金属工艺实习教案

金属工艺实习教案热处理部分学院、部门：机械厂实习教学部指导师傅：陈康面向专业：机械、材料等机类专业实习学分：4实习总学时：120本工种学时：62007年7月15日金属工艺实习教学进程实习天数进程序号实习主要内容计划学时教学手段教学环境1讲解热处理常用设备、安全操作规程及基本操作过程0.5H示范讲解热处理实习车间2金属材料在热处理中组织结构转变过程及处理后的性能特点1H讲授热处理实习车间3钢的热处理方法及其操作独立完成锤头淬火操作2H示范讲解独立操作热处理实习车间4独立完成锤头的回火工艺了解铁碳合金相图在热处理中的应用分类1.5H独立操作讲授热处理实习车间5常用工程材料分类及应用1H讲授热处理实习车间6布氏、洛氏硬度计的使用实测锤头HRC硬度0.5H示范讲解实际操作热处理实习车间7碳素钢材料的火花鉴别0.5H示范讲解实际操作热处理实习车间891天10第1页河北科技大学教案用纸第1进程0.5学时本次实习主要内容：讲解热处理常用设备、安全操作规程及基本操作过程实习教学要求：1．安全操作规程；2．了解热处理常用设备及基本操作过程。重点：安全操作规程难点：教学手段及教具：讲授实习具体内容及时间分配：1．热处理实习常用设备10min2.安全操作规程10min3．热处理的基本操作过程10min课后作业试述热处理的基本操作过程。参考资料《制造工程实践》课本第2页河北科技大学教案用纸一、热处理实习常用设备1．电炉：按炉型分为箱式电阻加热炉和井式电阻加热炉；按温度分为高温、中温、低温电炉。2．冷却设备：水冷槽、油冷槽3．检测设备：HB硬度计、HRC硬度计二、安全操作规程1．实习时必须穿工作服，扣好衣扣、领扣，袖口要扎紧，女同学必须戴工作帽，并将发辫塞入帽内，不许穿凉鞋、拖鞋、高跟鞋，不准戴围巾。2．实习中注意力要集中，严格遵守车间的劳动纪律。3．严格按零件的热处理工艺及设备的安全操作规程进行操作。4．注意车间的防触电警告标志。5．不能用湿手触摸各种电器开关。6．设备如出现故障应先切断电源。7．零件进出炉时必须先关掉电源，关电源时禁止戴手套。8．严禁潮湿的工件入炉。9．火花鉴别时，操作者应站在砂轮机两旁，不能站在砂轮机正面。10．手持工件在砂轮机磨削时，不宜用力过猛，以防砂轮碎裂飞出伤人，也不要用力过小，以防工件过份跳动飞出伤人或磨伤手指。11．操作完毕应清理工作现场并打扫车间卫生，做好设备保养工作。三、热处理的基本操作过程1．加热：以一定的温度把工件加热到工艺规定的温度范围，这个工艺范围是根据不同的金属材料，不同的热处理要求来定的。2．保温：在一定温度下保温，目的是使工件全部热透，获得细小而均匀的“A”组织为保温的最终目的。3．冷却：以某种速度把工件冷却下来，以获得更多的“M”组织。4．回火：将淬硬的零件重新加热到工艺要求的温度，保温一定时间后出炉空冷或油冷至室温的操作，目的是消除淬火内应力与脆性，获得使用所需的力学性能。第3页河北科技大学教案用纸第2进程1学时本次实习主要内容：金属材料在热处理中组织结构转变过程及处理后的性能特点。实习教学要求：1．掌握金属材料通过加热、保温、冷却后的组织结构转变规律；2．了解热处理后工件的性能特点；3．了解合金的基本组织、结构。重点：金属材料的组织结构转变。难点：金属的基本组织、结构。教学手段及教具：讲授实习具体内容及时间分配：1．以45钢为例分析加热、保温、冷却的组织结构转变过程及转变后的性能特点；20min2．合金的基本组织结构。40min课后作业铁素体、珠光体、奥氏体、莱氏体各用什么符号表示及性能特点是什么？参考资料《制造工程实践》课本第4页河北科技大学教案用纸一、金属材料的组织结构转变过程及转变后的性能特点以45钢为例：1．加热前：组织为铁素体F和珠光体P，结构为：a－Fe晶格。2．加热：组织转变为“A”，结构转变为γ－Fe晶格。3．保温：以获得细小均匀的“A”为保温目的；注意事项：升温一般不要太高，45钢不高于830－860°C；保温时间不要过长，一般不超过一小时。4．冷却：水冷：冷却速度较快；盐水冷却：冷却速度更快；快速冷却以获得“M”组织的操作工艺又称为淬火。5．淬火后的性能特点：淬火后获得“M”组织，用来提高钢的硬度、强度及耐磨性能；“M”组织的强度、硬度很高但塑性、韧性很差，使用价值不大，但对其进行适当的回火处理，可以获得满意的力学性能。6．回火：回火的目的在于消除淬火组织中的残余内应力并调整淬火组织的力学性能。二、合金的基本组织结构1．结构：（1）体心立方晶体结构（a－Fe）；（2）面心立方晶体结构（γ－Fe）；（3）密排六方晶体结构。2．组织：（1）铁素体“F”：是碳溶解在a－Fe中形成的间隙固溶体；（2）珠光体“P”：是F和Fe3C的层状混合物；（3）奥氏体“A”：是碳溶解在γ－Fe中形成的间隙固溶体；（4）渗碳体“Fe3C”：是含碳量为6.69％的铁与碳的金属化合物；（5）莱氏体“Ld”：是碳含量为4.3％的液态合金在1148°C时从液相中同时结晶出“A”和“Fe3C”的混合物。第5页河北科技大学教案用纸第3进程2学时本次实习主要内容：钢的热处理方法及其操作；独立完成锤头淬火操作。实习教学要求：1．掌握整体热处理工艺；2．能独立完成45钢锤头的淬火工艺。重点：淬火工艺难点：“四火”的运用教学手段及教具：讲授、实际操作实习具体内容及时间分配：1．讲授整体热处理工艺40min(1)淬火工艺10min（2）退火工艺10min（3）正火工艺10min（4）回火工艺10min2．实际操作锤头的淬火过程80min课后作业让“M”达到满意的力学性能需要用什么方法处理？参考资料《制造工程实践》课本第6页河北科技大学教案用纸一、钢的热处理1．概述：热处理主要针对于金属材料，需要了解金属材料的性能、化学成分与内部构造之间的关系。2．定义：何谓热处理？热处理是将固态金属或合金，通过加热、保温、冷却的方法，来改变其组织、结构，从而获得使用所需性能的一种工艺方法。3．作用：（1）可以消除组织结构上的某些缺陷；（2）改善和提高钢的性能，充分发挥钢的潜力；（3）减轻工件重量，节约材料，降低成本，延长工件的使用寿命。4．热处理工艺过程：（1）加热；（2）保温；（3）冷却。5．热处理方法：退火、正火、淬火、回火、调质、表面热处理、化学热处理等。二、整体热处理1．退火：定义：将钢加热到适当的温度，保温一定时间，然后缓慢冷却下来（一般采用随炉冷却）的热处理工艺过程。目的：能降低钢的硬度，提高钢的塑性，以利于切削加工及冷变形加工；能细化钢的晶粒，均匀钢的组织成分，改善钢的性能；消除钢中的残余内应力，以防止变形和开裂的发生。常用方法：完全退火、球化退火、去应力退火等。2．正火：工艺过程：将钢加热到Ac3或ACcm线以上30－50°C，经保温后出炉空冷至室温的操作过程。目的：细化组织、消除内应力、改善钢的性能，对强度要求不高的零件，可以作为最终热处理。3．淬火：定义：将钢加热到Ac1或Ac3线以上某一温度，保持一定时间，然后以适当的速度（快速）冷却至室温，以获得“M”或贝氏体组织的操作过程。目的：为了获得“M”组织，以提高钢的强度和硬度。淬火加热温度的选择：亚共析钢、过共析钢淬火加热温度的选择。淬火冷却介质：水、盐水、油等。淬火方法：为了最大限度地减小变形和避免开裂，除正确的进行加热及合理地选择冷却介质外，还应根据工件的材料、尺寸、形状和技术要求，选择合理的淬火方法及正确的淬入方式。4．回火：定义：将淬硬的工件重新加热到回火要求的工艺温度，保持一定时间，然后出炉空冷或油冷至室温的操作过程。目的：消除内应力与淬火脆性；获得所需要的力学性能，提高韧性，调整钢的强度、硬度；稳定钢的组织和尺寸。应用：分为低温回火、中温回火、高温回火。第7页河北科技大学教案用纸三、锤头的热处理1．锤头的热处理工艺：材质：45钢硬度要求：53－57HRC工艺：淬火+低温回火淬火介质：水或盐水注意事项：采用有温装炉，冷却时厚面先淬入并不断在水中摆动，以保证硬度均匀。2．每个学生独立完成本人在钳工自制锤头的淬火过程。第8页河北科技大学教案用纸第4进程1.5学时本次实习主要内容：独立完成锤头的回火工艺；了解铁碳合金相图在热处理中的应用分类。实习教学要求：1．掌握锤头的回火工艺；2．了解铁碳合金的基本组织、铁碳相图分析。重点：铁碳相图分析难点：铁碳相图的理解教学手段及教具：讲授、实际操作实习具体内容及时间分配：1．锤头的低温回火工艺操作60min2．铁碳合金的基本组织15min3．铁碳合金相图分析15min课后作业描绘亚共析钢从高温液态缓冷至室温的组织转变过程。参考资料《制造工程实践》课本第9页河北科技大学教案用纸一、锤头的低温回火工艺操作每个学生独立完成本人在钳工自制锤头的低温回火过程。二、铁碳合金相图1．概述：铁碳合金相图是表示在缓慢冷却或缓慢加热的条件下，不同成分的铁碳合金状态或组织，随温度变化的图形。2．铁碳合金相图简介（图见车间内的挂图）。3．相图中几个主要特性点介绍：A点、D点、G点、C点、E点、S点。4．相图中的特性线简介：液相线、固相线、A3线、Acm线、共晶线、共析线。5．铁碳合金分类：工业纯铁、钢、白口铸铁。6．典型铁碳合金的结晶过程：共析钢、亚共析钢、过共析钢。7．铁碳合金的成分、组织与性能的关系：碳含量越高，钢的强度、硬度越高，而塑性、韧性越低。第10页河北科技大学教案用纸第5进程1学时本次实习主要内容：常用工程材料分类及应用。实习教学要求：了解工程常用材料分类及其应用。重点：难点：教学手段及教具：讲授实习具体内容及时间分配：1．碳素钢的分类与应用30min2．合金钢的分类与应用30min课后作业1．低、中、高碳钢是怎样划分的？2．硫、磷对钢的力学性能有哪些影响？参考资料《制造工程实践》课本第11页河北科技大学教案用纸一、常用工程材料分类及应用1．金属材料分类：（1）黑色金属：碳素钢、合金钢、铸铁；（2）有色金属：铜及其合金、铝及其合金、轴承合金、钛及其合金。2．优质碳素结构钢：（1）低碳钢：又称为渗碳钢；（2）中碳钢：又称为调质钢；（3）高碳钢：又称为弹簧钢。3．优质碳素工具钢：用以制造一般的刃具、模具、量具及低转速手动工具等。4．合金钢：（1）为了提高和改善钢的性能，在碳钢的基础上，有意加入了一定数量的金属或非金属元素，从而构成了含有碳以外的多种元素的钢种，称之为合金钢。（2）合金钢的分类：合金结构钢、合金工具钢、特殊性能合金钢。第12页河北科技大学教案用纸第6进程0.5学时本次实习主要内容：布氏、洛氏硬度计的使用；实测锤头HRC硬度。实习教学要求：掌握布氏、洛氏硬度计的使用。重点：洛氏硬度的使用难点：教学手段及教具：讲授、实际操作实习具体内容及时间分配：1．布氏硬度5min2．洛氏硬度5min3．实际操作20min课后作业参考资料第13页河北科技大学教案用纸一、布氏硬度1．测试原理及操作演示：使用一定直径的刚球，以规定的试验力压入试样表面，经规定的保持时间后卸除试验力，然后测量表面压痕直径，来计算硬度。2．应用范围：用来测定灰铸铁、有色金属、各种轮钢等硬度不是很高的材料。二、洛氏硬度1．测试原理及操作演示：采用120°金刚石圆锥体压入金属表面后，经规定时间保持后，卸除试验力测量压痕深度，来计算硬度值。2．应用范围：当不能用布氏硬度试验法测定硬度时，可采用洛氏硬度试验法来测定。常用于一般淬火工件。第14页河北科技大学教案用纸第7进程0.5学时本次实习主要内容：碳素钢材料的火花鉴别实习教学要求：了解碳钢含碳量与火花鉴别。重点：火花特征。难点：教学手段及教具：讲授、演示、实际操作实习具体内容及时间分配：1．低碳钢的火化特征5min2．中碳钢的火化特征5min3．高碳钢的火化特征5min4．实际操作15min课后作业参考资料第15页河北科技大学教案用纸一、碳素钢的火花鉴别1．火花的构成：钢在砂轮片上磨削时所射出的火花，由根部火花、中部火花、尾部火花构成火花束。2．火花束的组成：流线、节点、芒线、节花、花粉。3．低碳钢火花：演