礦精礦含鐵仍高于2．5％。

3微波技術(shù)強(qiáng)化鐵礦物輔助作業(yè)

3．1微波加熱用于褐鐵礦脫水微波干燥脫水比普通干燥方法有更加優(yōu)越的特點(diǎn)，它不僅能脫去顆粒表明的吸附水，而且能夠脫除礦物分子中所含的結(jié)晶水。褐鐵礦（Fe2O3?nH2O）中含有結(jié)晶水，使得選別回收的褐鐵礦含鐵通常只有55％，而鋼鐵廠對(duì)褐鐵礦精礦的要求品位在62％以上。李新東等［20］研究了對(duì)微波用于褐鐵礦的干燥脫水，表明微波干燥脫水速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于常規(guī)脫水速率。在700W微波輻射功率下，相對(duì)于250℃常規(guī)加熱干燥方法，試驗(yàn)顯示常規(guī)干燥方法加熱60min時(shí)才達(dá)到微波加熱10min的脫水效果；并且微波加熱不僅脫去了褐鐵礦中的游離水，而且脫去了大部分的結(jié)合水，最終得到總鐵含量高于60％的褐鐵礦精礦。在微波加熱過程中，樣品的溫度均勻，熱利用率高；相比常規(guī)加熱方法節(jié)約了大量能源，提高了生產(chǎn)效率。

3．2微波加熱用于鐵精礦燒結(jié)處理任偉等［21］研究了微波加熱技術(shù)應(yīng)用于鐵精礦的燒結(jié)，探索了微波燒結(jié)磁鐵精礦的可行性。試驗(yàn)考察了不同微波處理時(shí)間、碳粉的配比以及氧化鈣的配比等因素。表明在相同微波加熱條件下添加碳粉會(huì)降低樣品的加熱溫度；當(dāng)CaO／SiO2為2．5、加熱時(shí)間20min和微波輸出功率1000W時(shí)，燒結(jié)產(chǎn)物效果好。得到了具有一定強(qiáng)度和孔隙度的燒結(jié)產(chǎn)物，但是其強(qiáng)度與現(xiàn)有抽風(fēng)燒結(jié)產(chǎn)品差別較大，相關(guān)原因還需進(jìn)一步研究。

3．3微波輔助釩鈦磁鐵礦溶樣在釩鈦鐵礦資源利用過程中另一個(gè)重要問題是釩鈦鐵礦的溶樣分析。常規(guī)采用過氧化鈉或焦硫酸鉀高溫熔融，以化學(xué)滴定法進(jìn)行測(cè)定分析，該方法比較成熟、分析結(jié)果比較。因礦樣的分解在高溫環(huán)境中長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行，該方法繁瑣、周期長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大、能耗高，難以適應(yīng)快速、大批量樣品的分析。利用微波輔助溶解釩鈦鐵礦石的溶樣［22－24］，該方法采用硫磷混酸，基于H3PO4對(duì)Fe3＋有很強(qiáng)的絡(luò)合能力的溶樣機(jī)理，但使用的硫磷混酸在配制過程中具有一定的危險(xiǎn)性。許多學(xué)者研究采用鹽酸等危險(xiǎn)性較小的酸來對(duì)鈦鐵礦進(jìn)行溶樣研究，但目前技術(shù)還不成熟。尹繼先等［22］對(duì)攀枝花的難溶釩鈦磁鐵礦進(jìn)行微波消解溶樣研究，主要采用鹽酸及氟化銨對(duì)樣品進(jìn)行溶解，結(jié)果表明同傳統(tǒng)的消解溶樣方法相比，該方法需要的能耗更低，僅有傳統(tǒng)方法能耗的1％～10％，時(shí)間大大縮短，只有傳統(tǒng)方法的10％～20％，試劑用量比較少。周曉東等［23］采用常規(guī)的微波爐在常壓下對(duì)鈦鐵礦進(jìn)行溶樣研究，仍采用硫磷混酸，但摒棄了價(jià)格較昂貴、基于微波溶樣機(jī)理的商品儀器，試驗(yàn)過程中優(yōu)化了試驗(yàn)方法，取得較好的效果。朱霞萍等［24］建立了ICP－OES快速微波消解溶樣方法，該方法除了在溶解過程中加入濃酸外，還加入了金屬絡(luò)合劑，加速了試樣的溶解。利用某絡(luò)合劑A與金屬離子的絡(luò)合能力，借助微波輔助溶解難溶的釩鈦磁鐵礦，縮短了消解時(shí)間，溶樣效果好；采用ICP－OES法實(shí)現(xiàn)了樣品中Fe、Ti、V的同時(shí)測(cè)定，度堪比分析化學(xué)的要求，適合大批量樣品的快速測(cè)定。微波輔助消解是利用微波產(chǎn)生的熱能活化反應(yīng)分子以促進(jìn)水和酸等溶樣介質(zhì)在試樣表面產(chǎn)生極高的熱能，進(jìn)而導(dǎo)致強(qiáng)烈的對(duì)流來不斷清除已溶解的但不活潑的試樣表明層，使試樣與溶解介質(zhì)的接觸面不斷更新，加速樣品的溶解。因而微波溶樣法具有溶樣速度快、樣品分解、方法簡(jiǎn)便、能耗少、污染小、適合大批量快速測(cè)定等諸多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

4結(jié)論

微波加熱技術(shù)因其對(duì)礦物選擇性加熱與高效、環(huán)保的優(yōu)良特性，在含鐵礦物分選的加熱預(yù)處理中具有廣闊的發(fā)展前景。微波輻射加熱能提高鐵礦石的破磨效率、改善鈦鐵礦的浮選和鈦鐵礦的碳熱還原、促進(jìn)黃鐵礦和菱鐵礦的焙燒磁化、預(yù)處理強(qiáng)化赤鐵礦的輔助脫磷、選擇性加熱改善含鐵鋁土礦的分選，并可有效提高褐鐵礦的脫水、鐵精礦燒結(jié)處理以及輔助溶樣的效果，顯示出微波技術(shù)對(duì)鐵礦資源處理的優(yōu)良特點(diǎn)和性能。微波技術(shù)應(yīng)用于鐵礦物的研究還處于發(fā)展階段，需要進(jìn)行深入的理論研究，開發(fā)大型微波設(shè)備，以加快應(yīng)用步伐，提高鐵礦資源的綜合利用率，減少鋼鐵行業(yè)的原料壓力。

熱處理論文:熱處理工藝對(duì)耐腐蝕性能影響

鋯合金因其獨(dú)特的核性質(zhì)一直被用作核反應(yīng)堆燃料包殼及堆芯結(jié)構(gòu)材料。研究發(fā)現(xiàn)，改善熱處理制度能有效提高鋯合金的耐腐蝕性能。Thor-valdsson等人提出了將β相淬火后重新加熱的溫度和時(shí)間歸一為累計(jì)退火參數(shù)的概念，認(rèn)為退火參數(shù)值與耐腐蝕性能之間有明顯的依賴關(guān)系，大于一定值時(shí)可以明顯改善耐均勻腐蝕性能。累計(jì)退火參數(shù)增大意味著須提高加熱溫度和延長(zhǎng)加熱時(shí)間，而提高加熱溫度和延長(zhǎng)加熱時(shí)間后可以使第2相聚集長(zhǎng)大，因而認(rèn)為第二相大小是影響耐腐蝕性能的主要因素。但也有觀點(diǎn)認(rèn)為，在通過改變熱處理溫度和保溫時(shí)間獲得大小不同的第2相的同時(shí)，αZr中過飽和固溶的Fe、Cr含量也在發(fā)生變化，而這才是影響耐腐蝕性能更為重要的因素。Sabol等人在研究Zr－Nb合金的耐腐蝕性能時(shí)，認(rèn)為基體中固溶的Nb元素不能超過其平衡時(shí)的濃度，同時(shí)βNb第2相粒子應(yīng)呈細(xì)小均勻分布狀。本次研究中，主要分析變形熱處理對(duì)N36鋯合金耐腐蝕性能的影響。

1實(shí)驗(yàn)過程

1．1試樣制備實(shí)驗(yàn)選用N36鋯合金材料，經(jīng)2次真空電弧熔煉，其主要化學(xué)成分如表1所示。鑄錠熱鍛后在1050℃保溫0．5h后進(jìn)行水淬，再經(jīng)熱軋、冷軋及中間退火等工序制成片狀樣品。一次冷軋前樣品厚度為1mm，此時(shí)將樣品分成3組，分別在580，780℃下保溫3h，在1000℃下保溫0．5h，然后快速冷卻至室溫，再進(jìn)行一次冷軋;冷軋至0．5mm厚(壓下量為50%)，將所有的樣品在500℃保溫30h后冷卻到室溫，然后將樣品切成尺寸為25mm×20mm的小片。

1．2透射電鏡實(shí)驗(yàn)本次實(shí)驗(yàn)用JEOL－200CX透射電鏡觀察樣品的顯微組織，用帶EDS的JEOL－2010F場(chǎng)發(fā)射高分辨透射電鏡分析樣品中第2相的成分。開始制備TEM樣品時(shí)，首先用機(jī)械方法將樣品厚度從0．5mm減薄至0．1mm以下，然后取出3mm的樣品薄片，用雙噴電解拋光的方法制備薄試樣。選用的電解拋光液為10%HClO4+90%C2H5OH(加液氮冷卻)，為了得到清潔的表面，在拋光結(jié)束后要迅速轉(zhuǎn)移到無水乙醇中清洗。

1．3高壓釜腐蝕實(shí)驗(yàn)鋯合金作為核燃料的包殼，其中一個(gè)重要作用就是將核燃料裂變時(shí)釋放的熱能傳遞給冷卻劑。其內(nèi)表面在400℃溫度下與裂變產(chǎn)物接觸，外壁受280～350℃高溫高壓水的沖刷和腐蝕。研究鋯合金耐腐蝕性能時(shí)，必須模擬反應(yīng)堆中的高溫高壓條件。在此設(shè)計(jì)高壓釜腐蝕實(shí)驗(yàn)，所用的高壓釜容積為1L，耐壓30MPa，配有1．0級(jí)量程為40MPa的壓力表、排氣閥和防爆閥。所用介質(zhì)為水蒸汽，而且是去離子水。腐蝕介質(zhì)為400℃、壓力10．3MPa水蒸汽，以及350℃、16．8MPa、0．01molL的LiOH水溶液。電子分析天平的測(cè)量精度為0．1mg。實(shí)驗(yàn)中用測(cè)量單位面積腐蝕增重的方法表示腐蝕程度和腐蝕速度。氧化膜厚度與腐蝕增重的關(guān)系為:1μm厚度對(duì)應(yīng)腐蝕增重15mgdm2。周期性地對(duì)樣品稱重，以獲得不同腐蝕時(shí)間的增重。為了表述方便，將以上工藝得到的樣品分別標(biāo)記為580℃樣品、780℃樣品和1000℃樣品。

2結(jié)果及討論

2．1N36鋯合金樣品的腐蝕增重對(duì)比圖1為N36鋯合金樣品的腐蝕增重曲線，分別表示經(jīng)不同處理的樣品在400℃、10．3MPa水蒸氣中的腐蝕增重曲線。觀察腐蝕開始后的變化:前70d的1000℃樣品腐蝕增重略高于其他2種，580℃樣品和780℃樣品腐蝕程度相當(dāng);腐蝕70d之后，780℃樣品腐蝕速度加快，580℃樣品腐蝕速度變慢;腐蝕310d之后，1000℃樣品的腐蝕增重明顯高于其他樣品，580℃樣品腐蝕增重最小。

2．2N36鋯合金樣品顯微組織對(duì)比圖2是580℃樣品的顯微組織。可以看到第2相粒子分布很均勻。經(jīng)高分辨電鏡和能譜分析，580℃樣品的第2相粒子大致可以分為2類:第1類呈不規(guī)則的多邊形，尺寸約為100～200nm，F(xiàn)e元素和Nb元素含量較高，一般稱之為Zr－Nb－Fe粒子;第2類形狀規(guī)則，呈圓形或橢圓形，尺寸約為20～30nm，Nb元素含量很高(接近80%)，F(xiàn)e元素含量很少甚至不含F(xiàn)e元素，應(yīng)該屬于βNb粒子。圖3所示為780℃樣品的顯微組織。780℃樣品中的第2相粒子呈帶狀分布，且?guī)罱M織的長(zhǎng)度和寬度較大，第2相粒子的尺寸也有所增加。EDS分析表明:780℃樣品中也存在2種類型的第2相粒子，即Zr－Nb－Fe粒子和βNb粒子。其中Zr－Nb－Fe粒子的形狀不規(guī)則，尺寸約為50～100nm;βNb粒子形狀規(guī)則，呈圓形或橢圓形，尺寸約為20～30nm。圖4所示是1000℃樣品的顯微組織。可以看到，它的第2相粒子分布比較均勻，且粒子的大小存在差異，這與580℃樣品中第2相粒子的分布類似;同時(shí)顯微組織中存在帶狀分布的第2相粒子。因此，可以認(rèn)為它的第2相粒子的分布規(guī)律介于前2種分布規(guī)律之間。它的第2相形狀和尺寸差異較大，尺寸較大的粒子形狀不規(guī)則，約為50～200nm，尺寸較小的粒子呈圓形或橢圓形，大小約為20～30nm。EDS分析發(fā)現(xiàn)有很多Zr－Nb－Fe粒子，只發(fā)現(xiàn)了很少量的βNb粒子。

3結(jié)語

(1)熱處理制度對(duì)N36鋯合金的顯微組織有很大影響。580℃樣品顯微組織中第2相粒子分布很均勻，沒有發(fā)現(xiàn)任何帶狀組織;780℃樣品大部分第2相粒子都呈帶狀分布;1000℃樣品的顯微組織中有部分第2相粒子呈帶狀分布，也有不少第2相粒子均勻分布。(2)第2相粒子的EDS分析結(jié)果表明，3種樣品中第2相以Zr－Nb－Fe粒子為主，也含少量βNb粒子，且1000℃樣品中βNb粒子最少。(3)為期310d的高壓釜腐蝕實(shí)驗(yàn)表明，580℃樣品的耐腐蝕性能好，因?yàn)樗娘@微組織中第2相粒子細(xì)小、分布均勻且體積分?jǐn)?shù)較高，而且基體中Nb元素含量在幾種樣品中低。

作者：耿迅 張倩影 單位：重慶科技學(xué)院冶金與材料工程學(xué)院

熱處理論文:熱處理工藝對(duì)低碳齒輪鋼的影響

帶狀組織是指出現(xiàn)在熱軋低碳結(jié)構(gòu)鋼顯微組織中，沿軋制方向平行排列、成層狀分布、形同條帶的鐵素體晶粒與珠光體晶粒。根據(jù)帶狀鐵素體數(shù)量增加，并考慮帶狀貫穿視場(chǎng)的程度、連續(xù)性和變形鐵素體晶粒多少的原則確定帶狀評(píng)級(jí)。在低碳齒輪鋼帶狀檢驗(yàn)過程中，熱軋狀態(tài)鋼材中經(jīng)常出現(xiàn)貝氏體等非平衡態(tài)組織，對(duì)帶狀評(píng)級(jí)造成一定的影響。在這種情況下，對(duì)鋼材進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚硪垣@得的鐵素體+珠光體組織，可提高帶狀評(píng)級(jí)的性。通過20CrMnTiH、20CrMoH和SAE8620H代表Cr－Mn－Ti系、Cr－Mo系和Cr－Ni－Mo系齒輪鋼，研究不同熱處理工藝對(duì)低碳齒輪鋼帶狀評(píng)級(jí)的影響，提高了產(chǎn)品的實(shí)物質(zhì)量。

1試驗(yàn)材料和方法

試驗(yàn)鋼的化學(xué)成分如表1所示，試料均取自80mm熱軋圓鋼的1/2半徑處，試料尺寸為20mm×20mm×20mm。每個(gè)樣品取4支試樣，按照GB/T13299－1991評(píng)定其熱軋狀態(tài)、正火狀態(tài)、退火狀態(tài)、等溫退火狀態(tài)的帶狀級(jí)別。熱處理工藝見圖1所示，加熱設(shè)備為GXJ2－18－12型箱式電阻爐。樣品用5%的硝酸酒精溶液腐蝕，在100倍下觀察。

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

2．1熱軋狀態(tài)的帶狀組織熱軋狀態(tài)下試樣的帶狀組織如圖2所示。20CrMnTiH鋼組織為鐵素體+珠光體，帶狀評(píng)級(jí)為2．5級(jí);20CrMoH鋼組織為鐵素體+珠光體+貝氏體，帶狀評(píng)級(jí)為2．5級(jí);SAE8620H鋼組織為鐵素體+珠光體+貝氏體，帶狀評(píng)級(jí)為1．5級(jí)。熱軋狀態(tài)下鋼材帶狀組織的形成機(jī)理，一般認(rèn)為是元素偏析造成的。連鑄坯在凝固過程中，由于鋼中各元素的擴(kuò)散速度不一樣，容易產(chǎn)生枝晶偏析。碳元素容易均勻擴(kuò)散，而其他合金元素?cái)U(kuò)散較困難且不容易均勻化，所以一直保持著枝晶偏析的狀態(tài)。鑄坯在進(jìn)行軋制的時(shí)候，粗大的枝晶沿變形方向拉長(zhǎng)，并逐漸與變形方向一致，形成碳及合金元素的貧化帶與富化帶彼此交替堆疊的帶狀區(qū)。在隨后的緩冷過程，先在碳及合金元素貧化帶形成以鐵素體為主的帶，而碳及合金元素富化帶在其后形成以珠光體為主的帶，形成了以鐵素體為主的帶與以珠光體為主的帶彼此交替的帶狀組織。

2．2正火處理后的帶狀組織正火狀態(tài)下試樣的帶狀組織如圖3所示。由圖3可見正火后的20CrMnTiH鋼組織仍為鐵素體+珠光體，但鐵素體條帶更加清晰，帶狀評(píng)級(jí)為2．0級(jí);正火后的20CrMoH鋼和SAE8620H鋼中貝氏體雖然有所減少，但并沒用消除，帶狀評(píng)級(jí)分別為2．5級(jí)和2．0級(jí)。

2．3退火處理后的帶狀組織退火狀態(tài)下試樣的帶狀組織如圖4所示。20CrMnTiH鋼組織為鐵素體+珠光體，帶狀評(píng)級(jí)為3．0級(jí)，相比熱軋狀態(tài)和正火狀態(tài)，鐵素體條帶寬度明顯增加;20CrMoH鋼和SAE8620H鋼中已沒有貝氏體組織，為清晰的鐵素體+珠光體條帶，帶狀評(píng)級(jí)分別為3．5級(jí)和2．5級(jí)。

2．4等溫退火處理后的帶狀組織等溫退火狀態(tài)下試樣的帶狀組織如圖5所示。三個(gè)樣品均呈現(xiàn)清晰的鐵素體+珠光體條帶，沒有貝氏體等非平衡態(tài)組織，20CrMnTiH鋼帶狀評(píng)級(jí)為2．0級(jí)，20CrMoH鋼帶狀評(píng)級(jí)為3．0級(jí)，SAE8620H鋼帶狀評(píng)級(jí)為2．0級(jí)。

2．5結(jié)果討論熱處理后鋼材帶狀評(píng)級(jí)對(duì)比見圖6。對(duì)比不同熱處理狀態(tài)下的帶狀評(píng)級(jí)結(jié)果，正火處理后的組織與熱軋狀態(tài)組織相似，鐵素體條帶較熱軋狀態(tài)更加清晰，但不能有效消除試料中的貝氏體等非平衡態(tài)組織，評(píng)級(jí)結(jié)果與熱軋狀態(tài)無異。因Ni、Mo等強(qiáng)碳化物形成元素的加入，過冷奧氏體穩(wěn)定性增大，奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變?cè)杏诩娱L(zhǎng)，而貝氏體轉(zhuǎn)變的孕育期縮短，C曲線右移的同時(shí)形狀也發(fā)生變化，出現(xiàn)兩個(gè)鼻子，因此在低冷卻速度下也易形成貝氏體組織。所以Cr－Mo系和Cr－Ni－Mo系低碳齒輪鋼無法通過正火來消除組織中的貝氏體。

退火處理后試料中的貝氏體組織已消除，呈現(xiàn)清晰的鐵素體+珠光體條帶，但部分樣品中鐵素體帶的寬度明顯增加。在GB/T13299－91中并沒用將鐵素體條帶寬度作為帶狀級(jí)別評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，但在一些齒輪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，鐵素體條帶寬度是帶狀評(píng)級(jí)的重要量化指標(biāo)。從圖6中也可以看出，20CrMnTiH、20CrMoH、SAE8620H鋼退火后其帶狀級(jí)別均比熱軋狀態(tài)或正火、等溫退火處理后的樣品要明顯偏高一些。等溫退火后的組織為清晰的鐵素體+珠光體條帶，不存在貝氏體等非平衡態(tài)組織，其帶狀評(píng)級(jí)與熱軋狀態(tài)及正火狀態(tài)無明顯差異。

之所以會(huì)出現(xiàn)以上差異，原因在于在熱處理加熱及保溫過程中，奧氏體中的碳元素已經(jīng)充分?jǐn)U散，但其中合金元素?cái)U(kuò)散的速度較慢，因而存在成分的偏析。在冷卻過程中，先共析鐵素體在A3溫度較高的負(fù)偏析區(qū)域首先形核，而碳元素則被排擠到臨近的A3溫度較低的區(qū)域，形成了碳元素的重新分布與濃度的起伏。在退火處理時(shí)，冷卻速度慢，試料在先共析鐵素體轉(zhuǎn)變區(qū)域停留的時(shí)間過長(zhǎng)，先共析鐵素體得以充分的析出長(zhǎng)大，形成較為嚴(yán)重的帶狀組織。而正火及等溫退火處理時(shí)，先共析鐵素體轉(zhuǎn)變區(qū)的冷卻速度很快，抑制了先共析鐵素體的析出，鐵素體條帶不明顯，帶狀評(píng)級(jí)較低。

3結(jié)論

1)不同熱處理狀態(tài)下的低碳齒輪鋼帶狀組織存在明顯差異。2)正火處理后的樣品與熱軋狀態(tài)下的組織相似，但鐵素體條帶更加清晰;退火處理和等溫退火處理可以有效消除Cr－Mo系和Cr－Ni－Mo系低碳齒輪鋼中的貝氏體等非平衡態(tài)組織。3)正火處理及等溫退火處理后的樣品與熱軋狀態(tài)相比帶狀評(píng)級(jí)無明顯差別，退火處理后的樣品帶狀評(píng)級(jí)較熱軋狀態(tài)偏高。4)不易產(chǎn)生貝氏體組織的Cr－Mn－Ti系低碳齒輪鋼，可以在熱軋狀態(tài)或正火處理后進(jìn)行帶狀評(píng)級(jí);Cr－Mo系和Cr－Ni－Mo系低碳齒輪鋼，應(yīng)進(jìn)行退火或等溫退火處理消除貝氏體等非平衡態(tài)組織后再進(jìn)行帶狀評(píng)級(jí)。

作者：任琪 崔長(zhǎng)安 程文華 單位：特鋼事業(yè)部

熱處理論文:汽車變速箱齒輪的熱處理工藝研究

摘要：

變速箱齒輪熱處理工藝一般以滲碳淬火為主，該工藝中有許多影響熱處理變形的因素，如油溫、滲碳溫度、滲碳時(shí)間和淬火溫度等。采用正交試驗(yàn)方法合理安排試驗(yàn)方案，對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，選出的滲碳淬火工藝參數(shù)，效果良好，變形穩(wěn)定。通過試驗(yàn)比較了不同熱處理設(shè)備對(duì)變形的影響規(guī)律，找到不同設(shè)備對(duì)變形的影響差異。

關(guān)鍵詞：

變速箱齒輪；熱處理工藝；正交試驗(yàn)；變形

變速箱是汽車的核心部件之一，是主要的受力單元。對(duì)于重型汽車，常常處于惡劣的工作環(huán)境下，其變速箱往往受到更加頻繁的沖擊。經(jīng)過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析發(fā)現(xiàn)，接觸疲勞損傷和彎曲疲勞斷裂是重型汽車變速箱齒輪失效的主要形式[1,2]。因此對(duì)重型汽車變速箱的力學(xué)性能要求非常高，如需具有高沖擊性能、高強(qiáng)度、高耐磨性等。為了提高力學(xué)性能，一般對(duì)其進(jìn)行以滲碳淬火為主的熱處理[3]。對(duì)于齒輪制造，影響其變形的因素很多很復(fù)雜，熱處理變形是其中的難點(diǎn)之一[4]，控制和穩(wěn)定熱處理變形非常重要。

1熱處理工藝參數(shù)對(duì)變形的影響

1.1實(shí)驗(yàn)材料與方法在現(xiàn)代機(jī)械制造工業(yè)，尤其是汽車工業(yè)中，滲碳淬火工藝被廣泛應(yīng)用[5]。發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪主要采用箱式滲碳爐，變速箱零件主要采用連續(xù)式滲碳生產(chǎn)線。圖1連續(xù)式滲碳爐和箱式滲碳爐滲碳淬火工藝曲線。圖2為某變速箱主軸齒輪結(jié)構(gòu)示意圖。齒輪材料為8620H，化學(xué)成分見表1。該材料韌性好，淬透性較20CrMnTi稍差，適用于生產(chǎn)重載齒輪[6]。試驗(yàn)采取正交試驗(yàn)方法，期望以最少的試驗(yàn)次數(shù)獲得工藝方案。選取3個(gè)因素來分析齒輪的熱處理變形，包括滲碳溫度、淬火保持溫度和淬火介質(zhì)溫度。全部采用掛裝的裝夾方式，每個(gè)因素取3個(gè)水平。表2為正交試驗(yàn)因素水平表。綜合考慮，試驗(yàn)選擇在日本東方爐上進(jìn)行。試驗(yàn)方案按照L9（34）正交表安排，具體方案如表3，每次試驗(yàn)隨機(jī)抽取10件進(jìn)行檢驗(yàn)，可知，經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，大大減少了實(shí)驗(yàn)次數(shù)，節(jié)省了人力物力，提高了效率。

1.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析對(duì)9組試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到平均變動(dòng)量和波動(dòng)量如表4所示。圖3和圖4分別為內(nèi)花鍵變動(dòng)和齒輪M值變動(dòng)柱形圖。可以看出，對(duì)于內(nèi)花鍵變形較小且波動(dòng)較規(guī)律的為試驗(yàn)3、試驗(yàn)5和試驗(yàn)7。對(duì)于齒輪變形小且波動(dòng)較規(guī)律的為試驗(yàn)4和試驗(yàn)5。綜合考慮以上兩種因素，與其他方案相比，試驗(yàn)5更優(yōu)。總體來說，淬火溫度越低變形波動(dòng)越小，為提高熱處理生產(chǎn)效率，不宜選擇太低的滲碳溫度。為進(jìn)一步分析淬火溫度和滲碳溫度對(duì)變形的影響，還將淬火溫度統(tǒng)一選擇為80℃，安排試驗(yàn)如表5所示。綜合以上4次試驗(yàn)結(jié)果與試驗(yàn)5的結(jié)果，再進(jìn)行整理得到滲碳溫度影響和淬火溫度影響變形柱狀圖5和圖6。可以看出，內(nèi)花鍵的收縮量隨著滲碳溫度的提高由0.11mm減小到0.10mm，齒輪M值膨脹量和變動(dòng)量隨滲碳溫度的提高分別由0.12mm和0.02mm增大到0.14mm和0.03mm。零件的膨脹量隨滲碳溫度的提高而逐漸增大。內(nèi)花鍵的收縮量隨著淬火溫度的升高逐漸減小，由0.12mm減小到0.10mm。齒輪M值膨脹量隨著淬火溫度的升高，由0.11mm增大到0.14mm，變動(dòng)量隨淬火溫度的升高增大了0.03mm。對(duì)于變形，淬火和滲碳溫度的影響是一致的，為控制尺寸變動(dòng)，不應(yīng)選擇過高的滲碳和淬火溫度綜合考慮上面的試驗(yàn)結(jié)果，工藝參數(shù)為：淬火油溫80℃、淬火溫度840℃、滲碳溫度920℃。

2熱處理設(shè)備對(duì)變形的影響

2.1實(shí)驗(yàn)方法通過前面13組試驗(yàn)基本選定了熱處理工藝參數(shù)，下面還對(duì)不同熱處理設(shè)備對(duì)變形的影響進(jìn)行分析，公司主要熱處理生產(chǎn)線包括：UBE-600日本東方箱式滲碳爐、IPSEN多用箱式滲碳爐和連續(xù)式滲碳生產(chǎn)線等。保持工藝不變，在連續(xù)式滲碳生產(chǎn)線和IPSEN多用箱式滲碳爐進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)方案如表5。

2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析圖7為不同設(shè)備內(nèi)花鍵變形柱狀圖。圖8為不同設(shè)備內(nèi)齒輪變形柱狀圖。可以看出，IPSEN箱式滲碳爐的變動(dòng)量沒有預(yù)熱的情況下要比預(yù)熱的情況下大，造成該差別的原因主要是裝爐量大，導(dǎo)熱容量因零件總量的增加而增大，由于零件在加熱時(shí)所處的位置不同，受熱情況也不一樣，內(nèi)部零件升溫較慢，外圍靠近輻射管的零件受熱較早，因此產(chǎn)生溫度差異，溫差導(dǎo)致熱應(yīng)力不同，從而變形量在淬火時(shí)也就不同。預(yù)熱后，零件溫差較小，能減小變形。因?yàn)橛蓄A(yù)熱過程，連續(xù)滲碳爐和IPSEN箱式滲碳爐的變動(dòng)持平，但是內(nèi)花鍵的收縮量因膨脹量較大而有所減小。由于連續(xù)爐除預(yù)熱外，還經(jīng)過兩次加熱過程，加熱溫度分別為890℃和910℃，這使得零件在整個(gè)加熱過程中在爐內(nèi)高溫停留時(shí)間過長(zhǎng)，導(dǎo)致零件的膨脹量增大，最終變形量增大。

3結(jié)論

（1）變形受淬火介質(zhì)溫度的影響較大，變形在高油溫低冷卻速度下較溫和，在低油溫高冷卻速度下較劇烈；應(yīng)合理選擇冷卻速度以獲得更好的金相組織。（2）零件膨脹量隨滲碳溫度和淬火溫度的升高而增大，且變形越不規(guī)則；滲碳溫度決定滲碳速度，太低的滲碳溫度影響生產(chǎn)效率。（3）對(duì)于較大尺寸零件，進(jìn)行預(yù)熱能使?jié)B碳均勻度和變形穩(wěn)定性得到顯著改善，預(yù)熱能一定程度減小熱處理變形。（4）對(duì)于不同的熱處理設(shè)備，熱處理變形取決于作用時(shí)間，漲量變形隨加熱時(shí)間的增加而變大。

作者：楊玲玲 李宇 潘杰花 單位：柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車技術(shù)學(xué)院 廣西大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 上汽通用五菱汽車股份有限公司

熱處理論文:熱處理對(duì)鎳基碳化鎢涂層的影響

《中國(guó)表面工程雜志》2015年第六期

摘要：

為了進(jìn)一步挖掘鎳基碳化鎢涂層的潛能，在40Cr基材上利用火焰噴涂制備Ni60＋35％WC復(fù)合涂層并對(duì)涂層進(jìn)行感應(yīng)重熔及熱處理，利用掃描電鏡（SEM）、顯微硬度計(jì)和摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)分析測(cè)定了涂層的顯微組織、顯微硬度及摩擦磨損性能。結(jié)果表明，感應(yīng)重熔使涂層與基材形成良好的冶金結(jié)合，涂層致密，硬度、耐磨性顯著優(yōu)于基材。經(jīng)淬火及回火后，涂層硬度有所提高。850℃淬火，400℃回火的涂層硬度較高，達(dá)到866HV0．1，耐磨性也好，磨損量?jī)H為基材的43％。

關(guān)鍵詞：

火焰噴涂；感應(yīng)重熔；鎳基涂層；耐磨性；顯微硬度

鎳基自熔性合金由于其良好的耐磨耐蝕性、抗氧化性和優(yōu)良的工藝性，被廣泛地應(yīng)用于材料表面防護(hù)和強(qiáng)化領(lǐng)域［12］。WC由于其耐磨性好、硬度高、塑性好并與鎳基合金相互潤(rùn)濕，結(jié)合強(qiáng)度好，被廣泛用作熱噴涂鎳基合金的增強(qiáng)相，目前常在鎳基自熔性合金中加入微米級(jí)的碳化鎢粉末，以獲得耐磨效果較為理想的金屬陶瓷復(fù)合涂層［35］。火焰噴涂制得的涂層因孔洞多、與基材結(jié)合強(qiáng)度低等缺點(diǎn)，常需進(jìn)行重熔。感應(yīng)重熔易控制、加熱頻率高、涂層能迅速熔化，且對(duì)基材熱影響小，得到廣泛的應(yīng)用［67］。但感應(yīng)重熔是典型的高溫快冷過程，類似于淬火，涂層的組織、應(yīng)力狀態(tài)等是不穩(wěn)定的。熱處理能夠改善熱噴涂涂層的組織和性能，張發(fā)云等［8］人采用電弧噴涂技術(shù)在低碳鋼Q235基體上制備了鐵基TiC復(fù)合涂層并進(jìn)行熱處理，得出500～700℃熱處理能夠改善涂層的耐磨性；王立生等［9］的試驗(yàn)表明熱處理提高了鎳基合金涂層的硬度和界面結(jié)合強(qiáng)度；洪永昌等［10］的試驗(yàn)則顯示熱處理使得鎳基合金噴焊層硬度得到了提高。目前對(duì)熱噴涂鎳基碳化鎢涂層進(jìn)行熱處理的研究較少，且重點(diǎn)在于對(duì)重熔后的涂層直接進(jìn)行回火。文中對(duì)火焰噴涂在40Cr基體上制備的鎳基碳化鎢復(fù)合涂層進(jìn)行感應(yīng)重熔，又進(jìn)行了淬火和回火處理，對(duì)涂層的組織和性能進(jìn)行了初步的研究，以期為進(jìn)一步的研究提供依據(jù)。

1材料與方法

1．1試驗(yàn)材料試驗(yàn)用基材為退火態(tài)40Cr，尺寸Φ30mm×10mm。涂層材料選用市售Ni60＋WC35粉末，粒度為80～106μm（－150～＋320目），其中Ni60質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65％，WC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35％。

1．2試驗(yàn)方法40Cr基材試樣經(jīng)凈化和噴砂處理后，采用上海大豪瑞法噴涂機(jī)械有限公司生產(chǎn)的粉末火焰噴涂槍進(jìn)行噴涂。氧氣壓力0．4～0．5MPa，乙炔壓力0．07～0．08MPa，噴嘴距試樣表面約200mm，噴涂槍與試樣的角度約90°，試樣預(yù)熱溫度100～200℃。噴涂過程中盡量保持試樣表面涂層厚度均勻，獲得涂層厚度0．7～1．0mm。利用JQ25KW型高頻感應(yīng)爐對(duì)噴涂完畢的試樣進(jìn)行感應(yīng)重熔，設(shè)備功率為25kW，輸入電壓380V，頻率50～60Hz，感應(yīng)線圈為3匝，直徑40mm。隨后部分試樣進(jìn)行淬火并回火，淬火溫度850℃，保溫10min后油冷，回火溫度分別為200、400、600℃，保溫2h。試樣利用線切割制備成小塊金相試樣和磨損試樣，經(jīng)鑲嵌、預(yù)磨和拋光后，進(jìn)行組織觀察和性能測(cè)試：利用HXS1000A型顯微硬度計(jì)測(cè)量涂層到基體的截面硬度，載荷100g，保壓15s；利用帶有OXFORD能譜儀的Quanta250型環(huán)境掃描電鏡進(jìn)行涂層截面組織形貌觀察及元素線分布分析；利用HSR2M型高速往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn)，對(duì)磨球材料為GCr15，直徑10mm，硬度約61HRC，加載載荷50N，運(yùn)行速度200cycle／min，試驗(yàn)時(shí)間30min。磨損前后，試樣用丙酮、乙醇清洗吹干，用精度為0．1mg的天平進(jìn)行稱量，采用失重法并觀察磨損形貌評(píng)價(jià)涂層的耐磨性。

2結(jié)果與分析

2．1涂層的顯微硬度圖1為涂層試樣從表面到基體的顯微硬度分布圖，圖中折線每個(gè)節(jié)點(diǎn)均為相同層深5個(gè)測(cè)試點(diǎn)的平均值。由圖可見，涂層截面的硬度隨距表面距離的增大先上升后下降，僅經(jīng)感應(yīng)重熔的涂層截面硬度低，其平均值為806HV0．1，感應(yīng)重熔后又經(jīng)淬火，200、400、600℃回火的涂層截面硬度平均值分別為825、866、843HV0．1，400℃回火的涂層截面硬度平均值較大，較熱處理前提高約60HV0．1。分析認(rèn)為涂層粉末中存在C、Cr、B、Si等元素及WC，重熔時(shí)溫度較高，合金元素一方面溶解進(jìn)入固溶體起到強(qiáng)化作用，形成以γNi固溶體為基體，WC顆粒為增強(qiáng)相的復(fù)合噴焊層；另一方面在冷卻過程中C、Cr、B等合金元素形成一些細(xì)小的硬質(zhì)相，如Cr3C2、B4C、Cr7C3等，這些硬質(zhì)相彌散在固溶體間起到強(qiáng)化作用，因此Ni基WC復(fù)合涂層有較高的硬度［1112］。涂層表面因質(zhì)量較差，組織疏松而硬度較低。在淬火和回火過程中，合金元素充分?jǐn)U散，大量碳化物、硼化物析出，并有新的硬質(zhì)相產(chǎn)生，同時(shí)由于涂層合金中Cr、Si、C等元素含量較高，促使涂層產(chǎn)生了二次硬化現(xiàn)象，涂層得到了進(jìn)一步的強(qiáng)化，因而熱處理后涂層的硬度又得到了提高［13］。而溫度過高則會(huì)發(fā)生涂層晶粒的長(zhǎng)大和硬質(zhì)粒子的聚集、長(zhǎng)大，使得涂層硬度下降。

2．2涂層的組織形貌圖2是涂層經(jīng)感應(yīng)重熔及淬火并400℃回火后截面的掃描電鏡（SEM）照片。從圖2（a）可見，涂層經(jīng)感應(yīng)重熔后，組織致密，其中的孔洞、雜質(zhì)較少，涂層和基體界面處無機(jī)械嵌合而產(chǎn)生了過渡帶，形成了冶金結(jié)合，涂層中出現(xiàn)了呈多邊形的白亮顆粒。圖2（b）顯示經(jīng)過850℃淬火及400℃、2h回火后，涂層變得更加致密平整，孔洞更少，涂層與基體間的過渡帶平滑且變寬，部分白亮顆粒在原來的塊狀周圍出現(xiàn)了須狀。圖3是感應(yīng)重熔的涂層與基體界面處的元素線分布。由圖可見，感應(yīng)重熔使涂層和基材界面處發(fā)生了元素互擴(kuò)散，即基材中的Fe、C元素向涂層擴(kuò)散，而涂層中的Ni、Cr、W元素向基材擴(kuò)散，互擴(kuò)散使界面處形成了冶金結(jié)合，還形成了富碳區(qū)，降低了界面兩側(cè)材料的性能差異，提高了涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度［12］。由元素線分布特征結(jié)合粉末成分可知感應(yīng)重熔涂層中存在的白亮塊狀物為WC，WC顆粒與涂層形成良好的結(jié)合且在局部分布較多。這是由于鎳基自熔性合金熔點(diǎn)較低，在重熔過程中，涂層及基體表面淺層熔化，液態(tài)合金和40Cr基體相互滲透、擴(kuò)散，凝固后涂層形成致密組織且與基體形成冶金結(jié)合。WC顆粒因熔點(diǎn)高而未熔，僅少量發(fā)生分解與氧化，故保持原有的形狀。同時(shí)可能由于WC比重大、易團(tuán)聚以及噴涂粉末不均勻造成涂層局部WC較多的現(xiàn)象。由于高溫過程促進(jìn)元素?cái)U(kuò)散和WC的分解，因而經(jīng)過淬火和回火的熱處理后，涂層與基體之間元素的互擴(kuò)散距離有所增大。部分WC發(fā)生了分解、氧化或與鎳基合金中的元素發(fā)生了反應(yīng)，故呈現(xiàn)須狀。

2．3涂層的摩擦磨損性能對(duì)40Cr基體、重熔的涂層和重熔后淬火并400℃回火的涂層進(jìn)行摩擦磨損對(duì)比。帶涂層的試樣先預(yù)磨10min，以減少表面疏松層對(duì)結(jié)果的影響。經(jīng)兩次摩擦磨損試驗(yàn)后，3種試樣的平均磨損量見圖4。由圖4可見，40Cr試樣的磨損量較大，感應(yīng)重熔涂層的磨損量為40Cr的54％，熱處理后的涂層磨損量?jī)H為40Cr的43％，有涂層的試樣耐磨性大幅提高。圖5為試樣磨損后的表面形貌。從中可以更直觀地看出試樣表面摩擦磨損性能的優(yōu)劣。圖5（a）中，40Cr表面的劃痕深且寬，平直而連續(xù)，表面有明顯被外物擠壓的痕跡。圖5（b）（c）中，涂層表面疏松層磨掉后，致密部分的劃痕淺、窄而不連續(xù)，表面無外物明顯壓入的痕跡。這是由于40Cr硬度低，外來磨粒容易壓入表面，對(duì)其進(jìn)行擠壓，留下深的犁溝。而鎳基WC復(fù)合涂層中WC和其他硬質(zhì)相的彌散強(qiáng)化和元素的固溶強(qiáng)化作用，使得涂層具有較高的硬度，磨粒嵌入表面的深度小，部分磨粒在涂層表面滾動(dòng)，不能對(duì)涂層進(jìn)行犁削，總體減弱了犁溝效應(yīng)，減少了對(duì)涂層的磨損。即使有部分磨粒切入涂層基體，犁削作用也會(huì)在WC等硬質(zhì)顆粒處中斷，同時(shí)部分磨粒在犁削過程中被壓碎或磨損，大大減弱其對(duì)涂層的犁削能力，進(jìn)而減弱了對(duì)涂層的磨損［5，14］。涂層中鎳基合金起基體和支撐作用，其中分布的WC和其他硬質(zhì)相成為承載磨損的主體，這些硬質(zhì)相能夠有效地阻礙磨粒對(duì)涂層的犁削作用，大大提高涂層的耐磨性。圖5（c）中涂層的劃痕較圖5（b）中劃痕淺而窄，劃痕的連續(xù)性更差。分析認(rèn)為，經(jīng)淬火和400℃回火后，一方面涂層組織得到改善，殘余應(yīng)力減少，利于涂層抵抗疲勞破壞；另一方面涂層中析出了更多的碳化物和硼化物，且在涂層中均勻分布，同時(shí)產(chǎn)生二次硬化，提高了涂層的硬度，抵抗擠壓和微觀切削的能力增強(qiáng)，利于磨損失重的下降［13］。熱處理后，涂層中硬質(zhì)相的增多且分布均勻，提高了涂層的硬度及硬度均勻性，在摩擦磨損過程中，硬質(zhì)點(diǎn)更有效地阻止了對(duì)涂層的犁削作用，進(jìn)而使得涂層具有更好的耐磨性。

3結(jié)論

（1）火焰噴涂WC增強(qiáng)Ni60復(fù)合涂層經(jīng)感應(yīng)重熔，涂層組織致密，與基體形成良好的冶金結(jié)合。由于合金元素的固溶強(qiáng)化及WC等硬質(zhì)相的彌散強(qiáng)化作用，涂層具有較高的硬度和良好的耐磨性。（2）感應(yīng)重熔的涂層經(jīng)850℃淬火和回火后，硬質(zhì)相增多，涂層硬度提高，且經(jīng)400℃、2h回火的涂層硬度較高，其耐磨性也優(yōu)于感應(yīng)重熔后的涂層。

熱處理論文:金屬材料與熱處理課程改革分析

一、金屬材料與熱處理課程的教學(xué)問題

金屬材料與熱處理是機(jī)械專業(yè)的基礎(chǔ)課程，主要內(nèi)容包括金屬材料、組織、性能和熱處理方法等，通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握金屬的性能特征、熱處理工藝的正確選擇等知識(shí)和技能。對(duì)于高職機(jī)械專業(yè)中金屬材料與熱處理這門課程，大多數(shù)教師都倍感頭痛。由于這門課的內(nèi)容比較枯燥，有些院校的實(shí)驗(yàn)條件又不能滿足教學(xué)需要，再加上學(xué)生沒有充分認(rèn)識(shí)到這門課程的重要性，導(dǎo)致該課程的教學(xué)效果始終難以達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)。并且這門課內(nèi)容寬泛、涉及面廣，由于其中含有大量敘述性文字，而邏輯性卻不強(qiáng)，以至于學(xué)生不易將其內(nèi)容梳理和掌握，從而產(chǎn)生了厭學(xué)情緒、致使教師授課困難的問題產(chǎn)生。教師要轉(zhuǎn)變觀念，采用適合新時(shí)期高職學(xué)生的教學(xué)方法。教學(xué)觀念的轉(zhuǎn)變必然導(dǎo)致教學(xué)方法手段的革新。教育工作者的目的不單單是為了讓學(xué)生掌握知識(shí)，還要使學(xué)生獲得智力的發(fā)展、能力的培養(yǎng)，以及素質(zhì)的提高。教無定法，學(xué)要得法。教師要采取不拘一格的教學(xué)方法，去挖掘?qū)W生的潛在意識(shí)，培養(yǎng)興趣，開發(fā)智力，寓教于樂。

二、課程改革模式

以興趣的情景激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)情緒。興趣是理解情感和表達(dá)的需要，是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中具活力的部分，是好的老師。學(xué)好一門課的前提便是對(duì)這門課抱有興趣，這樣才有學(xué)習(xí)的動(dòng)力。很多學(xué)生學(xué)不好的原因就在于缺乏學(xué)習(xí)興趣，體會(huì)不到這門課的樂趣所在。所以注重對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)是教師應(yīng)注意的一大問題。培養(yǎng)學(xué)生良好的學(xué)習(xí)興趣，并能夠可持續(xù)發(fā)展，對(duì)端正學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)課程的態(tài)度尤為重要。因?yàn)樵诟摺⒊踔薪逃酥列W(xué)教育都是“填鴨式”教學(xué)，絕大多數(shù)學(xué)生已經(jīng)厭煩了這種教育模式，都希望能夠升到高職院校之后得到放松。很多學(xué)生不是不想學(xué)習(xí)，而是因?yàn)槿狈α藢W(xué)習(xí)的興趣，缺少了學(xué)習(xí)的動(dòng)力，隨著時(shí)間的推移，甚至達(dá)到了疲倦的程度。因此，作為教師，在教學(xué)的過程中，就應(yīng)該通過多方面、多層次和多元化的教學(xué)手段來實(shí)施教學(xué)，以至于讓學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣，保持并發(fā)展這種有益的狀態(tài)，才能使課程教學(xué)狀況真正得到改善。

三、課程改革手段

1．列舉實(shí)例，吸引學(xué)生注意力教師只有熟悉學(xué)生感興趣的相關(guān)主題內(nèi)容，才能教師在課堂上針對(duì)學(xué)生的狀態(tài)靈活地講授，使教授的內(nèi)容貼近學(xué)生的生活，讓學(xué)生產(chǎn)生熟悉的親切感，以引起學(xué)生的注意，并進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容更深層次的好奇心和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。例如，在講解金屬的材料部分時(shí)認(rèn)為，概念不應(yīng)該被復(fù)制，而是應(yīng)該強(qiáng)調(diào)知識(shí)概念的焦點(diǎn)，因而引導(dǎo)學(xué)生，列出一些生活中常常遇到的實(shí)物例子。例如“金項(xiàng)鏈?zhǔn)屈S金做的”“用鋁做成的易拉罐”“車床床身是鑄鐵做的”“銅線做成的電線和電機(jī)”等。因?yàn)檫@些東西都是學(xué)生能夠看到，甚至是能夠使用得到的，已經(jīng)有了一定程度的認(rèn)知，所以，在講授金屬的性能時(shí)，很多同學(xué)就可以很快地理解和接受了。列舉實(shí)例的教學(xué)方法雖然簡(jiǎn)單，但卻能立刻貼近學(xué)生的實(shí)際生活，快速引起學(xué)生的注意，以達(dá)到良好的教學(xué)效果。這同時(shí)也要求教師在教學(xué)過程中應(yīng)多注意觀察生活，收集材料，以在教學(xué)中使用。

2．設(shè)置懸念，激發(fā)學(xué)生探究精神“金屬材料的力學(xué)性能”是教學(xué)的重要組成部分，但內(nèi)容很抽象，如果直接講授，很難引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也不利于學(xué)生的理解和接受，所以，在講述到一個(gè)新的知識(shí)點(diǎn)后，再繼續(xù)深入研究的時(shí)候，突然中斷講解，改換另一個(gè)話題，作為鋪墊。這時(shí)候，同學(xué)們就會(huì)有很大的反應(yīng)“接下來會(huì)是怎么樣了？”這時(shí)，讓大家先思考一下：“你覺得接下來應(yīng)該會(huì)產(chǎn)生怎么樣的效果呢？先動(dòng)動(dòng)腦筋思考一下，然后再一起來揭曉答案。”這樣給學(xué)生留下一個(gè)懸念，讓學(xué)生先自行地深入思考，也可以激發(fā)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)的興趣。

3．換位教學(xué)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)興趣就是把金屬材料與熱處理這門課當(dāng)做別的課程，以不同的講課方式來進(jìn)行。例如在鐵碳合金相圖這一章節(jié)時(shí)，就不再以金屬材料與熱處理的上課方式來講授了。因?yàn)閷W(xué)習(xí)相圖之前，大家已經(jīng)接受了很多枯燥的概念理論知識(shí)，再這樣講下去，學(xué)生肯定不會(huì)容易接受，而且會(huì)越聽越亂。這時(shí)，就可以告訴大家：“好了！同學(xué)們，既然我們現(xiàn)在對(duì)鐵碳合金相圖的基本相已經(jīng)有了一個(gè)大概了解，那現(xiàn)在就讓我們來放松一下，換一個(gè)題目來說，讓我們上一次美術(shù)課吧。”這時(shí)，就可以用生動(dòng)的語言來把相圖做一個(gè)比方，用美術(shù)的方式來把相圖描述出來，讓大家親手畫出來。等大家把它畫出來之后，才知道原來我們畫的就是鐵碳合金相圖。這樣大家對(duì)相圖的理解就會(huì)更加深刻了。

4．合作學(xué)習(xí)，增強(qiáng)團(tuán)結(jié)協(xié)作意識(shí)傳統(tǒng)的教學(xué)，缺少鍛煉學(xué)生獨(dú)立思考和探索的能力的手段，學(xué)生學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的能力很難得到改善。采用小組合作學(xué)習(xí)：一方面，不僅可以解決上述問題，同時(shí)，也提高了學(xué)生之間的協(xié)調(diào)能力和溝通能力，大大提高了學(xué)生之間的友誼和班內(nèi)的團(tuán)結(jié)；另一方面，學(xué)生單獨(dú)學(xué)習(xí)不容易找到自己的缺點(diǎn)，不容易解決疑難問題，不能有效提高學(xué)習(xí)效率，學(xué)生采用小組學(xué)習(xí)，共同討論研究，可以相互學(xué)習(xí)彼此的長(zhǎng)處和優(yōu)點(diǎn)，糾正自己的缺點(diǎn)和不足。

5．指導(dǎo)學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生興趣發(fā)展教師的指導(dǎo)方向起到至關(guān)重要的作用，適合學(xué)生的教育方式不但可以引發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，甚至對(duì)學(xué)生的一生都起到十分重大的影響。教師在教學(xué)過程中應(yīng)教給學(xué)生有效的學(xué)習(xí)方法，而不是一味地講解知識(shí)。所謂“授人以魚不如授之以漁”，最重要的是教會(huì)學(xué)生學(xué)習(xí)的方法，引導(dǎo)學(xué)生自己去探索，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過對(duì)學(xué)習(xí)方法的指導(dǎo)，主動(dòng)去辨別理解，將死知識(shí)化為活例子，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的能力和學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

作者：高峰 單位：遼寧工程職業(yè)學(xué)院

熱處理論文:金屬材料與熱處理課程改革

由于金屬材料與熱處理課程內(nèi)容存在涉及面廣，專業(yè)術(shù)語多，概念多且缺乏邏輯性，難理解，難記憶，學(xué)生感到抽象難懂，枯燥無味，找不到學(xué)習(xí)重點(diǎn)等特點(diǎn)，教學(xué)難度較大．為此，就該課程的特點(diǎn)，總結(jié)了一些行之有效的教學(xué)方法．

1課堂教學(xué)的改革

1.1直觀教學(xué)直觀教學(xué)即利用可視物體進(jìn)行直觀演示，把抽象問題具體化、可視化，便于理解掌握．不同內(nèi)容則采用不同的直觀教學(xué)手段．如在講解變形可分為彈性變形和塑性變形時(shí)，可以用一個(gè)橡皮筋來演示彈性變形的結(jié)果，用橡皮泥來演示塑性變形的結(jié)果．在講金屬的結(jié)晶與結(jié)構(gòu)時(shí)，晶胞、晶體及合金的組織構(gòu)造都采用模具來講解，這樣非常逼真，并能清楚地根據(jù)合金的組織構(gòu)造模型分析鐵碳合金組織中的鐵素體——奧氏體——滲碳體的含碳量逐漸增多的原因，以及力學(xué)性能不同的原因．學(xué)習(xí)鋼的牌號(hào)及用途時(shí)，就把準(zhǔn)備好的各種小零件帶到課堂上，說明它們的名稱、用途及用鋼的牌號(hào)，記憶很深刻．

1.2多媒體教學(xué)隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)用多媒體手段擴(kuò)充教學(xué)容量成為一種新的教學(xué)方法．多媒體教學(xué)具有信息容量大、形象直觀和容易接受的特點(diǎn)．教學(xué)中選擇大量和教學(xué)內(nèi)容緊密相連的圖片，如微觀結(jié)構(gòu)、鋼的加熱及冷卻的轉(zhuǎn)變?cè)硪约岸辖鹣鄨D等章節(jié)，把抽象的知識(shí)點(diǎn)通過生動(dòng)的圖片傳達(dá)出來，使學(xué)生的記憶升華，理解深刻且過目不忘．對(duì)于一些不能用圖片表達(dá)的知識(shí)點(diǎn)可以通過三維動(dòng)畫演示或視頻等方法來克服，如合金的凝固與擴(kuò)散過程及鋼的加熱與冷卻過程等，這樣可以把抽象的過程生動(dòng)形象地展示給學(xué)生．尤其是對(duì)工廠中生產(chǎn)和加工設(shè)備工作過程及具體的工藝操作，通過視頻展示可以大大激發(fā)學(xué)生的興趣，使學(xué)生熟悉工廠里的生產(chǎn)設(shè)備和具體的工藝操作，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)理論教學(xué)的不足．

1.3舉例和類比法教學(xué)舉例法和類比法是教學(xué)中常見而又有效的方法之一，通過舉一些貼近學(xué)生生活和經(jīng)驗(yàn)的實(shí)例，使學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容產(chǎn)生親切、熟悉的感覺，吸引學(xué)生的注意力．

1.3.1舉例教學(xué)如講解液態(tài)金屬的結(jié)晶過程，即原子由不規(guī)則排列的液態(tài)逐步過渡到規(guī)則排列的固態(tài)過程，聽起來感覺很抽象，因此可以采用舉例教學(xué)法來解釋．上課了大家都在自己的位置上坐得很整齊，每名學(xué)生相當(dāng)于原子，這時(shí)相當(dāng)于固態(tài)金屬；下課了，學(xué)生在教室走動(dòng)，教室雜亂無章，這時(shí)相當(dāng)于液態(tài)金屬，那么液態(tài)金屬的結(jié)晶就相當(dāng)于上課鈴聲，鈴一響，學(xué)生都回到自己的座位上坐好，這個(gè)過程就叫結(jié)晶，也就是原子由不規(guī)則排列的液態(tài)逐步過渡到規(guī)則排列的同態(tài)的過程．還有晶體缺陷、晶格等一些概念都可以舉一些通俗易懂的例子來解釋．

1.3.2類比法教學(xué)如固溶體的概念，書上的定義是“一種組元的原子溶入到另一種組元的晶格中所形成的均勻固相”．這樣的解釋很難讓學(xué)生理解，因此可以采用類比的方法來解釋，即先用大家都知道的溶液、溶質(zhì)和溶劑的概念做知識(shí)鋪墊，然后再解釋：在液態(tài)時(shí)，一種組元溶解到另一種組元中形成溶液，在凝固時(shí)，它們將共同組成一種晶格，這種晶格與其中的一種組元相同，晶格上有各種組元的原子，這種在固態(tài)下溶解有其它元素的組織叫做固溶體，或稱固體溶液，而與固溶體晶格相同的組元叫溶劑，其它組元叫溶質(zhì)．然后再以鐵、碳兩種組元為例說明，這樣不僅使學(xué)生明白了固溶體的形成，還使學(xué)生理解了固溶體的概念，學(xué)生思路清晰，將復(fù)雜的概念簡(jiǎn)單化，收到良好的教學(xué)效果．

1.4結(jié)合科研項(xiàng)目啟發(fā)學(xué)生的科研思維在教學(xué)中結(jié)合教師的相關(guān)課題，把學(xué)和研有機(jī)聯(lián)系起來，可以很好地啟發(fā)學(xué)生把所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的科研課題中，從而培養(yǎng)學(xué)生的科研思維和科研能力．如在講導(dǎo)熱系數(shù)對(duì)合金凝固的影響時(shí)，結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“銅電積用Pb-Sn-Re合金陽極性能影響研究”，由于鉛基中加入了合金元素Sn，Sn由于能跟熱空氣反應(yīng)生成較低傳熱系數(shù)的錫膜（SnO2），導(dǎo)致鉛合金在澆注時(shí)凝固時(shí)間變長(zhǎng)，表現(xiàn)出良好的流動(dòng)性，從而提高鉛合金的鑄造性能和機(jī)械性能．在講到溫度對(duì)晶粒長(zhǎng)大的影響時(shí)，結(jié)合省教育廳課題“銅冶煉渣中鐵橄欖石、無定形玻璃體解離及其資源化機(jī)理研究”，冷卻溫度包括緩冷、水淬及空氣中自然冷卻對(duì)銅、冰銅晶粒的影響，緩冷有利于晶粒長(zhǎng)大，有利于后續(xù)浮選回收．

2實(shí)踐教學(xué)改革

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是訓(xùn)練操作技能、培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)的重要途徑，可以有效培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)操作技能，以及分析問題和解決問題的能力．

2.1改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)合多年實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和探索，將實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容分為基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)（如金相實(shí)驗(yàn)、熱處理實(shí)驗(yàn)和硬度測(cè)試實(shí)驗(yàn)等）、綜合性實(shí)驗(yàn)（將單一的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)整合到一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，也稱“大實(shí)驗(yàn)”）和科研性實(shí)驗(yàn)（結(jié)合教師的科研項(xiàng)目進(jìn)行的研究性實(shí)驗(yàn)）．從而形成由基礎(chǔ)到綜合，從接受知識(shí)到綜合能力培養(yǎng)逐級(jí)提高的實(shí)驗(yàn)教學(xué)課程新體系．

2.2優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式由于學(xué)生人數(shù)多，實(shí)驗(yàn)設(shè)備數(shù)量有限，很多實(shí)驗(yàn)只能看指導(dǎo)教師演示操作，學(xué)生沒有動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，所以很多學(xué)生認(rèn)為做實(shí)驗(yàn)是看實(shí)驗(yàn)，甚至是湊熱鬧，無法對(duì)實(shí)驗(yàn)基本原理更深層次地理解，缺乏必要的從事科學(xué)研究和工程實(shí)踐的能力．經(jīng)優(yōu)化后把以前的演示實(shí)驗(yàn)改為以學(xué)生實(shí)踐操作為主．如鋁金的熔鑄實(shí)驗(yàn)，把以前按班級(jí)為單位分組改為5人一組，自愿組合，實(shí)驗(yàn)中學(xué)生輪流操作，教師指導(dǎo)．這樣每個(gè)學(xué)生都能參與實(shí)驗(yàn)，并在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入企業(yè)生產(chǎn)中的“競(jìng)爭(zhēng)與合作機(jī)制”，完成質(zhì)量高的小組最終實(shí)驗(yàn)成績(jī)要高，這樣學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極主動(dòng)性立刻得到提高，從而切實(shí)達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?

2.3增設(shè)綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)不僅可以把學(xué)生做過的實(shí)驗(yàn)及學(xué)過的理論知識(shí)貫穿起來，對(duì)所學(xué)知識(shí)有效的鞏固，還可以有效地激發(fā)學(xué)生的參與興趣，提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力．如在進(jìn)行金屬組織觀察實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果只是單純地利用顯微鏡觀察不同的金屬組織，學(xué)生往往覺得很枯燥，不愿積極參與，必須對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整．將材料加工企業(yè)實(shí)際熱處理后的一些報(bào)廢、過熱和過燒零件與正常零件比較，讓學(xué)生先進(jìn)行性能檢測(cè)，再觀察金相組織，用所學(xué)理論加以解釋．為了完成這些工作，必需查閱大量的文獻(xiàn)資料或與教師進(jìn)行充分討論，這樣學(xué)生的參與興趣就得到了很大的提高，且對(duì)實(shí)際零件的不同處理狀態(tài)有了更深刻的認(rèn)識(shí)．金屬材料和熱處理課程的教學(xué)中，教師應(yīng)靈活運(yùn)用教學(xué)方法，把學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性調(diào)動(dòng)起來，多給學(xué)生獨(dú)立實(shí)踐的機(jī)會(huì)，讓學(xué)生自己思考問題和解決問題，最終共同提高教學(xué)質(zhì)量．

作者：朱茂蘭 胡志彪 童長(zhǎng)青 單位：龍巖學(xué)院化學(xué)與材料學(xué)院