講“學生聽的懂、學的會”的熱處理

李詠梅

摘 要：金屬材料與熱處理是中職學校機械類專業的一門技術基礎課，其中熱處理是這門課程中非常重要的內容。本文針對近年來職業學校學生素質普遍下降的現狀，在分析學生特點的基礎上，探討了如何有效開展熱處理教學。

關鍵詞：熱處理 易教易學 易懂易用

現在，職業學生生源質量下降，學生中間很大一部分學習態度不明確、學習能力有限、學習動力不足。而熱處理知識概念繁多、抽象枯燥、艱澀難懂，老師要將熱處理知識講清講透，學生要學懂學會極其困難。因此，怎樣講學生聽的懂、學的會的熱處理，是教學過程中需重點解決的問題。

一、熱處理的概念

熱處理是采用適當的方式對固態金屬材料或工件進行加熱、保溫和冷卻，以獲得預期的組織結構與性能的工藝。熱處理工藝過程由加熱、保溫、冷卻三個階段組成。教師講解時應輕概念、重過程，以便在熱處理分類講解時，學生能容易理解各類熱處理的劃分。

二、熱處理的分類

熱處理根據加熱、保溫、冷卻方式的不同，分為不同的種類，一般分為常規熱處理和表面熱處理兩大類。常規熱處理又稱為整體熱處理，分為退火、正火、淬火和回火處理，生產中稱為“四火”處理，其中退火常用的形式有完全退火、球化退火和去應力退火。表面熱處理包括表面淬火和化學熱處理，化學熱處理常用的形式有滲碳、滲氮和碳氮共滲等。教師教學中可簡單用下圖示意。

三、熱處理的應用

1.熱處理工藝路線的制定

一般工件的加工過程可簡化如下：毛坯→預備熱處理→機械粗加工→最終熱處理→機械精加工

（1）預備熱處理。在毛坯制作完成以后，機械粗加工以前安排的熱處理稱為預備熱處理。它的表現形式多為退火或正火處理，若工件需要也可再安排調質處理。預備熱處理的作用主要有：消除毛坯制作中產生的內應力；改善切削加工性，為隨后的機加工做準備；均勻組織、細化晶粒，為以后的熱處理做好組織準備。

（2）最終熱處理。在精加工之前安排的熱處理稱為最終熱處理，它的表現形式多為淬火+回火、表面熱處理等。最終熱處理的作用是獲得工件的使用性能要求，即工件使用時要求的力學性能。

2.熱處理工藝路線分析

（1）預備熱處理的選擇。預備熱處理的選擇要看工件的材料。當工件是用低碳鋼或中碳鋼制作時，預備熱處理一般選擇正火處理，若正火不合適時可采用完全退火處理。當工件是用高碳鋼制作時，預備熱處理選擇球化退火處理。具體可根據下式選擇：

低碳鋼（含碳量小于0.25%）→正火（或完全退火）

中碳鋼（含碳量0.25%～0.60%）→正火（或完全退火）

高碳鋼（含碳量大于0.60%）→球化退火

（2）最終熱處理的選擇。最終熱處理的選擇，要根據鋼件的使用性能要求，把鋼件大致分為四大類。第一類是要求高硬度、高耐磨性的工件，譬如刀具、滾動軸承等，應選擇淬火后低溫回火來滿足其使用性能要求。第二類是要求高彈性的工件，譬如彈簧、熱鍛模等，應選擇淬火后中溫回火來滿足其使用性能要求。第三類是比較重要的、受力復雜的工件，譬如機床主軸等，應選擇淬火后高溫回火（又稱為調質處理），來滿足其使用性能要求。第四類是承受沖擊載荷、扭轉載荷及摩擦條件下工作的工件，譬如汽車、拖拉機里的變速齒輪等，這類工件要求表面具有高硬度、高耐磨性，而芯部則要具有足夠的塑性及韌性，生產中稱為“表里不一”外硬內韌的工件，應選擇表面熱處理來滿足其使用性能要求。根據這類工件使用材料的不同，選擇的表面熱處理的類型也不一樣，如果是用低碳鋼制作的工件，應當采用滲碳后淬火加低溫回火的處理工藝；如果是中碳鋼制作的工件，應當采用表面淬火加低溫回火的處理工藝。具體可根據下式選擇：

①要求高硬度、高耐磨性的工件（如刀具）→淬火+低溫回火；

②要求高彈性的工件（如彈簧）→淬火+中溫回火；

③受力復雜的工件（如機床主軸）→淬火+高溫回火（即調質處理）；

④“表里不一”，外硬內韌的工件（如變速齒輪）→表面熱處理：

低碳鋼→滲碳+淬火+低溫回火

中碳鋼→表面淬火+低溫回火

實際應用時，可以很容易地區分第一類、第二類及第四類工件，其余不好嚴格區分的工件均可視作第三類工件，選擇調質處理。

例1 現用T10A鋼制造一把銼刀，試制定其熱處理工藝路線。

思路：工件一般的加工過程為“毛坯→預備熱處理→機械粗加工→最終熱處理→機械精加工”，只需要把預備熱處理和最終熱處理的具體表現形式選擇出來即可。

分析：銼刀是鉗工常用的一種刀具，其性能要求高硬度、高耐磨性，是最典型的第一類工件，故最終熱處理選擇淬火+低溫回火；材料是T10A鋼，表示平均含碳量為1.0%的高級優質碳素工具鋼，含碳量1.0%大于0.60%，為高碳鋼，故預備熱處理選擇球化退火。其熱處理工藝路線可寫為：

毛坯→球化退火→機械粗加工→淬火+低溫回火→機械精加工。

例2 現用15號鋼制造汽車變速齒輪，試制定其熱處理工藝路線。

思路：工件一般的加工過程為“毛坯→預備熱處理→機械粗加工→最終熱處理→機械精加工”，只需要把預備熱處理和最終熱處理的具體表現形式選擇出來即可。

分析：汽車變速齒輪在工作中承受沖擊載荷、扭轉載荷及摩擦，要求表面具有高硬度、高耐磨性，而芯部則要具有足夠的塑性及韌性，為典型的第四類“表里不一”外硬內韌的工件，故最終熱處理應選擇表面熱處理來滿足其使用性能要求。材料是15號鋼，表示平均含碳量為0.15%的優質碳素結構鋼，含碳量小于0.25%，為低碳鋼，故表面熱處理的具體表現形式為滲碳+淬火+低溫回火。因為其是低碳鋼，故預備熱處理的具體種類選擇為正火處理。其熱處理工藝路線可寫為：

毛坯→正火→機械粗加工→滲碳+淬火+低溫回火→機械精加工。

教師講課時可多舉幾個工件實例，或將同一工件用不同的材料來制作，讓學生自己來思考、選擇、比較，從而牢固掌握熱處理知識。

現代職業教育以實用、夠用為原則，以應用性為目的，因此教師在教學中應摒棄一些過深、過難的內容，只要求學生對于不同的工件會選擇熱處理種類，選擇的方法也只需要按上述式子簡單套用即可。這樣使得教學安排降低了教學難度，提高了學生掌握知識的成就感，教學過程“易教易學，易懂易用”，獲得了較滿意的教學效果。

參考文獻：

[1]韓志勇.金屬材料與熱處理（少學時）[M].北京：中國勞動社會保障出版社，2012.

（作者單位：河南省焦作市技師學院）