熱處理工藝論文范文
時間：2023-03-22 22:15:00
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篇1
要提高連鑄輥輥體材料的性能應從以下幾方面入手:1)通過調整輥體材料的成分、增加合金成分的含量，提高淬透性;2)控制鍛坯冶煉和鍛造質量，提高材料的均勻性和純凈度，改善夾雜物形態，降低有害元素含量;3)采用能細化組織及晶粒的熱處理工藝，提高材料的斷裂韌性，降低裂紋擴展速度。
1．1輥體材料成分設計小爐冶煉的材料成分如表3所示，為保證一定的強度，規定了最低含碳量，為增加輥體材料的淬透性，Mn含量選取上限，三爐Ni、Cr含量進行了相應調整。其中01#與目前寶鋼使用的R73連鑄輥成分基本一致。
1．2熔煉方法三爐原料均采用IF鋼以降低P、S含量，在50kg感應爐中冶煉，鑄成電極棒，然后采用30kg電渣爐進行重熔，最終得到120mm電渣錠。
1．3鍛造將120mm電渣錠鍛成30mm×400mm拉伸試樣毛坯、32mm×32mm×180mm沖擊試樣毛坯和40mm×26mm×450mm的J積分試樣毛坯。鍛造毛坯經950℃正火+650℃高溫回火后，機加工至一定尺寸再進行調質熱處理。
1．4調質熱處理在鹽浴爐中進行調質加熱，在井式電爐中進行回火處理，爐溫均經過校正。調質工藝采用二種方案:1)900℃水冷+690℃回火空冷2)900℃空冷+690℃回火空冷最終硬度均要求在連鑄輥輥體材料所規定的硬度范圍內，即32－37HSD，采用900℃空冷的目的是:比較在不同熱處理方式下三種成分的連鑄輥輥體內部性能和金相組織的差別。
1．5金相組織及性能測試分析經調質熱處理的試樣測試硬度值后，分別按GB/T228－2010、GB/T229－2007和GB/T21143－2007標準，進行拉伸、室溫沖擊、J積分試驗。三種成分的試驗鋼種經調質處理后，采用OLYMPUS－BX51金相顯微鏡進行微觀組織分析，沖擊斷口形貌采用NOVANANOSEM430型掃描電子顯微鏡觀察分析。
2試驗結果分析
小爐冶煉的三爐試驗材料實際成分如表4所示，機械性能測試結果如表5所示，03#金相組織及斷口電鏡圖片如圖1、圖2所示。
3結果討論分析
圖1是03#試樣調質后的金相照片，從圖中可以看出組織由已經再結晶的鐵素體和均勻分布的細粒狀滲碳體組成，并且滲碳體充分析出，均勻彌散分布，基體呈細小的等軸狀。因此03#經調質處理后，具有較高的強度和硬度，同時具有更好的塑性和韌性，綜合力學性能優異。圖2是03#沖擊試樣的斷口形貌，從圖中可以看出斷口形貌呈韌窩狀，基本由圓形或者橢圓形的凹坑－韌窩組成，由此可以推斷在沖擊斷裂過程中發生了明顯的塑性變形，進一步說明了03#的塑性和韌性較好。由表5結果可知，在第一種熱處理條件下，03#成分試樣的強度雖然比R73、01#和02#略低，但強度值仍大于700MPa，滿足了使用要求;而韌性指標大幅度提高，其中延性斷裂韌度03#比01#提高了48%，沖擊吸收功03#比R73提高了78%，塑性也得到了很大的提高，其中收縮率03#比R73提高了14%，因此03#在水淬和高溫回火的情況下，綜合力學性能良好。分析其主要原因在于03#中Ni和Cr的含量較高，部分溶于基體的Ni和Cr的產生了固溶強化，另外部分未溶的Ni和Cr以強化相的形式析出，這樣實現了既保證強度達標又不降低韌性的目的［8］。斷裂韌度對連鑄輥來說是極重要的指標，連鑄輥在惡劣的工況條件下，堆焊層經冷熱疲勞最終要產生裂紋，產生的裂紋將向連鑄輥內部擴展，高的斷裂韌度，裂紋就不容易向輥體內部擴展，因此提高連鑄輥的關鍵在于獲得高的斷裂韌性［7］，由此可見03#成分對于防止疲勞裂紋的擴展具有重要的意義。另外在900℃空冷狀態下，經高溫回火后，其沖擊功03#成分也比01#、02#高，可預期連鑄輥內部在冷卻速度比表面緩慢的情況下，采用03#成分的連鑄輥塑韌性也要比01#、02#連鑄輥好。從材料經過兩種不同的熱處理工藝后得到的力學性能上看，水冷和空冷所得的硬度基本一致，但是從強度上看水冷的要稍微低于空冷的，而在塑韌性上，水冷要高于空冷，尤其是沖擊吸收功上，水冷后回火的值要比空冷后回火的高24%以上。而提高連鑄輥使用壽命的關鍵就在于提高韌性，因此采用水冷后高溫回火工藝更加合適，使用壽命也會有所提高。另外，可以從理論上判斷鍛件淬火能否直接采用水冷。根據熱處理手冊，首先應當考慮鍛件化學成分和基礎性能的影響，一般可以采用碳當量的計算公式計算，如公式1所示。按此式計算03#成分:［C］=0．56%≤0．75%，由此可見03#鋼雖然提高了Ni、Cr含量，但是整體的碳當量還是處于較低的水平，所以水淬是安全的，不會引起巨大的內應力而淬裂的產生。從生產效率上看，直接水淬需要的時間更短，效率也更高，因此03#最佳的熱處理工藝是900oC水冷+690oC回火空冷。
4結論
篇2
1．1試劑與儀器KBr，光譜純;聚奧炸藥，204所提供。精密烘箱，成都天宇試驗設備有限責任公司，CK-30型，量程10～200℃，溫度均勻度±1℃，溫度波動度≤±1℃。傅里葉變換紅外光譜儀，德國布魯克公司，Vertex70型，光譜范圍4000～400cm－1，采用中紅外光源。
1．2試驗原理有機炸藥不同晶型之間雖分子結構式相同，但存在空間異構體，可以利用紅外光照射物質后，不同結構的基團或官能團產生不同的吸收峰來確定物的結構，不同晶型的空間異構體，其紅外吸收特征峰存在個體差異;采用烘箱模擬退火及回火過程熱效應處理炸藥試樣及導爆索，對炸藥及索內炸藥進行紅外光譜分析，研究紅外吸收峰結構變化情況與保溫試驗溫度、時間的關系，制定熱處理工藝。
1．3試驗方案設計結合HMX轉晶溫度(158℃)，及銀質導爆索常規去應力和軟化溫度(160～175℃)，在此溫度對聚奧炸藥進行短時間保溫，或在低于此溫度附近選擇不同溫度、保溫不同時間研究其結構變化情況。設計選擇4步方案進行分析并采集紅外光譜圖。即:1)175℃，保溫時間≤5h;2)160℃，保溫時間≤8h;3)150℃，保溫時間≤25h;4)130℃，保溫時間≤26h。對于4個方案，首先分析原態炸藥在不同的方案的紅外光譜圖，比較分析其與β-HMX及α-HMX晶型的相關度，以制定初步熱處理條件。然后依據初步熱處理條件制定的方案，模擬拉索熱處理過程，選擇銀導爆索在進行退火處理之前和退火處理之后兩步方案，進行模擬試驗及紅外光譜測試，對比分析其與β-HMX標準紅外圖譜的相關度，研究不同保溫溫度、保溫時間與相關度的關系，確定最終的退火回火熱處理參數條件。通過試驗研究，選擇既滿足金屬銀導爆索拉伸性能及導爆索拉制安全性，又保持晶型不發生轉變的適宜參數條件，確定熱處理工藝。
2結果與討論
2．1炸藥試驗結果與討論
2．1．1聚奧炸藥175℃模擬保溫試驗將聚奧炸藥加熱至175℃，保溫3、4、5h，采集紅外光譜圖，如圖1。HMX的4種晶型中，能穩定存在的為α、β、γ型，β型是作為含能材料使用要求的晶型，高于轉晶溫度時，其會轉換成不穩定的δ型，δ型在室溫下放置后會有部分轉變為α型，影響產品的性能，β及α2種晶型奧克托今炸藥的標準紅外光譜圖見圖2。在紅外光譜中，以β-HMX標樣圖譜為參比，建立快速比較方法，利用軟件快速比較計算出試樣圖譜相對于標樣圖譜吸收峰的相似程度，得到相關度數據。經過對圖1中3張圖譜的對比分析，結果表明:在175℃保溫3～5h過程中，其紅外吸收峰與β-HMX及α-HMX相比差異較大，與常規β-HMX相關度由最初的98．90%降為50．77%。表明聚奧炸藥在175℃保溫3h以上即發生晶型變化。
2．1．2聚奧炸藥160℃模擬保溫試驗將聚奧炸藥加熱至160℃，保溫4～8h，得到保溫4、5、6、7、8h5張紅外光譜圖(疊加)，如圖3。經過圖譜快速比較方法，結果表明:在160℃保溫4～8h過程中，其紅外吸收峰與β-HMX及α-HMX相比差異較大，與β-HMX相關度由最初的98．90%降為22．64%，表明聚奧炸藥在160℃保溫4h以上即發生晶型變化。
2．1．3聚奧炸藥150℃模擬保溫試驗將聚奧炸藥加熱至150℃，保溫22h，每2h選取一份試樣，之后繼續保溫3h，每1h選取一份樣 品進行紅外光譜分析，共采集14張紅外光譜圖進行比較，如圖4、圖5。圖4中，自上而下依次為150℃保溫時間2、4、6、8、10、12、14h的紅外光譜比較圖;圖5依次為16、18、20、22、23、24、25h的紅外光譜比較圖，分析14個紅外光譜吸收峰相近，其結構為β-HMX，比較分析150℃保溫不同時間圖譜與β-HMX紅外圖譜相關度，結果表明:在2h至23h，相關度為97．15%以上;保溫至24h，相關度下降為91．82%，聚奧炸藥在150℃保溫23h以上晶型發生變化。
2．1．4聚奧炸藥130℃模擬保溫試驗將聚奧炸藥加熱至130℃，保溫18h，每3h取一份，繼續保溫8h，每2h取一份樣品進行紅外光譜分析，比較采集的10張圖譜，10個紅外光譜吸收峰相近，分析結構為β-HMX結構，130℃保溫不同時間圖譜與β-HMX紅外圖譜相關度數據見表1。表1中，聚奧炸藥與β-HMX紅外圖譜相關度在3h至24h為97．21%以上;繼續保溫至26h，相關度略有下降，為93．75%，表明聚奧炸藥在130℃保溫25h以上晶型才有輕微變化。
2．2銀導爆索試驗結果與討論炸藥裝索后，在熱處理過程中存在熱積累、炸藥裝填密實且隔離空氣等情況;以上因素可能會影響導爆索內炸藥局部溫度高于散裝炸藥，因此結合裝填炸藥模擬試驗結果，避免拉索過程熱積累，保證生產有一定裕度，初步確定退火溫度控制在130℃。進行銀導爆索模擬試驗。
2．2．1未退火銀導爆索模擬保溫試驗生產中需將銀導爆索從10．0mm拉至1．6mm，依據試驗確定的初步退火溫度，將炸藥裝入銀導爆管，在不退火的條件(即室溫)下，拉至規定值。為研究索內保溫的熱積累效應對炸藥的影響，對拉好的導爆索進行130℃保溫試驗，并解剖不同保溫時間下導爆索內炸藥，進行紅外光譜分析，與β-HMX、α-HMX比較，相關度分析結果見表2。由表2知，銀導爆索在130℃條件下，保溫時間在11h內可保證產品中炸藥晶型基本不發生轉變。不退火拉索試驗中，不僅費力、易拉斷，而且拉制的銀導爆索壁厚不均勻。因此，需對銀導爆索進行高溫軟化處理(即退火與回火)，恒定溫度130℃，進行不同時間的工藝摸底試驗。
2．2．2已退火銀導爆索模擬保溫試驗對導爆索在130℃進行退火1．5h后，模擬回火保溫不同時間(3～7h)，采集紅外譜圖，比較退火銀導爆索保溫3、5、6、7h的紅外光譜圖。分析圖6，已退火導爆索保溫3～7h，紅外光譜吸收峰顯示為β-HMX結構，比較其圖譜與β-HMX紅外圖譜相關度，結果顯示與β-HMX相關度均在96%以上，未發生晶型轉變。結果表明，某裝填聚奧炸藥的銀導爆索在130℃下，累計保溫7h以內，其內裝聚奧炸藥未發生晶型轉變，拉索安全且不易斷裂。以此制定了熱處理工藝。銀導爆索由10．0mm拉至6．0mm室溫即可進行;從6．0mm拉至1．6mm需軟化處理。由于退火軟化后銀導爆索持續拉制過程耗時較長，產生散熱而使溫度下降，使后期拉制較為費力。因此為保證生產中易于拉索，采用130℃間斷性的退火軟化，然后于此溫度回火保溫，重復多次，拉至規定值，總體累計時間小于7h。依此進行生產工藝試驗，綜合兩結果，最終確定了熱處理工藝條件為:某銀導爆索由10．0mm拉至6．0mm，室溫放置1h，拉至5．0mm，按130℃、1h退火，拉至4．4mm、3．5mm、2．5mm，各按130℃、0．5h退火，拉至1．6mm，按130℃、1．5h退火。
3結論
篇3
淬火鋼在回火時，隨著回火溫度升高，其沖擊韌性呈增大趨勢。但是某些鋼在一定溫度范圍回火后，沖擊韌性反而會呈下降趨勢。這種在回火過程中發生的脆性現象，稱為回火脆性。鋼中常見的回火脆性可以分為低溫回火脆性和高溫回火脆性兩類。
1.1低溫回火脆性
通常將在200～400℃回火后發生的脆性稱為低溫回火脆性，即第一類回火脆性。在低于250℃回火時，由于不發生碳化物析出，故不會引起沖擊韌性急劇下降。當回火溫度高于400℃時，碳化物開始聚集和球化，對基體的割裂作用減少，因而鋼的沖擊韌性又重新升高。而在250～400℃回火后，由于析出了碳化物薄片，故產生回火脆性。低溫回火脆性對于鋼件強度與韌性的最佳配合不利。但目前尚未找到有效的方法完全消除這種回火脆性，只能盡量避免在這個溫度范圍回火，或采用等溫淬火代替。在鋼中加入1～3％Si，可以使碳化物的析出移向較高溫度進行，從而使脆性產生的溫度范圍升高，這有利于改善鋼回火后的沖擊韌性。
1.2高溫回火脆性
在450～650℃回火后出現的脆性，通常稱為高溫回火脆性，或稱第二類回火脆性。這種回火脆性的主要特點是：
(1)回火脆性主要在含有Cr、Ni、Mn、Si等元素的合金結構鋼中出現。
(2)回火脆性的出現與回火后的冷卻速度有關，通常回火后快冷不出現回火脆性。
(3)具有可逆性。如果把已經出現這種回火脆性的鋼重新加熱到脆性區溫度回火，再快冷到室溫，其回火脆性即可消除。已經消除了回火脆性的鋼，如果重新加熱到脆性區溫度回火，隨后緩慢冷卻到室溫，則脆性又會出現。因此這種回火脆性具有可逆性。
(4)斷口呈晶間斷裂。多數人認為高溫回火脆性產生的主要原因，是在450～650℃回火時微量雜質元素(P、Sb、Sn、As等)或合金元素向原來的奧氏體晶界偏聚或析出，削弱了晶粒之間的結合強度，從而使鋼出現脆性。例如：這種脆性的出現是由于晶界變脆引起的，所以回火脆性試樣的斷口為晶間斷裂。又如，雜質元素在晶界的偏聚是在一定的溫度和條件下產生的，也可以在另外的溫度、時問條件下消除，因此這種回火脆性是可逆的。
2影響回火脆性的因素
篇4
[論文摘 要] 本文從三個方面論述了熱處理工藝在提高金屬零件的制造水平中的作用。
引言
在現代工業生產中，金屬零件的制造是一個重要的環節，具有舉足輕重的作用，因此提高金屬零件的制造水平成為一項不可缺少的工作。而在金屬零件的制造過程中，熱處理工作又是提高其制造水平的重要措施。在設計工作中，正確制定熱處理工藝可以改變某些金屬材料的機械性能。而不合理的熱處理條件，不僅不會提高材料的機械性能，反而會破壞材料原有的性能。因此，設計人員應根據金屬材料成分，準確分析金屬材料與熱處理工藝的關系，制訂合理的熱處理的工藝，合理安排工藝流程，才能得到理想的效果，提高金屬零件的制造水平。
在現代工業生產中，廣泛使用的金屬有鐵、鋁、銅、鉛、鋅、鎳、鉻、錳等。但用得更多的是它們的合金。金屬和合金的內部結構包含兩個方面：其一是金屬原子之間的結合方式；其二是原子在空間的排列方式。金屬的性能和原子在空間的排列配置情況有密切的關系，原子排列方式不同，金屬的性能就出現差異。
為了得到更好的金屬性能，滿足制造和使用要求，我們將金屬工件放在一定的介質中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時間后，又以不同速度在不同的介質中冷卻，通過改變金屬材料表面或內部的顯微組織結構來改變其性能，這就是金屬材料熱處理過程。
不同的熱處理條件會產生不同的材料性能改變效果，下面從3個方面來說明熱處理工藝在提高金屬零件的制造水平中的作用。
一、提高金屬材料的切削性能和加工精度
在各類鑄、鍛、焊工件的毛坯或半成品金屬材料的切削過程中，由于被加工材料、切削刀具和切削條件的不同，金屬的變形程度也不同，從而產生不同程度的光潔度。各種材料的最佳切削性能都對應有一定的硬度范圍和金相組織。為了得到最佳切削性能，就要求被加工材料具有合適的組織狀態，這就要用到預先熱處理。
通過預先熱處理，可以消除或減少冶金及熱加工過程產生的材料缺陷，并為以后切削加工及熱處理準備良好的組織狀態，從而保證材料的切削性能、加工精度和減少變形。
舉例1：齒坯材料在切削加工中，當齒坯硬度偏低時會產生粘刀現象，在前傾面上形成積屑瘤，使被加工零件的表面光潔度降低。而對齒坯材料進行正火＋不完全淬火處理，切屑容易碎裂，形成粘刀的傾向性減少。并隨著齒坯硬度的提高，切屑從帶狀向擠裂狀過渡，從而減少了粘刀現象，提高了切削性能。
舉例2：鋁合金在加工過程中，通常都是先經強化處理（固溶處理＋時效；時效），這樣可以得到晶粒細小、均勻的組織，比鑄態或壓力加工狀態的切削性能好，不僅改善了切削性能，而且同時提高了機械加工精度。
二、提高金屬材料的斷裂韌性
金屬材料的斷裂韌性指含有裂紋的材料在外力作用下抵抗裂紋擴展的性能。提高金屬斷裂韌性的關鍵是要減少金屬晶體中位錯，使金屬材料中的位錯密度下降，從而提高金屬強度，而減少金屬晶體中位錯的一種重要方法，就是細晶強化，其原理是通過細化晶粒使晶界所占比例增高而阻礙位錯滑移從而提高材料強韌性。而金屬組織的細晶強化的過程實際上就是金屬熱處理。
在金屬熱處理過程中，當冷變形金屬加熱到足夠高的溫度以后，在一定的應力和變形溫度的條件下，材料在變形過程中積累到足夠高的局部位錯密度級別，會在變形最劇烈的區域產生新的等軸晶粒來代替原來的變形晶粒，這個過程稱為再結晶。再結晶晶核的形成與長大都需要原子的擴散，因此必須將變形金屬加熱到一定溫度之上，足以激活原子，使其能進行遷移時，再結晶過程才能進行。
那么，對于不同的金屬材料，我們就可以通過控制不同的熱處理的溫度，來提高金屬材料的斷裂韌性。
舉例：在SY鋼坯料上線切割適當的小圓柱，機加工后，選擇在700℃，800℃，900℃、1000℃和1100℃在Cleeble-1500型熱模擬試驗機上以5×10-1的變形速率保溫30s壓縮變形50％，然后在空氣中冷至室溫，再進行680℃×6hAC(空冷)的退火處理，再將壓縮后的試樣沿軸向線切割剖開，研磨拋光后用化學物質顯示晶粒形貌。實驗現象為：在700℃時，扁平的晶粒開始逐漸向等軸晶粒的形狀變化。800℃變形的晶粒中等軸晶粒已經有少量出現，但仍然以變形拉長的晶粒為主。在900℃變形開始，晶粒突然變得細小，幾乎全部為等軸晶粒，晶粒度達到YBl2級。在900℃以上．晶粒開始長大。因此，對此種鋼來說，900℃左右溫度進行熱處理，可以提高其斷裂韌性。
三、減少金屬材料的應力腐蝕開裂
金屬材料在拉伸應力和特定腐蝕環境共同作用下發生的脆性斷裂破壞稱為應力腐蝕開裂。大部分引起應力腐蝕開裂的應力是由殘余拉應力引起的。殘余應力是金屬在焊接過程中產生的。金屬在加熱時，以及加熱后冷卻處理時，改變了材料內部的組織和性能，同時伴隨產生了金屬熱應力和相變應力。金屬材料在加熱和冷卻過程中，表層和心部的加熱及冷卻速度(或時間)不一致，由于溫差導致材料體積膨脹和收縮不均而產生應力，即熱應力。在熱應力的作用下，由于冷卻時金屬表層溫度低于心部，收縮表面大于心部而使心部受拉應力：另一方面材料在熱處理過程中由于組織的變化即奧氏體向馬氏體轉變時，因比容的增大會伴隨材料體積的膨脹，材料各部位先后相變，造成體積長大不一致而產生組織應力。組織應力變化的最終結果是表層受拉應力，心部受壓應力，恰好與拉應力相反。金屬熱處理的熱應力和相變應力疊加的結果就是材料中的殘余應力，正是其存在造成了應力腐蝕開裂。
舉例：金屬熱處理中，通過控制淬火冷卻速度，可以顯著地控制淬火裂紋，為了達到淬火的目的，通常必須加速材料在高溫段內的冷卻速度，并使之超過材料的臨界淬火冷卻速度才能得到馬氏體組織。就殘余應力而論，這樣做由于能增加抵消組織應力作用的熱應力值，故能減少工件表面上的拉應力而達到抑制縱裂的目的。
3、結論
金屬材料的熱處理在機械零件制造中占有十分重要的地位，在金屬材料加工的整個工藝流程中，如果將切削加工工藝與熱處理工藝進行密切配合，將有效地提高金屬零件的制造水平。
參 考 文 獻
[1] 雷聲，齒輪熱處理變形的控制.機械工程師.2008年5期.
篇5
關鍵詞：
《金屬材料學》是材料科學與工程專業無機材料方向學生的一門專業選修課。通過教學使學生掌握金屬材料基礎理論方面的初步知識，并具有合理選用金屬材料、正確選定熱處理工藝方法、妥善安排工藝路線的初步能力，以完善學生的專業知識結構。作者通過一個學期的教學實踐，積累了一定的經驗，獲得了不少的體會。
本課程內容主要分為三部分：金屬材料基礎理論方面的基本知識；新型金屬材料及其新進展(新型金屬及其合金材料、新型金屬及其合金材料的制備方法)。課程要求掌握金屬材料基礎理論方面的初步知識，了解材料的成分、內部組織、熱處理工藝與性能之間的內在規律。
本課程的特點是理論性敘述多，計算內容少，同時與其它課程如材料科學基礎、熱處理、材料力學性能、材料分析技術等課程緊密相關。在理論教學過程中，要重點突出。以不同金屬材料的成分（合金化）、工藝、組織結構、性能與應用為主線講解，對課程內容進行整合。注重教學方法及教學手段的改進，注重培養學生分析問題和解決問題的能力。具體做法如下：
1、理論教學過程中強調抓主線，始終以材料科學研究的五大要素成分、組織、工藝、性能與應用為主線講解，使學生在看似抽象、復雜、枯燥的內容中尋找到其內在、本質的規律。
2、采用啟發式、互動式的教學法，針對不同的課程內容，采取多種形式的啟發式、互動式的教學，課堂討論、提問，學生自學等方式，充分調動學生學習的主動性和積極性。
3、采用項目教學法，讓學生分成若干學習小組，對書中的某些章節分成一個個小項目，進行個人自學（做筆記）、小組討論與備課，同時各組自己制作多媒體課件，由小組長或小組推薦人上臺講課，講完后其它同學和教師共同提問，由該學習小組同學做答，考察其各方面情況；最后由主講老師對本知識章節進行課程總結，對同學的表現進行評估。
4、結合認識實習到工廠參觀，使課程的相關內容具體化，講述目前國內鋼鐵企業的一些生產線，將現代鋼鐵企業生產型板材的生產流程演示給同學，使同學能夠將生產流程中的鋼鐵冶煉、精煉、連鑄、控制軋制與控制冷卻、校直、熱處理等與材料學科中的成分、工藝、組織、產品性能及應用相結合。
5、利用學校提供的多媒體教學設備，制作多媒體教學軟件進行教學。運用多媒體，給學生提供了豐富的感性認識，也使課堂教學目的完成、教學難點的突破更省時、更省力、更有效。但多媒體教學也不是萬能的，它既有它的優點也有它的缺點。根據教學目的和學生的實際，采用合適的多媒體與板書結合的方式，構建問題情境，設計符合學生自學規律的教學過程，安排必要的練習，指導學生獨立地進行探索，以逐步提高他們的自學能力。比如在講述合金相圖的時候，利用多媒體圖片，可以很直觀的表示合金凝固的相變過程，這對于促進學生的理解很有好處，能獲得較好的教學效果。
6、改進成績評定方法，分數是學生的命根，怎樣對學生進行考核是教學環節的重要一環，如果采取傳統的閉卷考試的方式，學生必然要對所學內容死記硬背，考完以后就忘得一干二凈，這樣的考核不利于培養學生系統學習課程，又沒有培養學生理論聯系實際的自覺性， 針對這些弊病， 考核方法采取小論文和答辯的形式，要求學生根據課程內容查閱相關文獻，經過重新組織，以小論文的方式闡述自己學習該課程后的心得體會，并進行課堂答辯，以此考察學生的學習熱情、學習積極性及學習主動性。
總之，只要教師和學生共同努力， 在教學過程師生互動，改變傳統的滿堂灌的教學方法，充分調動學生的積極性，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，在教學過程中注意培養學生的自學能力，用新穎的教學方式和前沿的知識引導他們自覺去探求新的知識， 增強他們學習的興趣，一定可以將《金屬材料學》這門課程，變成具有吸引力的課程。
參考文獻：
[1] 劉智恩. 材料科學基礎（第2版）. 西北工業大學出版社 2003
[2]崔忠圻. 金屬學與熱處理原理. 哈爾濱工業大學出版社 1998
[3] 王笑天. 金屬材料學. 機械工業出版社 1993
[4][日]金子秀夫. 新型合金材料. 宇航出版社 1989
篇6
【關鍵詞】熱處理；缺陷；淬火；回火
1.縮孔與縮松
形成原因：金屬凝固過程中由于各部分結晶先后及體積收縮的不同，形成集中的空穴與空洞，稱為縮孔；一般的鑄錠及鑄件設計都有足夠數量與體積的冒口，以便使縮孔盡可能減少，并集中于冒口以便切除，擔當模設計不當使鋼錠的縮孔深及錠身或產生二次縮孔或鍛壓時鋼錠切頭量過少使縮孔未能除凈，使鋼錠仍存在部分縮孔因此引起的內部破裂，甚至發展為貫穿鍛件的裂紋，縮孔的相對體積與液態金屬的溫度冷卻條件以及鑄錠的大小等有關，(1)液態金屬的溫度越高，則液固體積差越大；(2)薄壁鑄型中澆注金屬，型壁越薄，受熱越快，金屬液越不易冷卻，在剛注完時，液態金屬的體積就越大，冷凝后縮孔也就越大。
消除缺陷的熱處理工藝方法：
1.1減小或消除縮孔
提高澆冒空的液體金屬面以增加液體金屬的靜壓力并使鑄件在冷凝過程中能得到不斷的補充，同時設計合理的澆注系統避免死角，避免澆注溫度過高，注速過高，因為縮孔比較大，很難通過熱處理工藝方法來消除。
1.2減少或消除縮松
主要在于減少鋼中的雜質和氣體，選用純凈干燥的爐料，進行脫氧去氣，在鍛軋時采用較大的鍛壓比，對于成型的鑄件可以進行均勻化退火――加熱溫度大于Ac3或Acm，在固相線以下高溫加熱，保溫時間較長，一般為十幾小時到幾十小時，冷卻速度小于300oC空冷，為細化晶粒還要補充退火。
2.氣泡
氣泡是鋼種氣體引起的缺陷。
(1)皮下氣泡產生原因一種是鋼錠模壁涂料中含有大量水分，如砂型鑄造時砂中含有水分，金屬型鑄造時，涂料中含有水分或有機物。當鋼液注入后形成大量的氣體。二是澆注時，鋼液發生飛濺，濺粒落在模壁上并氧化成氧化鐵，當它們與上升的鋼液接觸后，會產生氣體。
(2)蜂窩氣泡常存在于鋼錠內部，多垂直于鋼錠邊界排列，尺寸較大，數量較多，形成主要原因是鋼液脫氧去氣不良致使鋼液中含有氣體過多。
消除缺陷的熱處理工藝與方法：對于非常微小氣泡，可以經過退火進行消除氣泡，稍大的氣泡只能經過機械加工進行加工或切除，主要防止氣泡的方法還是預防，在澆筑時盡量減少和空氣的接觸，減少氣體的含量，減少可分解出氣體的雜志的含量，增加冒口數量。
3.偏析
偏析即合金在冷凝過程中，由于某些因素的影響而形成的化學成分不均勻現象。
3.1樹枝狀偏析
鋼液在凝固結晶過程中，形成樹枝狀晶軸，在一次晶軸上的一定角度下長出二次晶軸，然后依次長出三次，四次，基于這種結晶特點造成了枝狀晶軸與晶之間的成分不均勻，晶軸一般為鋼液純度較高部分，晶軸之間則聚集碳，合金元素及雜質。
3.2方框型偏析
由于鑄件結晶時，在柱狀晶的末端與鑄件芯部等軸晶區之間聚集了許多的雜質和孔隙而形成，其中碳的偏析是主要的。
3.3點狀偏析
一般由于鋼中存在大量氣體和雜質造成，即氣體形成的氣泡被一層凝固的金屬覆蓋著，氣泡阻礙熱的消散，妨礙其后的鋼液冷卻，使之聚集較多的雜質，凝固于鋼液中，一般點狀偏析的地方含硫化物也較多。
3.4反偏析
即鋼內部組織較致密，外部組織較疏散，多是由于鋼中的碳及雜質的偏析引起的，也可能是鋼液在冷卻時析出中心的氣體把一定量的液體排到表層的結果。
3.5帶狀偏析
由碳化物沿熱加工方向延伸，呈帶狀分布，由鍛造比較小，以致碳化物不均勻特別嚴重。
總之，鋼的偏析與鋼的成分，鋼中的氣體與雜質，澆注和冷卻條件等都有關系。
4.夾雜物
4.1金屬夾雜物
在生產過程中，從設備或容器上剝落而摻入金屬的金屬雜質，或加入的鐵合金數量過多，或塊狀過大而未熔完全，飛濺形成的小鋼粒等金屬雜質物。
4.2非金屬雜物
在冶煉時，鋼中的氣體與脫氧劑及金屬元素的反應產物，以及混入鋼中的耐火材料碎片，常見非金屬夾雜物為硫化物，氧化物，氮化物與硅酸鹽等。
4.3翻皮
多見于底注鋼錠的上部或中部，是當鋼水凝固時液面上形成的一層氧化膜，隨鋼液溫度降低，氧化膜厚度增加，與鋼錠內壁粘結，底注時，繼續上升的鋼液如果注速過大會沖破這層氧化膜，使被破壞的氧化膜翻起卷入鋼液中，形成夾雜物。
鋼的熱處理雖然不能改變鋼中的非金屬夾雜物的性質與數量，但由于可以使鋼的強度，塑性與韌性獲得改善，也在一定程度上消弱了非金屬夾雜物對鋼的機械性能的不利影響。如在正火回火后機械性能不合格的曲軸，經850oC淬火油冷并650oC回火后，機械性能獲得顯著的改善。對于金屬夾雜物，在于冶煉及澆注過程中，注意原料的潔凈，以減少外來夾雜物的含量。
5.白點
白點是熱軋鋼坯和大型鍛件在鋼內部破裂，是比較常見的缺陷，多見于合金結構鋼，工具鋼，滾動軸承鉻鋼以及某些馬氏體不銹鋼和熱強剛，形成白點主要原因在于氫與組織應力的共同作用，氫原子在鋼中溶解度和溫度成正比，在冷卻過程中，致使飽和的氫來不及從鋼中析出，則在鋼中孔隙處結合成分子狀態的氫，氫在鋼中很難擴散，便在孔隙處形成局部高壓區，遠遠超過鋼的強度，因而產生裂紋。白點形成的條件：(1)鋼的化學成分；(2)含氫量；(3)鋼坯及鍛件的尺寸；(4)鍛軋后的冷卻方式。
消除白點的熱處理工藝方法――脫氫退火與鍛后防白點等溫退火。
脫氫退火：使鋼中的固溶氫脫溶，退火工藝選擇在氫溶解度達到最小的組織狀態，同時氫在鋼中擴散速度高的溫度區間進行，通過較長時間保溫滿足氫擴散脫溶，（一般選擇在C曲線“鼻尖”附近溫度），例如，大型鍛件一般冷卻到珠光體轉變最快的溫度范圍（C曲線“鼻尖”溫度）以最快的速度獲得鐵素體與碳化物混合組織，并且長時間保溫于此溫度區，或再加熱到低于A1的較高溫度，保溫進行脫氫處理。對于高合金鋼，鍛后先進行一次完全退火，以改善組織細化晶粒，使氫分布均勻再進行脫氫退火消除白點。
6.裂紋
金屬在承受各種加工，如鑄，鍛，軋，焊，熱處理以及磨削等過程中，在金屬表層，次表面和內部，由于材料本身原因或是加工不當而造成裂紋。
鑄造裂紋：金屬注入鑄型并冷卻到接近凝固溫度后，鑄件的一些突出部分或厚薄懸殊的部分在收縮中受不平整型壁阻礙，或由鑄型導熱能力不同造成鑄件部分冷速不同，以致先冷卻區域的收縮，而形成應力，應力過大造成裂紋。
鍛軋裂紋：形成原因，(1)原料中的缺陷，如微裂紋，折迭，皮下氣泡，或非金屬夾雜物；(2)鍛軋加熱不當引起裂紋，一是由于裝爐溫度過高或升溫過快，使鋼坯內表溫差過大產生過大熱應力；二是有加熱溫度過高或裝爐位置不當，從而過燒；(3)鍛造變形不當，常見由于變形速度過大，變形速度過大，變形量不均勻引發裂紋；(4)終鍛溫度過低引發裂紋；(5)鍛后冷卻不當引起裂紋。
【參考文獻】
［1］方洪生．熱處理缺陷．金屬熱處理報，2010.6．
［2］趙洪運．材料成型原理．國防工業出版社，2009.9．
［3］王溫銀，王慶良．材料改性試驗．中國礦業大學出版社，2010.9．
［4］上海市金屬學會．金屬材料缺陷金相圖譜．上海科學技術出版社，1966.3．
［5］陳德和．鋼的缺陷．機械工業出版社，1966.4．
［6］沈成金，王曉紅，馮培忠．材料熱處理與表面工程．中國礦業大學出版社，2011.8．
［7］劉永銓．鋼的熱處理．機械工業出版社，1980.3．
［8］劉云旭．金屬熱處理原理．機械工業出版社，1980.3．
篇7
【論文摘 要】教育大計，教師為本。作為教育行業的新力軍，獨立學院的師資隊伍都很年輕，其教學水平直接關系著學院的生存與發展，因此，提高青年教師的教學水平非常重要。針對課程特點進行備課，是課程教學中的關鍵環節，是提高教學效果的重要保障。本文以《機械工程材料》課程為例，討論青年教師如何提高備課質量，切實提升教學水平。
《機械工程材料》是機械類專業學生必修的專業技術基礎課，課程以工程材料為研究對象，主要介紹材料的化學成分、熱處理工藝、組織結構與性能之間的內在聯系及其變化規律。通過本課程的學習，使學生獲得工程材料的基礎知識，根據零件工作條件，合理選用材料，正確制定加工工藝路線，為后續課程的專業課學習及實踐應用打基礎。
該課程具有概念抽象、圖表多、實踐性強等特點，這些為任課教師的教學，尤其是經驗不足的青年教師的教學，帶來了較大的困難。因此，教師在授課前應下足功夫，認真組織上課內容，備好每一節課。本文就青年教師如何提高《機械工程材料》備課質量提出了幾點意見，供同行參考。
1 認真研究教學大綱
教學大綱是課程教學的藍本，教師要認真研究教學大綱，全面理解教學大綱中提出的教學目的、教學任務、教學內容和教學要求，正確把握好量與度、重點和難點，這樣才能安排好教學工作。
2 吃透教材內容，并廣泛閱讀參考資料
教材是教師備課最基本的工具，但教師要了解的知識面不能僅限于教材。青年教師的知識結構體系可能還不是那么完善，一本書的內容、語言表達等畢竟有局限性。因此，我們在備課的過程當中，除了要完成對教材的通讀外，還應當精讀二至三本甚至更多的參考讀書資料，以豐富知識結構體系，確定知識網絡，并參照教學大綱掌握教學重、難點。只有教師的知識豐富了，重點突出了，才能使課講得生動，才能有利于學生的學習和發展。
通過廣泛的閱讀相關的讀書資料，豐富教師自身知識面，提高自身知識水平，是提高備課質量的保證。有句話說的好，“要給學生一碗水，教師必須有一桶水”。因此，教師自身學識水平的提高是關鍵。只有不斷學習，才能勝任教學工作。
3 精心制作多媒體課件
多媒體輔助教學是一種非常重要的現代教學手段，具有生動、直觀、靈活等特點，能提高課堂教學效果和效率，近些年許多學校都采用了這種教學方式。結合我院及本人近幾年的教學經驗，多媒體教學確實有傳統教學所不能比擬的優越性，但并不是說只要用了多媒體，就能夠起到好的教學效果。多媒體輔助教學的實效性能否得到發揮，在很大程度上取決于多媒體課件的質量。
精心制作高質量的多媒體課件，課件的內容應是在深刻理解教學大綱的基礎上，做到突出重點、難點，而不能照搬書本。此外，對于一些與生產實踐密切相關的教學內容，應設計成模擬動畫、實際生產錄像等方式。例如，在講授鐵碳合金的平衡結晶過程時，以模擬動畫的形式將其組織轉變規律演示給同學們看，幫助學生理解記憶，激發學習興趣。這要求教師在備課環節下足功夫，精心準備。
4 積極研討教學方法
教學方法是教師為了實現教學目的，在教學過程中指導學生時所采用的一系列辦法和措施。如果說鉆研教材是為了解決教什么的問題，那么確定教學方法則是為了解決怎么教的問題。教學方法的形式多種多樣，其選擇應以教學目的、任務、教學內容、學生情況為依據，注重學生能力的培養。
針對《機械工程材料》課程概念抽象、實踐性強等特點，結合本人的教學經驗，略舉以下幾種方法和手段：
4.1 舉例法
知識來源于生活，在教學的過程中，適當引用一些現實生活中的實例，激發學生的學習興趣。例如，在講授磷元素的危害時，引用“比利時阿爾伯特運河鋼橋冬天突然斷裂墜入河中的事故”，勾起學生的好奇心，再給他們解答事故的始作俑者是磷元素，鋼橋使用的鋼材含磷元素過高，使鋼在常溫下硬度提高，塑性、韌性急劇下降，而導致斷裂，引出冷脆的概念，并說明在實際工業中磷的含量一般控制在0.045%以下。通過結合實例教學，把枯燥的知識故事化，提高了學生的學習興趣，從而提高課堂教學的效果。
4.2 討論法
在課堂上模擬企業工作環境下所采取的不同工藝措施提出討論題，學生分組準備，最后教師進行歸納總結，引導學生的運用發散性思維方式思考問題，提高學生工作的適應能力。如零件的熱處理工藝的制定，并沒有嚴格的對錯之分，在教學過程中，可以有效運用討論法，讓學生參與充分討論，確定各種可能的工藝路線，然后通過對比、分析、優化，產生最佳的工藝方案。這樣不僅能充分調動學生學習積極性，也能有效培養學生獨立思考的能力和判斷能力。
4.3 合理應用多媒體教學
在介紹鋼的熱處理工藝時，給學生播放生產錄像，讓學生猶如身在現場，耳濡目染每種熱處理的工藝過程，這樣學生學習起來就很輕松，對各個工藝很容易接受，并且印象深刻，同時還可以提高學生的學習興趣。
5 豐富實踐經驗
企業實踐活動是教師豐富實踐經驗，提高實踐教學能力的有效途徑。而青年教師大部分是從學校到學校，課堂到課堂的，理論基礎好，但實踐經驗不足，這對實踐性強的課程的教學質量有著很大影響。因此，青年教師應該主動走出去，深入到企業一線，積極與現場工作人員交流，在實踐中長知識求發展，為教學服務。
6 結束語
《機械工程材料》是機械類專業的專業技術基礎課，課程中概念抽象、圖表多、實踐性強，廣大青年教師應立足專業，積極思考、認真備課，切實提高本課程的教學水平。
【參考文獻】
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我校金屬材料工程專業作為具有傳統優勢和較強的區域性需求的專業，為首批被教育部批準的國家級特色專業建設點，也是河北省品牌特色專業[3-5]。隨著生源的改變和高素質創新型人才培養目標的提出，該專業的培養目標和培養要求也提升到了更高的層次。根據教育部《關于加強“質量工程”本科特色專業建設的指導性意見》，作為特色專業建設核心的新的人才培養方案對實踐教育環節進行了較大的改革，實行將原來嵌入在各專業課和專業基礎課中的實驗與理論課程分離，重新優化整合，與專業技能培訓相結合，創建新的教學模式。
2 構造專業實驗與技能一體化的教學模式，建立“四級實驗平臺”
為滿足金屬材料工程特色專業的建設和創新型人才培養模式的需求，突出并強化實踐教育環節和學生能力的培養和訓練，迫切需要加強實驗教學的改革與創新。我校將專業實驗與專業技能培訓融為一體，針對金屬材料工程專業多門專業課程，實行“四級實驗平臺”教學改革。
2.1 優化整合，編寫四級實驗指導書
將以往所屬材料科學基礎、鋼的熱處理、材料性能學、工程材料學、表面工程、腐蝕與防護等專業基礎課與專業課程中的實驗進行統一整合，按“專業基礎性”“拓展技能訓練”“材料工藝設計實驗”和“材料性能測試與分析”四級平臺進行實驗設計與技能培訓。其中專業基礎性實驗包括金相顯微試樣的取材與制備，金相顯微鏡的構造、使用與圖像的采集和處理，鐵碳合金平衡狀態下的顯微組織觀察，金屬的塑性變形與再結晶，熱電偶與爐溫儀表的成套性檢定，目的是讓學生掌握材料學科最基本的金相試樣制備、顯微鏡使用及鐵碳合金基本組織等。拓展技能訓練實驗包括化學器皿的使用及鍍液的配置，電鍍、化學鍍設備及鍍層常用檢測設備的使用，電化學試樣的制備，恒電位儀的使用與極化曲線的測試，綜合實驗—合金鍍層的制備及鍍層性能的檢測和耐蝕/耐磨性的評價，目的在于訓練學生熟悉金屬材料表面處理的常用方法、操作以及表面處理設備和檢測設備的使用方法，并在此基礎上進行鍍層工藝設計和性能評價。材料工藝設計實驗包括奧氏體晶粒顯示及晶粒度測定，鋼的淬透性的測定，常用工業用鋼典型熱處理組織的觀察，鑄鐵及有色金屬顯微組織觀察，綜合實驗—熱處理工藝設計及操作，目的在于讓學生熟悉常用鋼典型熱處理后的組織形貌特征及熱處理基本操作和實際密切相關的晶粒度、淬透性測試方法，同時針對所學專業知識進行熱處理工藝設計、操作及組織分析等一系列綜合訓練。材料性能測試與分析實驗包括電子拉伸試驗機的使用及拉伸實驗，材料的硬度實驗，單擺沖擊試驗機的使用及系列沖擊實驗，斷口形貌分析，綜合實驗—金屬材料熱處理工藝及力學性能測試分析，目的在于讓學生了解并熟悉工程材料常用力學性能的實驗方法及所用設備、失效的斷口形貌特征，并在此基礎上通過綜合設計實驗訓練學生合理選材、工藝設計、性能測試與評價等綜合技能。
通過建立專業基礎性、拓展技能訓練、材料工藝設計實驗和材料性能測試與分析四級實驗平臺，編寫實驗指導書，使獨立開設的實驗實現操作技能與能力訓練一體化，突出學生的主觀能動性，培養其實驗技能與獨立分析和設計能力以及科研意識等綜合能力，使學生具備材料科學研究的基本操作技能和研究方法，提升學生的綜合素質。
2.2 集中訓練，加強課程有機聯系
我們將原來分屬于多門課程的分散孤立的實驗進行優化組合，建立四級實驗平臺，其中每級平臺分別有5個實驗，20學時，進行集中訓練，安排在大三全年和大四上半年完成。集中培訓，可以幫助學生將不同課程中學到的理論知識聯系起來，建立起專業課程之間的有機關聯。學生在訓練過程中親自動手，尤其是實驗平臺中綜合性、設計性實驗要求學生根據任務要求，自行設計工藝路線和制備方法，不但強化與鞏固了課堂理論知識，而且促進了多門課程間知識的交叉與融合，培養了學生的創新精神和獨立分析問題、解決問題的能力，激發了學生的科研興趣，受到學生的廣泛好評，為他們以后走上工作崗位以及繼續進行科學研究打下了良好的基礎。
2.3 優勢互補，聯合進行平臺建設
在專業實驗與技能一體化教學模式實施之前，分別由教研組教師與實驗教師承擔教學和實驗任務，使教學和實驗完全脫節[6]。學生在實驗時是怎么操作的，理論課教師一無所知；學生在課堂上學習了哪些知識，實驗教師也不太清楚。而且，隨著科學技術的發展和知識的更新，一些陳舊的方法和技術已經被淘汰，而實驗教師仍在使用，造成教學和實驗的脫節，對學生的素質培養和就業極為不利。
通過整合實驗，使授課教師和實驗教師共同參與到實驗平臺建設中來。專業授課教師大多數是從國內外重點高校畢業的博士生，具有扎實的專業理論基礎和較強的研究能力，對目前本領域研究方向的發展較為熟悉，能夠把本專業的新思想、新動向傳遞給學生。實驗教師學歷雖然不高，但具有豐富的操作經驗，熟悉各種儀器設備的使用方法及實驗的操作步驟。授課教師和實驗教師聯合，優勢互補，相得益彰，有助于教學工作的完成和學生技能水平的提高。
2.4 科學評價，建立統一的考核機制
原來分屬于不同課程的實驗都是單獨操作的，學生的實驗報告上交后由實驗教師評定，但實驗成績不作為評價指標計入學生的總成績。因此，學生做不做實驗，實驗質量優劣都不會影響其最終成績，這對于學生實踐動手能力的鍛煉是非常不利的。
將分屬于不同課程的實驗打亂，重新組合，建立四級實驗平臺，每個平臺中的實驗都由學生自己動手完成，根據學生實驗中的動手能力、團隊合作能力、創新能力等表現以及最后提交的實驗報告分別給 出評定，學生獲得各個平臺的實踐成績。這樣的評價方式，能科學地反映出學生對理論知識的掌握水平，同時在實驗中鍛煉了他們獨立思考、提出問題和解決問題的能力，有助于學生綜合素質的提高。
3結束語
對金屬材料工程專業各課程實驗進行整合，獨立開設專業實驗，打破了課程之間的界限，建立了專業基礎性、拓展技能訓練、材料工藝設計和材料性能測試與分析四級實驗平臺。通過編寫四級實驗指導書，集中訓練；授課教師與實驗教師聯合授課、科學評價等措施，突出了實踐技能和綜合能力的培養與訓練，培養了學生獨立思考、分析解決問題的能力；綜合性、創新性實驗的開設突出了學生的主體地位，體現了個性化教育的培養理念，有助于學生綜合素質的提高。
參考文獻
[1] 葉寧廖,林楠,彭波.理論實驗一體化教學模式在藥理學教學中的實踐與探討[J].職業技術,2011(11):22-23.
[2] 馬松濤,臧志和,劉冬戀.教師理論實驗分離教學利弊分析[J].四川生理科學雜志,2012,34(3):130-132.
[3] 胡建文,馬靜,李強.高校金屬材料工程特色專業建設的探索[J].中國電力教育,2010(16):42-44.
篇9
大馬士革鋼作為古代世界第一名鋼，其工藝核心失傳已久，因此對大馬士革刀的復制及花紋機理研究一直是現代冶金考古學上經久不衰的話題，恰如麻省理工學院著名冶金史教授Smith所言，對大馬士革鋼之謎的爭論永遠不會結束
古代第一名鋼
初中時，我接觸到了薛燭論劍這樣的典故，了解到《越絕書》、《古今刀劍錄》中有像純鈞、湛盧這樣的寶刀寶劍。更給我帶來震撼的是當時我無意中讀到元代張憲的詩句“賢侯示我西番刀，名壓古今刀劍錄”，此西番刀究竟是什么刀，為什么它可以名壓古今刀劍錄的寶刀寶劍？冥冥中，我這么早就與自己的博士課題有了接觸。
高中時學校有一門實踐類的課程，課程作業是選擇一項自己感興趣的內容進行展示，我就萌生了將自己對刀劍兵器的喜愛表現出來的想法。結業展示很順利，老師同學紛紛表示大開眼界，更重要的一點，是我朋友說我在向大家講述的時候特別有激情，這也對我未來的專業選擇產生了一定的影響。
進入研究生階段的學習時，第一次和恩師潛偉教授討論自己的研究課題，老師就和我談到了做古代刀劍復制方面課題的意向，我非常興奮并閱讀了相關領域的一些書籍，比如潛老師的論文《“鑌鐵”新考》，以及另一位恩師羅海文教授的論文《古代大馬士革鋼刀鍛打花紋形成機制的理論分析》。他們從不同的角度對大馬士革鋼這一古代世界第一名鋼進行了探討，潛老師從古代歷史背景下探究了其與鑌鐵、灌鋼之間的關聯，羅老師則從材料的角度研究古代大馬士革鋼花紋形成的機理。
讀到這些研究很深入的論文之時，我一方面是欣喜，另一方面也有擔憂，害怕自己的知識與能力不足以將這樣一個宏大的命題完成。但同時，我也產生了深入探討自己感興趣課題的勇氣，期待能不負老師的期望把課題做好。對大馬士革刀的研究作為冶金考古學上的經典課題，現階段對它的研究需要多學科的互動，比如對刀劍本體的研究需要依賴材料學與金屬學，對冶煉工藝需要冶金學背景知識，而要對其整體進行討論則需對歷史學與考古學有所涉獵。
由于我北京科技大學冶金工程的專業背景，又對歷史、對刀劍有著濃厚的興趣，初次相商之后，導師與我便一拍即合，將“探究大馬士革鋼與灌鋼之間的關聯，并嘗試復制大馬士革刀”確定為我未來幾年的主要科研方向。
實驗室首捷
選定了課題大致方向之后，接下來要做的就是深入到所研究的領域，了解前人做過什么，自己要做什么，創新之處在哪里。時，歐洲人在大馬士革第一次遇見了阿拉伯人所使用的彎刀，該刀無比鋒利，表面花紋極其美麗，令歐洲人驚嘆，稱之為大馬士革刀。在位于Ranchi（蘭契）的印度鋼鐵協會的世界最大研發實驗室的客廳中，有一幅畫講述的是古印度國王普魯向亞歷山大大帝問候的場景（公元前 330 年）， 普魯為表敬意，向亞歷山大贈與了他的佩劍，而在他的身后，仆人還攜有一個金色的盒子作為額外的禮物，盒子里裝著當時用來做大馬士革刀的古印度產的、比黃金還貴重的烏茲鋼（大馬士革鋼）。
大馬士革鋼作為古代世界第一名鋼，其工藝核心失傳已久，因此對大馬士革刀的復制及花紋機理研究一直是現代冶金考古學上經久不衰的話題，恰如麻省理工學院著名冶金史教授Smith所言，對大馬士革鋼之謎的爭論永遠不會結束。
對于我來說，研究大馬士革刀的最佳方式，就是結合文獻中對古代大馬士革鋼刀的分析，自己進行復制模擬實驗，并利用現代材料科學的手段對整個過程進行詳細分析，由此得出一些新的觀點。在如今的實驗室條件下，我們不可能有古代鍛鐵所用的爐子、鐵匠臺、磨刀臺等傳統制刀劍設施，我也沒有工匠師傅們制刀劍的豐富經驗，因此在學校進行刀劍的復原模擬實驗是遠遠不夠的，與專業從事刀劍研究的工匠進行合作才是順理成章的事情。
2014年初，恩師羅海文教授與浙江龍泉劍村刀劍研究院的胡小軍老師相識并結下了深厚友誼，約定在條件成熟之后深入胡小軍老師的劍村刀劍研究院進行模擬實驗一事。在我研一期間，我們就對胡小軍老師提供的現代仿制烏茲鋼樣品、隕鐵樣品進行了分析，并做出了比較詳細的分析報告，這些都是我做現場實驗的必要條件。
其實在出發之前，我已經在實驗室著手準備自己復制大馬士革鋼了。我按照現代材料科學研究的方法設計了工藝流程：配比原料――實驗室熱處理――現場處理成刀――實驗室后續熱處理，復制目標是不論是從宏觀的刀型、肉眼可見花紋形貌還是微觀的在顯微鏡下觀察到的組織情況，都要與古代大馬士革刀相近乃至相同。實驗結果非常成功！
研二與博士一年期間，我多次來到胡小軍老師所在的浙江龍泉刀劍研究院，與當地師傅合作開始了新一輪的復原模擬實驗。
刀劍之鄉做匠人
劍村刀劍研究院位于中國刀劍之鄉――浙江省龍泉市，當地以名劍名瓷馳名中外。龍泉傳說是鑄劍大師歐冶子鑄劍之地，人杰地靈，水質優良利于鑄劍。此地產生了非常多的鑄劍大師、鍛刀名匠，胡小軍老師便是其中優秀的一位，他的作品在刀圈可謂大名鼎鼎，能向他請教學習是我非常榮幸的一件事情。我在刀劍作坊的模擬實驗主要有兩部分，一是將自己帶來的大馬士革鋼鍛制成刀，二是用自己帶來的仿古生鐵材料與熟鐵料進行模擬灌鋼實驗。
第一部分實驗的難點在于現場大馬士革刀的鍛制。隨著時間的發展，現在意義上的大馬士革鋼更多程度上是折疊花紋鋼的代名詞（Welded Damascus Steels），而我所追求的大馬士革刀是真正的大馬士革（Genuine Damascus Steels），它們兩者在含義上有著非常大的區別，鍛制方式也有極大不同。因此在鍛造過程中，我采用了一體成型不折疊的鍛造方式，這與傳統的鍛造方式有很大區別，并且鍛造溫度區間需要控制得非常好，要做好它是非常困難的事情。在現場，我對每次鍛造的溫度進行了非常詳細的記錄并整理成數據，但是從結果來看，現場鍛鐵很不讓人滿意，羅教授也認為滲碳體的析出排布規律是揭開大馬士革鋼花紋之謎的關鍵，因此此步驟依然需要進行更多的探索。
第二部分是模擬灌鋼實驗制灌鋼刀。灌鋼作為歷史上一種非常重要的制鋼技術，學界至今仍對此存有較大的疑問，對考古出土的灌鋼樣品特征也沒有統一的認識，因此從原料出發，對整個灌鋼工藝流程進行模擬是非常有意義的。
在模擬實驗中，我所選用的原料得到了北京科技大學科技史與文化遺產研究院李秀輝老師的大力支持，使我可以直接采用她們通過模擬實驗鑄造出的仿古鑄鐵原料。不論是材料的元素含量，還是組織特征，均與古代鑄鐵基本相同，這也為我的模擬實驗提供了重要條件。模擬灌鋼實驗需要對整套工藝進行復原模擬，其中涉及到封泥模擬、折疊鍛打、多組實驗等方面，需要花費非常多的時間。盡管過程非常困難非常辛苦，但每天依傍龍泉青山綠水，按照自己設計好的科研思路進行探究，可以說是充實而快樂的。
鍛刀過程中，很重要的一點是將作為原材料的生熟鐵層粘合在一起鍛打，如此才可最終成刀，如果兩者沒有粘合，后來的實驗就非常困難了。在這個過程中，我從胡小軍老師和當地師傅的交談中得知，龍泉當地常常使用黃泥水涂在其表面，這樣可以更好地讓多種原材料熔為一體。
受此啟發，我反省了自己在模擬實驗中不太成功的原因，可能與此類秘方的使用有一定的關系。在胡老師的指點之下，我按照傳統灌鋼的方法鍛制了一把灌鋼刀，并對此工藝中每一道工序分別截取了大量珍貴的樣品，最終所成的刀劍硬度高達62HRC（現代刀硬度在60HRC左右），性能優良。這是我在制刀過程中一次非常有意義的嘗試，也為我之后的進一步探索奠定了基礎。
鍛刀之后是磨刀。在劍村的日子里，我跟著磨刀師傅一起學習，掌握了基本的磨刀技巧，將幾把大馬士革刀與灌鋼刀都研磨至3000目（精細度單位）左右，并利用浸蝕劑使刀劍表面顯示出美麗的花紋。
這是非常考驗耐心的一項工作，它與科研工作中研磨樣品也有著很大的差別。比方說，對刀具的精細研磨要比實驗室磨樣要細致得多，這是因為鋼鐵材料經實驗室研磨后，主要用于在SEM（掃描電子顯微鏡）、TEM（透射電子顯微鏡）或者金相顯微鏡下觀察組織形貌。由于顯微鏡的放大倍數最高能達幾萬倍，2000目的砂紙研磨已完全可以滿足其要求。而刀劍作為為人賞玩的一種藝術品，一絲一毫的劃痕對其藝術美感都可能是很大的損害，因此研磨精細度要比實驗室研磨試樣要高得多。經驗豐富的刀匠最終研磨出的刀劍，不經過拋光處理就達到鏡面水準，足見研磨者投入的心血。
此外，研磨刀劍的平衡感與節奏感也需要很好地把握，平衡感主要是指研磨過程中對刀劍平面的控制。形制簡單的刀劍主要是正反兩面，而復雜的刀劍則有六面、八面，更別說一些奇形怪狀的兵器了，要研磨精細，需要磨刀者對刀面是否達到水平有非常精準的判斷，這是需要通過不斷實踐去體會的。
節奏感則是指對研磨過程中一推一拉節奏的控制，當研磨目數比較粗的時候，我會先將刀劍局部磨平，而研磨目數較細的時候，則要將刀劍整體置于磨刀石上研磨，以防止刀劍出現表面不平的情況。簡而言之，磨刀就是一件考驗耐心的工作，只有保持嚴謹與平和之心，手下研磨的刀具才有可能平整如水又透著寒芒。
世界一流大學
一流學科
雙一流
按照現代材料科學研究的方法設計工藝流程：配比原料――實驗室熱處理――現場處理成刀――實驗室后續熱處理
篇10
關鍵詞： 在線培訓 課程建設 教學改革
一
教育部的高等學校教師網絡培訓系統是高校教師進一步學習的好途徑。
1.方便快捷。不用舟車勞頓，不用大段時間，在業余時間，在辦公室或家中，可以自主學習，并接受專家指導，還可以和同學交流分享經驗體會，達到良好效果。
2.低成本，高質量。培訓的《材料研究方法》共有十七節，首先，講述《材料研究方法》課程的建設思想內容及心得體會，然后分享上課的理念、方法和技巧，并展示全面素質教育和復合型人才的培養模式，知識、能力、人才三位一體的理念，寬專業、厚基礎、強能力的培養目標，考核形式等都值得借鑒學習。特別是考核分三步進行：期中、期末、試驗及讀書綜述各占40%、40%、20%，更符合該課程特點，因為其教學內容廣泛，實踐能力要增強，應充分激發學生自覺學習的熱情，重視課外文獻的閱讀。聽課時有相關視頻內容，而且提供培訓資源、配套課件下載，且不懂的地方還可以反復觀看。通過學習，進一步了解了材料研究常用的分析測試方法，包括光學顯微分析、x射線衍射分析、電子衍射分析、電子顯微分析、熱分析、光譜分析、核磁共振分析、色譜分析、質譜分析等分析方法，以及這些方法在材料測試中的綜合應用。著重論述分析了測試方法的基本原理、樣品制備及應用，講課內容簡明實用，適應范圍廣，并且展示了最先進的分析測試方法，學習后獲益匪淺。同時，還選修了《怎樣做一名合格的高校教師》；國家教育發展研究中心的《轉變教師理念，培養大批創新人才》；清華老師的《理念、內容、方法與技術――兼談課程教學的啟發性和研究性》。引而不發躍如也，教師所設計的問題要具有啟發性，才能夠激活學生思維，使學生的思維空間不斷擴展。學習新知識時，要善于循序漸進，把握要點和重點，老師不斷追問、質疑、概括、總結，學生就會全面系統地掌握知識并培養學習能力。
3.選擇范圍廣，針對性強。有各種專業技能課，詳細介紹課程定位、課時安排、教材與前沿問題等，還有通識性教學視頻，包括教學方法、教育技術和學術講座等。可以根據自己承擔的教學任務及相近課程，選擇所需要的內容，題材廣泛，針對性強。
二
通過高校教師網絡培訓系統這個平臺，參加相關培訓，不斷提高專業技能，完善教學觀念，進一步深化教學改革。
1.建立課程的建設目標及步驟：（1）建立基于網絡的教案模塊庫及配套試題庫，實時更新，根據反饋信息逐步完善教案和試題庫。（2）加強教學內容改革，充實多媒體素材庫。（3）建立開放式實驗室，加強實驗技能培訓。（4）繼續加強師資隊伍建設，將科研成果轉化應用于教學。
2.進一步改革課程教學情況：（1）把握課程教學核心，整合教學內容：工程材料課程教學的目標體現了以“技術”為教學核心的思想，即明確“材料應用―性能要求―獲得所需性能的途徑―零件材料與毛坯選擇―零件制造與改性工藝”這一教學主線[1]。對教學內容進行整合：加強材料性能的教學；強化改變性能的途徑；削弱金相組織與相圖的學習；強化各種工程材料及其性能的教學；強化零件材料的選擇與毛坯的選擇；進行綜合實訓；加強鑄造、鍛壓和焊接結構工藝性的教學。（2）教師角色的轉變：采用多種教學方式組織課堂教學，在增加課堂信息量的同時，突出教學重點，通過開通網上教學資源，將教與學的過程延伸至課外，使課堂教學得以擴展與延伸，促進學生自主學習，提高知識的廣度與深度。（3）學生學習狀況調查：學生反映課程內容偏多，有一定難度，工程問題的分析與實訓環節較少。
3.課程改革的基本情況：（1）課程教學內容改革：加強硬度及疲勞強度的講解，分析不同受力狀態及不同工作環境下所涉及的性能指標。減少金屬與合金的晶體結構及結晶部分內容，強調實際金屬的晶體結構及其對材料性能的影響。增加非金屬材料的內容。減少熱處理原理部分的講解，把要求掌握金屬熱處理的原理改革為從實際出發掌握熱處理方法及應用，能夠合理安排熱處理工序。加強機械制造零件選材的講解，強調培養學生對多種典型零件的工作條件進行分析的能力，根據失效形式確定主要力學性能指標，根據毛坯形式確定材料，根據選定的材料確定熱處理方法，分析加工工序。（2）教學方法改革：確立以學生為主體的教學思想，采用靈活多變的教學方法，確保學生的實踐能力得到提高，并完成每一節課的教學任務，通過自己思考與體會，成為學習主體，主動獲取知識和技能。力求采用多媒體技術進行教學，增加視頻資料。該門課程的課程內容較多，大部分內容比較抽象，應用先進的教育技術手段，學生可以得到直觀的認識，加深對所學知識的理解。改革考核方式，側重學生能力的評價，并為他們提供應用專業知識的訓練機會，增強學生學習主動性。確立以學生為主體的教學思想，通過教師的講解與交流，學生自己思考與操作，成為學習的主體，主動獲取知識和技能。（3）教學評價改革：課程的教學評價包括學生學習過程評價及學習效果評價。教學評價應包括以下方面內容，學習過程評價：學生是否完成了作業，有無抄襲現象發生，對學生應具備的能力要定期檢查，可以采用提問、撰寫分析報告等形式；學習效果評價：試題著重進行能力的考核，也可以把考核分為筆試和論文兩部分進行，評價方式要逐步過渡到通過綜合運用對學生的學習作出評價。
4.實驗技能培訓：《工程材料》實驗技能培訓是理論教學的深化和補充。建立開放性實驗室，重視實踐性教學環節，培養學生的創造性思維能力和解決實際問題的能力。實驗基本要求：（1）明確化學成分與組織變化之間的關系，加深對相圖的理解。（2）能正確識別組織的顯微特征，明確組織對材料性能的影響。（3）掌握鋼的熱處理工藝及對組織性能的影響[2]。了解硬度計構造，掌握硬度值的測量，初步建立碳鋼含碳量與硬度關系及熱處理改變硬度的概念；識別碳鋼平衡狀態下的顯微組織，計算不同含碳量時各組成相所占百分比，分析成分組織性能間的關系；比較碳鋼熱處理后的顯微組織特征；制定熱處理工藝，分析碳的質量分數對淬火后硬度值的影響，奧氏體狀態按不同冷卻速度對硬度值的影響，回火溫度對淬火鋼硬度的影響。效果：使學生獲得了有關工程結構和機械零件常用的材料和熱加工的基礎理論知識，并初步具備了根據零件工作條件和失效方式合理選擇與使用材料，正確制定零件的熱加工工藝路線的能力。既有驗證性實驗又有綜合實驗，增加學生的動手機會，提高學生的綜合素質和能力。
5.將科研成果應用于教學：教師每一章要給學生布置一定的任務，學生在完成任務的過程中學習了知識、訓練了職業能力，并結合課程章節展示科研成果，使學生通過教師的講解與交流，理論聯系實際，學以致用[3]。
教學相長，通過在線培訓，深化教學改革，終身學習，與時俱進。
參考文獻：
[1]陳培里.工程材料及熱加工[M].北京：高等教育出版社，2007.
