讲“学生听的懂、学的会”的热处理

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摘 要：金属材料与热处理是中职学校机械类专业的一门技术基础课，其中热处理是这门课程中非常重要的内容。本文针对近年来职业学校学生素质普遍下降的现状，在分析学生特点的基础上，探讨了如何有效开展热处理教学。

关键词：热处理 易教易学 易懂易用

现在，职业学生生源质量下降，学生中间很大一部分学习态度不明确、学习能力有限、学习动力不足。而热处理知识概念繁多、抽象枯燥、艰涩难懂，老师要将热处理知识讲清讲透，学生要学懂学会极其困难。因此，怎样讲学生听的懂、学的会的热处理，是教学过程中需重点解决的问题。

一、热处理的概念

热处理是采用适当的方式对固态金属材料或工件进行加热、保温和冷却，以获得预期的组织结构与性能的工艺。热处理工艺过程由加热、保温、冷却三个阶段组成。教师讲解时应轻概念、重过程，以便在热处理分类讲解时，学生能容易理解各类热处理的划分。

二、热处理的分类

热处理根据加热、保温、冷却方式的不同，分为不同的种类，一般分为常规热处理和表面热处理两大类。常规热处理又称为整体热处理，分为退火、正火、淬火和回火处理，生产中称为“四火”处理，其中退火常用的形式有完全退火、球化退火和去应力退火。表面热处理包括表面淬火和化学热处理，化学热处理常用的形式有渗碳、渗氮和碳氮共渗等。教师教学中可简单用下图示意。

三、热处理的应用

1.热处理工艺路线的制定

一般工件的加工过程可简化如下：毛坯预备热处理机械粗加工最终热处理机械精加工

（1）预备热处理。在毛坯制作完成以后，机械粗加工以前安排的热处理称为预备热处理。它的表现形式多为退火或正火处理，若工件需要也可再安排调质处理。预备热处理的作用主要有：消除毛坯制作中产生的内应力；改善切削加工性，为随后的机加工做准备；均匀组织、细化晶粒，为以后的热处理做好组织准备。

（2）最终热处理。在精加工之前安排的热处理称为最终热处理，它的表现形式多为淬火+回火、表面热处理等。最终热处理的作用是获得工件的使用性能要求，即工件使用时要求的力学性能。

2.热处理工艺路线分析

（1）预备热处理的选择。预备热处理的选择要看工件的材料。当工件是用低碳钢或中碳钢制作时，预备热处理一般选择正火处理，若正火不合适时可采用完全退火处理。当工件是用高碳钢制作时，预备热处理选择球化退火处理。具体可根据下式选择：

低碳钢（含碳量小于0.25%）正火（或完全退火）

中碳钢（含碳量0.25%～0.60%）正火（或完全退火）

高碳钢（含碳量大于0.60%）球化退火

（2）最终热处理的选择。最终热处理的选择，要根据钢件的使用性能要求，把钢件大致分为四大类。第一类是要求高硬度、高耐磨性的工件，譬如刀具、滚动轴承等，应选择淬火后低温回火来满足其使用性能要求。第二类是要求高弹性的工件，譬如弹簧、热锻模等，应选择淬火后中温回火来满足其使用性能要求。第三类是比较重要的、受力复杂的工件，譬如机床主轴等，应选择淬火后高温回火（又称为调质处理），来满足其使用性能要求。第四类是承受冲击载荷、扭转载荷及摩擦条件下工作的工件，譬如汽车、拖拉机里的变速齿轮等，这类工件要求表面具有高硬度、高耐磨性，而芯部则要具有足够的塑性及韧性，生产中称为“表里不一”外硬内韧的工件，应选择表面热处理来满足其使用性能要求。根据这类工件使用材料的不同，选择的表面热处理的类型也不一样，如果是用低碳钢制作的工件，应当采用渗碳后淬火加低温回火的处理工艺；如果是中碳钢制作的工件，应当采用表面淬火加低温回火的处理工艺。具体可根据下式选择：

①要求高硬度、高耐磨性的工件（如刀具）淬火+低温回火；

②要求高弹性的工件（如弹簧）淬火+中温回火；

③受力复杂的工件（如机床主轴）淬火+高温回火（即调质处理）；

④“表里不一”，外硬内韧的工件（如变速齿轮）表面热处理：

低碳钢渗碳+淬火+低温回火

中碳钢表面淬火+低温回火

实际应用时，可以很容易地区分第一类、第二类及第四类工件，其余不好严格区分的工件均可视作第三类工件，选择调质处理。

例1 现用T10A钢制造一把锉刀，试制定其热处理工艺路线。

思路：工件一般的加工过程为“毛坯预备热处理机械粗加工最终热处理机械精加工”，只需要把预备热处理和最终热处理的具体表现形式选择出来即可。

分析：锉刀是钳工常用的一种刀具，其性能要求高硬度、高耐磨性，是最典型的第一类工件，故最终热处理选择淬火+低温回火；材料是T10A钢，表示平均含碳量为1.0%的高级优质碳素工具钢，含碳量1.0%大于0.60%，为高碳钢，故预备热处理选择球化退火。其热处理工艺路线可写为：

毛坯球化退火机械粗加工淬火+低温回火机械精加工。

例2 现用15号钢制造汽车变速齿轮，试制定其热处理工艺路线。

思路：工件一般的加工过程为“毛坯预备热处理机械粗加工最终热处理机械精加工”，只需要把预备热处理和最终热处理的具体表现形式选择出来即可。

分析：汽车变速齿轮在工作中承受冲击载荷、扭转载荷及摩擦，要求表面具有高硬度、高耐磨性，而芯部则要具有足够的塑性及韧性，为典型的第四类“表里不一”外硬内韧的工件，故最终热处理应选择表面热处理来满足其使用性能要求。材料是15号钢，表示平均含碳量为0.15%的优质碳素结构钢，含碳量小于0.25%，为低碳钢，故表面热处理的具体表现形式为渗碳+淬火+低温回火。因为其是低碳钢，故预备热处理的具体种类选择为正火处理。其热处理工艺路线可写为：

毛坯正火机械粗加工渗碳+淬火+低温回火机械精加工。

教师讲课时可多举几个工件实例，或将同一工件用不同的材料来制作，让学生自己来思考、选择、比较，从而牢固掌握热处理知识。

现代职业教育以实用、够用为原则，以应用性为目的，因此教师在教学中应摒弃一些过深、过难的内容，只要求学生对于不同的工件会选择热处理种类，选择的方法也只需要按上述式子简单套用即可。这样使得教学安排降低了教学难度，提高了学生掌握知识的成就感，教学过程“易教易学，易懂易用”，获得了较满意的教学效果。

参考文献：

[1]韩志勇.金属材料与热处理（少学时）[M].北京：中国劳动社会保障出版社，2012.

（作者单位：河南省焦作市技师学院）