金属材料热处理.docx

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金属材料热处理

Revisedasof23November2020

金属材料热处理

浅谈《金属材料及热处理课》的复习

管书才

内容摘要金属材料及热处理课是一门专业基础理论课，技工学校机械专业的学生学得好差，掌握得透彻与否，直接关系到同学们在以后生产实际中工作能力，由于同学们基础较差，对一些问题难以理解，因此到了期末进行复习时，如何提高他们的复习效率，帮助他们掌握较多的理论知识，以便在今后较好地

为生产实际服务，则是我们教此科目的老师一项义不容辞的责任，笔者经过一阶段的探索，提出了用10句话顺口溜的方法，复习效果较好。

关键词顺口溜提高复习效率

　　金属材料是现代工业、农业、国防及科学技术等部门使用最广泛的材料。

它之所以获得广泛的应用，不仅是由于它的来源丰富，而且还由于它具有优良的性能。

此外，金属材料品种多，性能各异，可以通过不同的加工方法（例如热处理），使金属材料的某些性能获得进一步的改善，从而扩大其使用范围。

　　作为机械制造的技术工人，无论从事机械制造或维修工作，都会遇到金属材料的选用及热处理问题。

在生产中，如果选材不当，或者零件的执处理工艺选得不合理，将使零件不能满足使用要求，而使设备过早地损坏，造成很大的经济损失。

为此，我们必须掌握常用金属材料的成分、加工方法、组织、性能、用途之间相互联系的基本知识，并运用这些知识去解决实际生产中遇到的具体问题。

这就是我们学习本课程的目的。

　　《金属材料与热处理》是一门技术基础课，它的内容主要包含以下几个部门：

　　1、钢铁材料的冶炼

　　介绍金属材料的概念、分类及其生产过程。

重点放在钢铁材料的生产过程。

　　2、金属的性能

　　介绍金属的物理、化学、力学及工艺等性能。

　　3、金属学的基础知识

　　介绍金属和合金的晶体构造及其结晶过程，以及金属的成分、温度和组织之间的相互关系及变化规律。

　　4、钢的热处理

　　介绍热处理的基本理论及各种热处理工艺的目的和方法。

　　5、常用的金属材料

　　介绍碳钢、合金钢、铸铁、有色金属及硬质合金等金属材料的牌号、成分、组织、热处理、性能及用途。

鉴于机械专业技校生掌握这门课的必需性以及同学们学起来有一定难度，平时往往还未全面掌握，在期末进行复习时，提高他们复习效率，帮助他们理解和融会贯通尤为重要，采用一般从前到后按顺序复习方法，往往效果不太好，为此笔者经过一段时间探索，概括全书，提出了“顺口溜”的复习方法，共10句，它们是：

　　1金属材料热处理，

　　2钢铁材料最重要。

　　3铁碳相图作纲要，

　　4选材热处理有依靠。

　　5硬质合金作刀具，

　　6轴承合金作滑动。

　　7正火退火去应力，

　　8淬火回火变魔术。

　　9牢牢记住主干线，

　　10成分组织与性能。

　　首先要求大家熟读这10句话，多读几遍，然后一句一句加以理解。

1金属材料热处理同学们读这句话，首先要知道，这本书主要由金属材料和热处理两部分组成，要知道金属材料分类和工厂中热处理种类。

　　热处理共分正火、退火、淬火、回火、表面热处理等五种。

2钢铁材料最重要读这句话大家要知道，工厂中用得最多的材料是钢和铁，许多重要关键场合都是用钢铁材料制造的，钢铁的产量、质量，在当今世界甚至是一个国家综合实力的标志。

同时同学们要简单了解钢铁是怎么生产出来的，钢与铁是完全不同的两种材料，它们彼此之间的性能完全不一样，联系到以后的热处理，即使是同一种钢，经过不同的热处理，其最后性能不一样。

　　3铁碳相图作纲要4选材热处理有依靠读了这两句话，同学们要知道，铁碳相图，是我们选材的基础，它是清楚地表明了铁碳合金成分、温度、组织三者之间关系的一个“地图”，同一种成分不同温度，同一种温度不同成分，它们组织不同，以及室温组织随含碳量的变化，最终导致钢材力学性能的变化，只有掌握和透彻理解铁碳相图，才能得心应手地选材用材。

特别是室温组织随着含碳量变化，铁素体和渗碳体相对比例发生变化,钢的组织和性能发生变化,由此导致它的力学性能发生变化。

08~25钢属低碳钢，这类钢的强度、硬度较低，塑性、韧性及焊接性良好。

主要用于制作冲压件、焊结构件及强度要求不高的机械零件及渗碳件，如深冲器件、压力容器、小轴、销子、法兰盘、螺钉和垫圈等。

30~55钢属中碳钢，这类钢具有较高的强度和硬度，其塑性和韧性随含碳量的增加而逐步降低，切削性能良好，这类钢经调质后，能获得较好的综合性能。

主要用来制作受力较大的机械零件，如连杆、曲轴、齿轮和联轴节等。

60钢以上的牌号属高碳钢，这类钢具有较高的强度、硬度和弹性，但焊接性不好，切削性销差，冷变形塑性能低。

主要用来制造具有较高强度、耐磨性和弹性的零件，如气门弹簧、弹簧垫圈、板簧和螺旋弹簧等弹性元件及耐磨件。

因此我们对工作中受力不一样的零件应选用含碳量不同的钢材。

另外铁碳相图是我们热处理制定工艺时最根本的参考，热处理加热时各种温度如Ac1、Ac3等的确定都是依据Fe-C相图的，如果弄错了非但达不到应有的目的，甚至会恰得其反，所以就要求同学们要熟练记住铁碳相图，并要透彻理解，另外还要会看金相组织照片。

5硬质合金作刀具读了这句话，同学们要知道，硬质合金是一种特殊的金属材料，它是由很硬的碳化物和粘结剂，用粉末冶金方法制成的一种金属材料，硬度高、红硬性高、耐磨性好，硬质合金在室温下的硬度可达HRA86~93，在900~1000℃温度下仍有较高的硬度。

故硬质合金刀具在使用时，其切削速度、耐磨性及寿命都比高速钢显着提高。

抗压强度高，但抗弯强度低。

按成分与性能特点，常用的硬质合金有三类。

钨钴类硬质合金，钨钴钛类硬质合金，通用硬质合金，注意它们之间的区别，实际应用时车不同的金属材料，选择不一样。

6轴承合金作滑动读了这句话，同学们知道轴承合金是一种有色金属，它主要由软基体和硬质点两部分组成，要求有足够的强度和硬度，以承受轴颈较大的压力；高的耐磨性，低的摩擦系数，以减少轴颈的磨损；足够的塑性和韧性，较高的疲劳强度，以承受轴颈的交变载荷，并抵抗冲击和振动；良好的导热性及耐蚀性，以利于热量的散失和抵抗润滑油的腐蚀；较小的摩擦系数，防止因磨擦升温而发生咬合；良好的磨合性，使其与轴颈能较快的紧密地配合。

要注意，这里的轴承指的是滑动轴承，与滚动轴承不一样，如GCr15，它是一种滚动轴承钢。

7正火退火去应力8淬火回火变魔术读了这两句话，同学们知道，正火与退火的基本目的相同，正火主要是空冷，退火主要是随炉冷却，处理结果有所不同，淬火是钢强化的一种重要手段，尤其要掌握淬火加热温度，冷却介质，不同的淬火方法，淬透性与淬硬性，淬火缺陷等重要概念，同学们必须知道，淬火后工件存在很大的内应力，淬火后必定要回火，回火是紧跟在淬火后面，好象人吃了饭，要洗饭碗一样。

回火的目的是消除应力，调整力学性能。

回火有三种不同的方法，低温回火，中温回火，高温回火。

淬火和三种不同的回火方法配合，结果不一样，用途不一样。

低温回火（<250℃）低温回火得到的组织是回火马氏体，其性能是：

具有高的硬度（HRC58~64）和高的耐磨性，和一定的韧性。

低温回火主要用于刀具、量具、拉丝模以及其它要求硬而耐磨的零件。

中温回火（350~500℃）中温回火得到的组织是回火抵氏体，其性能是：

具有高的弹性极限、屈服点和适当的韧性，硬度可达40~50HRC。

中温回火主要用于弹性零件及热锻模等。

高温回火（>500℃）高温回火得到的组织是回火索氏体，其性能是：

具有良好的综合力学性能（足够的强度与高韧性相配合）硬度达25~40HRC。

生产中常把淬火及高温回火的复合热处理工艺称为“调质”。

调质处理广泛用于受力构件，如螺栓、连杆、齿轮、曲轴等零件。

注意同样的40钢调质和正火的组织区别及性能差异。

9牢牢记住主干线10成分组织与性能统观全书，回过头来，同学们知道，学好金属材料及热处理，关键是要抓住主干线，不同的地方选用不同的金属材料，而金属的性能，是由成分、组织、热处理等因素决定的，用数学函数关系可表示为：

性能=f（成分、组织、热处理），只有透彻理解它们彼此之间的关系，才能达到合理的选材用材。

最后，通过以上这10句顺口溜的学习，再结合一些图片和生产实际，使同学们达到关起书本，基本上掌握书本的主要知识和道理，为生产实际服务。

这样我们的提高复习效率的目的也就达到了

《金属材料与热处理》教学中的难点分析

来源：

[08-10-2708:

39:

00]作者：

王丽荣编辑：

studa20

摘要铁碳合金相图的识读和应用是《金属材料与热处理》教学中的一个难点，如何突破难点，达到好的教学效果，是教师经常讨论的问题，本文对解决这一难点进行探讨并提出一些见解和解决方法。

关键词力学性能内部组织同素异构转变铁碳合金相图化学成分

“金属材料与热处理”是技校理论教学课程中一门与生产实践联系比较密切的课程，是机械专业学生学习各专业工艺学与生产实习课的基础。

通过对这门课的学习，不仅可以帮助学生掌握常用钢材料的成分、组织、性能及热处理工艺之间的相互关系，同时可以培养学生正确选择和合理使用材料、制订和掌握热处理工艺规范等多方面的能力。

本课程主要包括：

①金属的性能；②金属学的基础知识；③钢的热处理；④常用金属材料等内容。

其中第二部分金属学的基础知识是整门课程的基础知识，它3介绍金属和合金的晶体结构及其结晶过程；铁碳合金相图的建立、识读和应用。

如果这部分基础知识没有掌握好，那么学生对前面所讲的金属性能的知识只会一知半解，而后部分钢的热处理和常用的金属材料的知识就会没办法理解和掌握。

所以第二部分知识是这门课程整个教学内容的重点，它起到一个承前启后、画龙点睛的作用：

同时由于这部分知识的内容较为抽象（如合金的晶体结构，结晶的过程：

铁碳合金相图的建立过程）没有具体实验和教具可以演示，加上技校学生没有实践感性认识的基础，缺少对这部分知识的感知认识，致使在教学中学生学和老师教都存在一定的难度。

下面我就这一重难点的突破，作一些初浅的探讨。

一、深入分析，找出突破口

金属学的基础知识这部分内容主要有3个章节的教学内容，学生在学习过程中普遍对第四章“铁碳合金的组织”，“铁碳合金相图的建立、识读、应用”等几个知识点较难理解和掌握，而教师对这部分知识在教学过程也常常出现很难讲明讲透的现象。

其实在这个难点的处理上，我们只要深入分析，找出知识贯穿点，就很容易找到突破口。

我们可以给学生列一关系式进行分析如图：

碳组成温度决定材料的内部组织

铁————————材料的力学性能

各种微量元素材料的化学成分材料的选用

这个关系式清楚地告诉我们材料的选用是根据钢材的力学性能（强度、硬度、塑性、韧性等）来确定的，材料的力学性能是由材料的内部组织来确定的，而内部组织的转变则是由温度变化和材料的化学成分不同而引起的，并且材料的化学成分是由碳、铁和一些微量元素组成，其中变化最大的是碳的含量，决定了材料的内部组织的变化。

通过这样分析，学生就很容易理解：

为什么含碳量越多钢材的强度越高，而塑性、韧性则降低因为含碳量的大小改变了材料的内部组织，组织变化必然引起力学性能变化：

为什么相同成分的钢材加温到相同高的温度，由于采用不同冷却方式，最终得到力学性能也不同因为温度变化改变钢材内部组织而引起力学性能变化。

很清楚，问题的关键就是钢材内部组织，则钢材内部组织就是难点的切入点。

只要了解了铁碳合金内部组织的定义、性能、变化原因，那么识读铁碳合金相图就会迎刃而解。

二、深入浅出，化繁为简

铁碳合金的组织在教科书中介绍较为抽象。

例如：

固溶体的概念，书上的定义是“一种组元的原子溶入到另一组元的晶格中所形成的均匀固相。

”这样的解释很难让学生。

例如：

固溶体的概念，书上的定义是“一种组元的原子溶入到另一组元的晶格中所形成的均匀固相。

”这样的解释很难让学生理解。

如果我们在教学过程中，通过实际的例子告诉学生，当纯铁加热到熔化后，碳元素可以溶解到铁水中去，铁水凝固成固态时，碳元素仍被留在铁中，这种在固态下溶解有其他元素的组织叫做“固溶体”，又因为纯铁在固态下有同素异构转变，即有α-Fe和γ-Fe两种晶格，其对碳元素的溶解能力不同，所以就形成了两种固溶体，分别叫做“铁素体”和“奥氏体”，它是铁碳合金基本组织中的两个组织。

这样解释，学生的思路就会很清晰，将复杂的抽象的概念简单化，很容易理解和掌握知识并收到良好的教学效果。

同样在分析铁碳合金相图时，我们也可以先将图中标注的铁碳合金组织化繁为简，采用简单易懂的语言、文字来讲解铁碳合金组织的定义。

并将其归纳如下表：

铁碳合金组织

组织名称符号组织类型含碳量晶格类型力学性能

铁素体F固溶体0~％α-Fe体心立方晶格近似于铁，温度、硬度不高，塑性、韧性良好

奥氏体A固溶体％~％γ-Fe面心立方晶格强度、硬度不高，塑性好（易锻造）

渗碳体Fe3C金属化合物％斜方晶体硬而脆，塑性、韧性很差

珠光体P机械混合物％α-Fe体心立方晶格介于铁素体和渗碳体

高温莱氏体Ld机械混合物％γ-Fe面心立方晶格介于奥氏体和渗碳体

低温莱氏体L’d机械混合物％α-Fe体心立方晶格介于奥氏体和渗碳体

通过对合金组织的分析，让学生掌握了铁碳合金组织的概念、性质，同时也要让学生了解铁碳合金组织是如何随温度变化而发生转变的，在这个难点的突破方法上，教师可以以“金属同素异构转变”这个知识点作为切入口。

我们知道金属在固态下随温度的改变；由一种晶格转变为另一种晶格的现象，称为同素异构转变。

以纯铁为例，液态纯铁在1538℃进行结晶，得到具有体心立方晶格δ-Fe，继续冷却到1394℃时发生同素异构转变，δ-Fe转变为面心立方晶格γ-Fe，再冷却到912℃时又发生同素异构转变，γ-Fe转变为室温体心立方晶格的α-Fe。

由于金属晶格存在着随温度改变而发生晶格变化的特性，导致金属组织随温度的变化而发生转变。

以铁碳合金组织为例，铁碳合金组织是由基体纯铁和碳组成，温度变化使基体纯铁晶格发生转变，不同晶格的基体和不同含量的碳组合，就会出现不同的铁碳合金组织，这就是铁碳合金组织会随温度变化而产生变化的原因。

清楚这点后，我们再对照看铁碳合金相图就一目了然。

温度、含碳量、材料组织、力学性能等，在图中就能分析得很清楚。

例如：

温度为600℃，含碳量为％的钢材的组织是Ld+Fe3C-莱氏体+渗碳体，力学性能是脆而硬的组织。

而含碳量为％的钢材室温组织为F+P-铁素体+珠光体，这种组织的力学性能是有一定强度、硬度、并具有良好的塑性、韧性。

三、归纳，加深理解和记忆

前面我们将重点、难点的知识内容作了具体分析讲解，为了加深学生对这部分知识点的理解和记忆，达到更好的教学效果，最后还可以将金属的基础知识这部分教学内容归纳小结为：

1、金属的晶体结构是由原子有规则的排列所形成，原子排列的具体方式不同，便组成了几种不同类型的晶格（体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格）。

2、纯铁组织中不同类型晶格对碳元素的溶解能力不相同，形成不同类型的铁碳合金基本组织。

3、纯铁在固态下，随温度转变会出现不同的晶格类型。

这种现象称为同素异构转变。

4、铁碳合金的5种基本组织（铁素体、奥氏体、渗碳体、珠光体、莱氏体）由于各自基体中的含碳量不同，表现出来的力学性能就不一样，组织之间会随温度改变而发生相互之间的转变。

如：

含碳量为％的钢，在8000℃时的组织是奥氏体，而在室温下组织转变为珠光体。

转变的原因是由于铁碳合金的基体铁发生同素异构转变。

5、铁碳合金相图是表示铁碳合金成分、组织和温度三者之间相互关系的图表，图中标明铁碳合金组织的变化，主要受含碳量和温度的改变而发生变化。

6、铁碳合金相图主要应用在钢材料的选用和热加工工艺的制订两方面。

教学难点的突破，关键在于教师教学得法，引导有方。

除了将难点分散讲解，化繁为简，解决问题外，最后还应善于总结归纳，找出重点，以加深学生对知识的理解和记忆。

对教学中难点的处理，在教学中有许多种方法，我们针对学生的基础差异、专业学科的不同情况，在现实教学过程中不断摸索和探讨，找出有效的教学方法