第二章--热处理设备常用材料-课二

金属学与热处理原理中的热处理设备与工具热处理设备与工具在金属学与热处理原理中扮演着至关重要的角色。

它们不仅能够影响金属材料的性能和质量，还能够提高生产效率。

本文将介绍几种常见的热处理设备与工具，包括炉子、淬火设备、回火设备以及检测工具等。

1. 炉子炉子是最基本的热处理设备之一。

它可以提供所需的温度和环境条件，用于对金属材料进行加热处理。

根据不同的需求，炉子可以分为多种类型，如电阻炉、燃气炉和电弧炉等。

炉子的设计通常考虑到保温性能、加热速度和热量控制等因素，以确保金属材料能够达到预定的温度和处理效果。

2. 淬火设备淬火是热处理过程中的一个重要步骤，它能够使金属材料迅速冷却并达到所需的硬度。

常见的淬火设备包括油淬器、水淬器和气体淬火设备等。

这些设备可以通过不同的介质来实现金属材料的快速冷却，并在不同的温度和压力条件下提供所需的淬火效果。

3. 回火设备回火是热处理过程中的另一个关键步骤，它通过加热处理过的金属材料，使其达到所需的硬度和韧性。

回火设备通常采用炉子或加热系统，并通过控制温度和时间来实现回火效果。

回火过程中的温度和时间将根据金属材料的类型和要求进行调整，以达到最佳的性能和质量。

4. 检测工具在金属学与热处理原理中，检测工具是不可或缺的。

它们可以帮助我们评估金属材料的性能和品质，并提供有关热处理过程的信息。

常用的检测工具包括显微镜、硬度计、金相分析仪等。

这些工具能够通过观察和测量金属材料的微观结构和机械性质，来判断热处理效果是否符合要求。

总结热处理设备与工具在金属学与热处理原理中起着至关重要的作用。

它们能够有效地改善金属材料的性能和质量，提高生产效率。

本文介绍了几种常见的热处理设备与工具，包括炉子、淬火设备、回火设备和检测工具等。

这些设备和工具的选择和使用将直接影响到热处理效果的好坏，因此在实际应用中应该根据具体要求进行选择，并进行合理的操作和控制。

通过合理使用热处理设备与工具，我们可以获得更高质量的金属材料，并满足不同领域的需求。

第二章纯金属的结晶2-1 a）试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△Gk与其体积V之间关系式为△Gk=V△Gv/2b）当非均匀形核形成球冠状晶核时，其△Gk与V之间的关系如何？答：2-2 如果临界晶核是边长为a的正方体，试求出△Gk和a之间的关系。

为什么形成立方体晶核的△Gk比球形晶核要大。

答：2-3 为什么金属结晶时一定要由过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否会出现过热？为什么？答：金属结晶时需过冷的原因：如图所示，液态金属和固态金属的吉布斯自由能随温度的增高而降低，由于液态金属原子排列混乱程度比固态高，也就是熵值比固态高，所以液相自由能下降的比固态快。

当两线相交于Tm温度时，即Gs=Gl，表示固相和液相具有相同的稳定性，可以同时存在。

所以如果液态金属要结晶，必须在Tm温度以下某一温度Tn，才能使G s＜Gl，也就是在过冷的情况下才可自发地发生结晶。

把Tm-Tn的差值称为液态金属的过冷度影响过冷度的因素：金属材质不同，过冷度大小不同；金属纯度越高，则过冷度越大；当材质和纯度一定时，冷却速度越大，则过冷度越大，实际结晶温度越低。

固态金属熔化时是否会出现过热及原因：会。

原因：与液态金属结晶需要过冷的原因相似，只有在过热的情况下，Gl＜G s，固态金属才会发生自发地熔化。

2-4 试比较均匀形核和非均匀形核的异同点。

答：相同点：1、形核驱动力都是体积自由能的下降，形核阻力都是表面能的增加。

2、具有相同的临界形核半径。

3、所需形核功都等于所增加表面能的1/3。

不同点：1、非均匀形核的△Gk小于等于均匀形核的△Gk，随晶核与基体的润湿角的变化而变化。

2、非均匀形核所需要的临界过冷度小于等于均匀形核的临界过冷度。

3、两者对形核率的影响因素不同。

非均匀形核的形核率除了受过冷度和温度的影响，还受固态杂质结构、数量、形貌及其他一些物理因素的影响。

2-5 说明晶体生长形状与温度梯度的关系。

答：液相中的温度梯度分为：正温度梯度：指液相中的温度随至固液界面距离的增加而提高的温度分布情况。

绪论热处理设备，根据其在热处理生产过程中所完成的任务不同，通常分为加热设备、冷却设备、辅助设备和温度控制设备。

周期作业加热设备主要炉型有箱式电阻炉、井式电阻炉、周期式控制气氛炉、盐浴炉、感应加热装置等。

连续作业炉有推杆炉、输送带炉、滚动底式炉等。

热处理冷却设备主要包括各种淬火设备、缓冷设备和冷处理设备。

热处理车间常用的辅助设备由喷砂或喷丸机、机械滚筒、抛丸机、清洗机，各种酸洗槽、手动及机动校正机、起重运输设备等。

第一章传热理论热处理炉的主要任务是加热金属工件，完成热处理工艺过程、使工件能达到使用的技术要求，保证生产率，并且在热处理过程中具有低的散热损失、加热速度快、降低生产成本的能力。

热量传递有三种基本形式，即传导、对流和辐射。

热量直接由物体的一部分传至另一部分，或由一个物体传向另一个与它直接接触的物体，而无需宏观的质点移动的传热现象，叫做传导传热。

当流体（气体和液体）中存在温度差时，流体的各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式，称为对流。

具有一定温度的任意物体都会通过电磁波向外传递能量，这种能量传递的方式称之为辐射。

在传热过程中，物体或传热体系内温度在空间和时间上的分布情况称之为温度场。

如果物体各点温度不随时间变化，此时的温度场称为稳定态温度场。

热流密度（q）表示单位时间内通过单位面积所传递的热量、其单位为W/m2。

热流（Q）表示单位时间内通过一定传热面积A所传递的热量，其单位为W。

热流（q）表示单位时间内（时）通过单位面积（米2）所传递的热量，其单位为千卡/米2 •时。

热量（Q ）表示单位时间内通过传热面积为F米2所传递的热量，其单位为千卡/时。

傅里叶定律：在导热过程中，单位时间内通过单位面积截面所传导的热量（即热流密度），与该截面法线方向上的温度梯度成正比。

其数学表达式为：q二-入三，式中人一一热导率，W/（m・K）。

…1/17热导率也叫做导热系数，它代表物体导热能力的大小。

热处理设备培训课程一、课程概述热处理是一种通过加热和冷却金属材料来改变其物理和化学性质的工艺方法。

热处理设备是实施热处理工艺的关键设备之一。

为了帮助学习者全面了解热处理设备的原理、操作和维护，特开设本培训课程。

本课程将从热处理设备的基本原理入手，逐步深入介绍热处理设备的种类、操作技巧、常见问题及解决方法等内容。

通过学习本课程，学员将能够有效地运用热处理设备进行金属材料的热处理工艺。

二、课程大纲2.1 热处理设备基本概念•热处理的定义和重要性•热处理设备的分类和基本结构•热处理设备的工作原理2.2 热处理设备的种类和应用•炉窑类热处理设备–具有对流加热方式的炉窑–具有辐射加热方式的炉窑–具有辐射和对流加热方式的炉窑•盐浴类热处理设备–盐浴炉的原理和应用–盐浴炉的维护和安全操作注意事项•渗碳设备–渗碳设备的工作原理和应用–渗碳设备的操作技巧和故障排除2.3 热处理设备的操作技巧•热处理设备的启动和停机流程•控制参数的设置和调整•热处理过程中的注意事项•常见问题的分析和解决方法2.4 热处理设备的维护与保养•定期检查和维护热处理设备•润滑和清洁热处理设备•常见故障和维修方法三、学习目标通过本课程的学习，学员将能够：1.理解热处理的定义和重要性；2.掌握不同种类热处理设备的原理和应用；3.学习热处理设备的操作技巧和注意事项；4.掌握热处理设备的维护和保养方法。

四、教学方法本课程采用理论教学、案例分析和实际操作相结合的教学方法。

课程分为理论部分和实践部分，理论部分介绍各种热处理设备的原理和应用，并提供案例分析。

实践部分安排实际操作环节，让学员亲自操作热处理设备，提高操作技巧。

五、评估方式课程评估方式包括：1.课堂参与度：根据学员在课堂上的积极参与程度进行评估；2.理论考试：对学员理论知识进行考核；3.操作实验：对学员操作热处理设备的能力进行评估。

六、参考资料•《热处理技术手册》•《热处理设备操作与维护指南》•热处理设备制造商的相关技术文档以上为热处理设备培训课程的大纲，通过本课程的学习，学员将全面掌握热处理设备的原理、操作和维护等知识。

绪论热处理设备，根据其在热处理生产过程中所完成的任务不同，通常分为加热设备、冷却设备、辅助设备和温度控制设备。

周期作业加热设备主要炉型有箱式电阻炉、井式电阻炉、周期式控制气氛炉、盐浴炉、感应加热装置等。

连续作业炉有推杆炉、输送带炉、滚动底式炉等。

热处理冷却设备主要包括各种淬火设备、缓冷设备和冷处理设备。

热处理车间常用的辅助设备由喷砂或喷丸机、机械滚筒、抛丸机、清洗机，各种酸洗槽、手动及机动校正机、起重运输设备等。

第一章传热理论热处理炉的主要任务是加热金属工件，完成热处理工艺过程、使工件能达到使用的技术要求，保证生产率，并且在热处理过程中具有低的散热损失、加热速度快、降低生产成本的能力。

热量传递有三种基本形式，即传导、对流和辐射。

热量直接由物体的一部分传至另一部分，或由一个物体传向另一个与它直接接触的物体，而无需宏观的质点移动的传热现象，叫做传导传热。

当流体（气体和液体）中存在温度差时，流体的各部分之间发生相对位移，冷热流体相互掺混所引起的热量传递方式，称为对流。

具有一定温度的任意物体都会通过电磁波向外传递能量，这种能量传递的方式称之为辐射。

在传热过程中，物体或传热体系内温度在空间和时间上的分布情况称之为温度场。

如果物体各点温度不随时间变化，此时的温度场称为稳定态温度场。

热流密度（q）表示单位时间内通过单位面积所传递的热量、其单位为W/m2。

热流（Q）表示单位时间内通过一定传热面积A所传递的热量，其单位为W。

热流（q）表示单位时间内（时）通过单位面积（米²）所传递的热量，其单位为千卡/米²·时。

热量（Q ）表示单位时间内通过传热面积为 F 米²所传递的热量，其单位为千卡/时。

傅里叶定律：在导热过程中，单位时间内通过单位面积截面所传导的热量（即热流密度），与该截面法线方向上的温度梯度成正比。

其数学表达式为：q=-λ，式中λ——热导率，W/(m·K)。

第二章常用金属材料及热处理金属材料是机械工程中应用最广泛的材料。

它具有良好的力学性能、物理性能、化学性能和工艺性能，主要用于机械设备、港口建设、交通运输、建筑和军事工业等方面。

金属材料的机械性能又称力学性能，是金属材料在外力作用下表现出的能力，是我们机械产品设计与零部件选材的重要依据。

常用的机械性能指标有：强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。

金属材料的热处理是指金属材料在固态下加热到一定温度，保温一定时间，然后以设定的冷却速度冷却下来，以改变其内部组织，从而获得所需性能的一种工艺方法。

根据热处理所获得的内部组织和机械性能的不同，可以分为退火，正火，淬火，调质（淬火+高温回火）、回火和表面热处理。

2.1常用金属材料及用途金属材料是应用最广泛的材料，目前仍占据材料工业的主导地位。

包括黑色金属的型钢、钢板及钢带、钢管、钢丝、钢丝绳，有色金属的棒材、线材、板材、带材及箔材、管材等12大类。

黑色金属：如生铁、铁合金、铸铁、钢、合金钢等。

钢和生铁都是以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。

习惯上把碳含量＞2.11%的归类于铁，碳含量＜2.11%的归类于钢。

当铁中含C在0.03%~1.2%范围时则为钢，含C在1.2%~2.5%的铁缺乏实用性，一般不进行工业生产。

2.1.1 碳素钢1 碳素钢的分类方法如下：2 普通碳素结构钢牌号及其用途常见碳素结构钢的牌号用“Q+数字”表示，其中“Q”为屈服点“屈”字的汉语拼音字首，数字表示屈服强度的数值。

例如，Q235表示屈服强度为235MPa。

若牌号后面标注字母A,B,C,D，则表示钢材质量等级不同，即硫，磷的质量分数不同。

其中A级钢含硫，磷的质量分数最高，D级钢含硫，磷的质量分数最低，即A,B,C,D表示钢材质量依次提高。

这类钢最典型的钢号是Q235A。

3 优质碳素结构钢的牌号和主要用途优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示钢的平均含碳的质量分数的万分数，例如，20钢，45钢等，其平均的碳质量分数分别为0.2%和0.45%。

第一章：热处理设备1.1 热处理设备的分类热处理设备主要分为炉子、熔炼炉、加热炉和冷却设备等。

炉子通常用于金属材料的热处理，可以根据不同的加热方式和工艺要求进行分类。

熔炼炉主要用于金属材料的熔炼和铸造，通常采用高温电炉或火炉。

加热炉主要用于金属材料的加热处理，可以根据加热方式和加热介质的不同进行分类。

冷却设备主要用于金属材料的淬火和冷却，通常采用水、油或气体等介质进行冷却。

1.2 热处理设备的选型原则在选择热处理设备时，需要考虑材料的类型、尺寸和工艺要求等因素。

同时还需考虑设备的性能、稳定性和能耗等方面的因素。

综合考虑各方面因素后，可以选择合适的热处理设备进行热处理工艺。

第二章：热处理工辅材料2.1 热处理工辅材料的种类热处理工辅材料主要包括热处理盐、保护气体、辅助材料等。

热处理盐主要用于金属材料的盐浴热处理，可以根据工艺要求选择不同的盐浴。

保护气体主要用于金属材料的气氛控制，可以选择氮气、氢气、氩气等保护气体。

辅助材料主要包括铝、硅、碳等合金元素及其他添加剂，可以用于改变金属材料的化学成分和性能。

2.2 热处理工辅材料的特性热处理工辅材料需要具有良好的热稳定性、化学稳定性和热导性等特性。

同时还需要具备良好的融化和气化性能，以确保在热处理过程中能够对金属材料起到有效的辅助作用。

结论热处理设备和工辅材料是热处理工艺中不可或缺的重要组成部分，其选择和应用对于提高金属材料的性能和质量具有重要意义。

通过对热处理设备和工辅材料的认真选择和合理应用，可以为金属材料的热处理工艺提供可靠的保障，实现金属材料的优化处理和提升。

3.3 热处理设备的性能指标热处理设备的性能指标包括加热速度、温度控制精度、热工作区大小、能耗等。

其中加热速度是衡量炉子性能的重要指标，快速加热可以提高生产效率，减少加热时间，降低能耗成本。

温度控制精度则直接关系到热处理工艺的稳定性和成品质量，精准的温度控制可以确保热处理效果的一致性。

热工作区的大小对于同时处理多个工件或大尺寸工件具有重要的意义，大的热工作区可以提高设备的灵活性和生产效率。