材料111金材111封面绪论第一章2014

第1页共16页 南京工程学院教案【封面】 任课系部：材料工程学院 授课时间：2013-2014年第2学期 课程名称 材料设备及设计 课程编号 0802605106 专业 材料科学与工程 班级 材料111，金材111

课程类别 必修课 公共基础课□；专业基础课□；专业课□ 选修课 限选课■； 任选课□； 公选课□ 总学时数 40 学分数 2.5 考核方式 考试□；考查■ 学时分配 课堂讲授 40 学时； 实践课 0 学时 教材名称 热处理炉 作者 吉泽升 出版社及出版时间 哈尔滨工业大学出版社，2007

指定参考书 热处理设备 热处理炉 炉温仪表与热控制 侧温仪表与感应加热装置 作者 孟繁杰 曾祥模 李均宜 陈特夫 出版社及出版时间 机械工业出版社，1988 西北工业大学出版社，1989 机械工业出版社，1981 机械工业出版社，1983

授课教师 方信贤 职称 副教授 单位 材料工程学院 第2页共16页

南京工程学院教案【教学单元首页】 第 1 次课 授课学时 1 教案完成时间：2014.1 章、节 绪论

主要内容

1、热处理设备与材料科学 2、我国热处理设备的现状及发展趋势 3、热处理炉的分类 4、课程性质、内容与要求

目 的 与要求

目的：了解课程的性质与要求。 要求：了解课程的性质与要求。

重点与难点

教学方法与手段

板书与多媒体教学结合。 第3页共16页

绪论 1.国内其它大学本课程的情况介绍 课程名称：热处理炉，热处理设备，热处理设备及控制。 课程学时变化：64学时，56学时，40学时，32学时。 课程内容变化：热处理炉、感应加热装置、热工仪表。

2.学习本课程重要性 热处理工程师认证：四大块中独立的一块。 就业企业：热处理设备制造企业——电炉厂。 热处理相关部门：1）技术部门：编制工艺时根据工件在工艺流程中所处工序位置，正确地选择设备；新产品零件工艺调试时，正确地使用设备；2）检验部门：实验电炉的正确使用；3）生产车间：设备的基本管理、正确使用及简单的维护；车间旧设备报废或设备不能满足生产需求时新设备的选购。

3.热处理主要设备和辅助设备（补充，工程师培训教材） 1）主要设备 热处理炉：指有炉膛的热处理加热设备，如箱式电阻炉、井式炉、真空炉等。 加热装置：指热源直接对工件加热的装置，如火焰加热装置和感应加热装置。 表面改性装置：主要有气相沉积和离子注入等。 表面氧化装置：由一系列槽子组成，如发蓝或发黑槽等。 表面机械强化装置：有喷丸机和辊压机等。 淬火冷却设备：常用的有各类冷却介质的淬火槽、喷射式淬火装置、压力淬火机等。 冷处理设备：常用的装置有冷冻机、干冰冷却装置和液氮冷却装置。 工艺参数检测、控制仪表：指对温度、流量、压力、碳势等参数的检测、指示和控制仪表等。 2）辅助设备 清洗机和清理设备：指对热处理前、后工件清洗或清理的设备。如清洗机、清理滚筒、喷砂机、抛丸机、脱脂炉等。 炉气氛制备设备：如吸热式发生器、放热式发生器、氨分解器、制氮机等。 淬火介质循环装置：主要包括储液槽、泵、冷却器、过滤器等。 起重运输设备：主要有车间起重机、运输车辆、传送工件的滚道和传送链等。 动力输送管路及辅助设备：主要有管路系统、风机泵、储气罐及储液罐等。 防火防尘等生产安全设备：主要有抽风机、废气反应槽及防火喷雾器等。

4.我国热处理设备的现状及发展趋势

1）我国热处理设备的制造技术及设备生产企业现状： 制备技术：已掌握传统热处理设备制造技术，如各种箱式电阻炉、井式电阻炉、化学热处理炉[气体渗碳炉（包括井式、滚筒式、连续式）、氮化炉（包括气体、离子氮化炉）]、保护气氛炉（包括密封箱式炉、网带炉、振底炉等）、感应热处理设备（包括高频、中频、工频、超音频）、浴炉（如盐浴炉、流动粒子炉）、真空热处理设备等。但先进热处理设备与国外尚有一定差距如激光热处理设备激光源稳定性和寿命。 企业特点：热处理设备生产企业众多、规模较小、企业技术力量薄弱、缺少质量和售后服务意识、对设备外观与性价比不够重视，由于企业规模过小，难于形成技术、资 第4页共16页

金等优势，企业竞争力较差。 2）我国企业热处理设备装备现状： 热处理装备相对比较落后，仍以周期式箱式电阻炉、井式电阻炉和盐浴炉为主。 造成热处理装备落后原因：①热处理生产非常分散，各机械类企业基本均有自己的热处理生产车间或分厂，专业化规模热处理厂家很少，且专业热处理厂主要是规模很小的私人企业，这种现状决定了难于形成规模生产批量，由于生产批量决定了作业制度和热处理装备，因而目前国内中小企业热处理装备主要以周期式热处理设备为主，先进热处理装备主要集中在一些大型机械类企业集团如一汽、二汽等。②上游制造技术落后，导致产品加工余量较大，造成对热处理少氧化、无氧化处理市场需求较小，因而目前企业周期式炉仍以空气式加热炉为主。

3）热处理设备的发展趋势： ①少、无氧化设备如密封式炉和真空炉取代传统空气为加热介质热处理炉。 ②碳势控制设备逐步推广。 ③开发和推广热处理成套技术，提高和稳定热处理产品质量。

5.热处理炉分类 按工作温度：低温炉（≤650ºC）、中温炉（650ºC-1000ºC）和高温炉（>1000ºC）； 按炉膛加热介质：自然介质（空气）炉、浴炉、可控气氛炉（保护气氛炉）、真空炉等； 按作业规程：周期式炉和连续式炉等； 按生产用途：退火炉、淬火炉、回火炉、正火炉、渗碳炉、氮化炉等； 按热能来源：电阻炉和燃料炉。

6.课程性质、内容与要求 《材料设备及设计》是材料科学及工程、金属材料工程专业的一门必修专业课，其主要内容是介绍材料热处理设备原理、结构、应用及其控制仪表和控制技术，学生学完本课程后应能达到下列基本要求： 1）了解常用热处理设备结构、工作原理、主要参数及选用原则。 2）掌握热处理电阻炉设计原理、方法和步骤，具有设计电阻炉的初步技术。 3）了解热处理温度测量及控制的基本原理和技术。 4）熟悉常用热处理温度测控仪表的鉴定、选择和使用方法。

7.主要参考资料： （1）孟繁杰，黄国靖合编.《热处理设备》.机械工业出版社，1988年11月北京第一版，1989年北京第二次印刷。 （2）曾祥模主编.《热处理炉》.西北工业大学出版社，1989年8月第一版，1991年7月第二次印刷。 （3）热处理设备及设计编写组.《热处理设备及设计》.山东人民出版社，1977年10月第一版，1977年10月第一次印刷。 （4）李均宜主编.《炉温仪表与热控制》.机械工业出版社，1981年7月北京第一版，1982年4月北京第二次印刷。 （5）陈特夫主编.《测温仪表与感应加热装置》.机械工业出版社，1985年6月北京第一版，1988年8月重庆第四次印刷。 第5页共16页

南京工程学院教案【末页】 本单元知识点归纳

1.热处理设备分类、现状； 2.课程性质及要求。

思考题或作业题

本单元教学情况小结

审阅意见

审阅人： 注：教案首页和末页中间为授课内容 第6页共16页

南京工程学院教案【教学单元首页】 第 1-2 次课 授课学时 3 教案完成时间：2014.1 章、节 第一章 热处理炉内的气体运动；§1.1、气体静力学的基本概念§1.2、气体动力学及伯努利方程

主要内容

1.气体静力学的基本概念 2.气体流动基本概念； 3.气体流动连续性方程和伯努利方程； 4.炉气在运动中的能量损失； 5.炉气通过小孔的溢气流量计算； 6.敞开炉门时的溢气和吸气。

目 的 与要求

目的：通过学习气体静力学基本概念和气体动力学基本理论，理解热处理炉发生吸气和溢气的原因及机理。

要求：了解气体静力学和气体运动的一些基本概念，掌握气体连续性方程和伯努利方程。

重点与难点

重点：气体连续性方程和伯努利方程。 难点：热处理炉吸气和溢气量的计算。

教学方法与手段

板书和多媒体教学结合。 第7页共16页

第一章：热处理炉内气体运动 学习本章意义：炉气运动与炉内热交换、炉温均匀性、气氛均匀性（化学热处理炉）等密切相关，合理引导炉内气体运动，是确保热处理质量的重要保障。 本章主要内容：介绍炉气运动基本规律，主要包括静止气体能量、炉内气体与炉外气体相互作用、气体运动动力和阻力、及流动气体连续性方程和伯努利方程等，并运用这些规律分析热处理炉内气体压力分布及其运动规律、炉门开启时的吸气和溢气计算等。 本章内容特点：概念多，学好本章需要理解性地记忆。

§1.1 气体静力学基本概念 一.静止气体能量： 1.气体压强（p） 气体压强p：指气体作用在容器单位面积上的力。单位为帕斯卡（Pa），1Pa=1N/m2。 绝对压强p：从绝对零点（绝对真空）算起的气体压强。 相对压强Δp：以大气压为计算起点的气体压强，即同一水平面上容器内气体绝对压强与大气压强之差。 相对压强可用普通压力表直接测量，又称表压强。 常用U形管测量相对压强，相对压强Δp=p-pa=ρgh，ρ为管内液体密度（kg/m3），g为重力加速度(9.8m/s2)，h为U形管液面高度差(m)

2.压力能（或静压能或压强能）Es 气体压强是气体分子储存能量的表现，单位体积气体所能做的功称为压力能或静压能或压强能。 压力能Es和压强p间关系：Es=p，可用下图推导得到该公式。

设气体压强为p、活塞截面积为A、活塞在气体作用下移动了dl, 气体所做功:dW=F.dl=p.A.dl=p.dV→单位体积气体所做功：dVdW=p，即：Es=p。 可见:1)单位体积气体静压能与气体压强数值相等，但单位不同；2)从力角度，p为气体静压强，从能量角度，p为单位体积气体具有的静压能。

p=pa时为相对零压； p>pa时为相对正压； p绝对压力小于大气压那部分压力值。