热处理工艺论文范文
时间：2023-03-22 22:15:00
导语：如何才能写好一篇热处理工艺论文，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。
篇1
要提高连铸辊辊体材料的性能应从以下几方面入手:1)通过调整辊体材料的成分、增加合金成分的含量，提高淬透性;2)控制锻坯冶炼和锻造质量，提高材料的均匀性和纯净度，改善夹杂物形态，降低有害元素含量;3)采用能细化组织及晶粒的热处理工艺，提高材料的断裂韧性，降低裂纹扩展速度。
1．1辊体材料成分设计小炉冶炼的材料成分如表3所示，为保证一定的强度，规定了最低含碳量，为增加辊体材料的淬透性，Mn含量选取上限，三炉Ni、Cr含量进行了相应调整。其中01#与目前宝钢使用的R73连铸辊成分基本一致。
1．2熔炼方法三炉原料均采用IF钢以降低P、S含量，在50kg感应炉中冶炼，铸成电极棒，然后采用30kg电渣炉进行重熔，最终得到120mm电渣锭。
1．3锻造将120mm电渣锭锻成30mm×400mm拉伸试样毛坯、32mm×32mm×180mm冲击试样毛坯和40mm×26mm×450mm的J积分试样毛坯。锻造毛坯经950℃正火+650℃高温回火后，机加工至一定尺寸再进行调质热处理。
1．4调质热处理在盐浴炉中进行调质加热，在井式电炉中进行回火处理，炉温均经过校正。调质工艺采用二种方案:1)900℃水冷+690℃回火空冷2)900℃空冷+690℃回火空冷最终硬度均要求在连铸辊辊体材料所规定的硬度范围内，即32－37HSD，采用900℃空冷的目的是:比较在不同热处理方式下三种成分的连铸辊辊体内部性能和金相组织的差别。
1．5金相组织及性能测试分析经调质热处理的试样测试硬度值后，分别按GB/T228－2010、GB/T229－2007和GB/T21143－2007标准，进行拉伸、室温冲击、J积分试验。三种成分的试验钢种经调质处理后，采用OLYMPUS－BX51金相显微镜进行微观组织分析，冲击断口形貌采用NOVANANOSEM430型扫描电子显微镜观察分析。
2试验结果分析
小炉冶炼的三炉试验材料实际成分如表4所示，机械性能测试结果如表5所示，03#金相组织及断口电镜图片如图1、图2所示。
3结果讨论分析
图1是03#试样调质后的金相照片，从图中可以看出组织由已经再结晶的铁素体和均匀分布的细粒状渗碳体组成，并且渗碳体充分析出，均匀弥散分布，基体呈细小的等轴状。因此03#经调质处理后，具有较高的强度和硬度，同时具有更好的塑性和韧性，综合力学性能优异。图2是03#冲击试样的断口形貌，从图中可以看出断口形貌呈韧窝状，基本由圆形或者椭圆形的凹坑－韧窝组成，由此可以推断在冲击断裂过程中发生了明显的塑性变形，进一步说明了03#的塑性和韧性较好。由表5结果可知，在第一种热处理条件下，03#成分试样的强度虽然比R73、01#和02#略低，但强度值仍大于700MPa，满足了使用要求;而韧性指标大幅度提高，其中延性断裂韧度03#比01#提高了48%，冲击吸收功03#比R73提高了78%，塑性也得到了很大的提高，其中收缩率03#比R73提高了14%，因此03#在水淬和高温回火的情况下，综合力学性能良好。分析其主要原因在于03#中Ni和Cr的含量较高，部分溶于基体的Ni和Cr的产生了固溶强化，另外部分未溶的Ni和Cr以强化相的形式析出，这样实现了既保证强度达标又不降低韧性的目的［8］。断裂韧度对连铸辊来说是极重要的指标，连铸辊在恶劣的工况条件下，堆焊层经冷热疲劳最终要产生裂纹，产生的裂纹将向连铸辊内部扩展，高的断裂韧度，裂纹就不容易向辊体内部扩展，因此提高连铸辊的关键在于获得高的断裂韧性［7］，由此可见03#成分对于防止疲劳裂纹的扩展具有重要的意义。另外在900℃空冷状态下，经高温回火后，其冲击功03#成分也比01#、02#高，可预期连铸辊内部在冷却速度比表面缓慢的情况下，采用03#成分的连铸辊塑韧性也要比01#、02#连铸辊好。从材料经过两种不同的热处理工艺后得到的力学性能上看，水冷和空冷所得的硬度基本一致，但是从强度上看水冷的要稍微低于空冷的，而在塑韧性上，水冷要高于空冷，尤其是冲击吸收功上，水冷后回火的值要比空冷后回火的高24%以上。而提高连铸辊使用寿命的关键就在于提高韧性，因此采用水冷后高温回火工艺更加合适，使用寿命也会有所提高。另外，可以从理论上判断锻件淬火能否直接采用水冷。根据热处理手册，首先应当考虑锻件化学成分和基础性能的影响，一般可以采用碳当量的计算公式计算，如公式1所示。按此式计算03#成分:［C］=0．56%≤0．75%，由此可见03#钢虽然提高了Ni、Cr含量，但是整体的碳当量还是处于较低的水平，所以水淬是安全的，不会引起巨大的内应力而淬裂的产生。从生产效率上看，直接水淬需要的时间更短，效率也更高，因此03#最佳的热处理工艺是900oC水冷+690oC回火空冷。
4结论
篇2
1．1试剂与仪器KBr，光谱纯;聚奥炸药，204所提供。精密烘箱，成都天宇试验设备有限责任公司，CK-30型，量程10～200℃，温度均匀度±1℃，温度波动度≤±1℃。傅里叶变换红外光谱仪，德国布鲁克公司，Vertex70型，光谱范围4000～400cm－1，采用中红外光源。
1．2试验原理有机炸药不同晶型之间虽分子结构式相同，但存在空间异构体，可以利用红外光照射物质后，不同结构的基团或官能团产生不同的吸收峰来确定物的结构，不同晶型的空间异构体，其红外吸收特征峰存在个体差异;采用烘箱模拟退火及回火过程热效应处理炸药试样及导爆索，对炸药及索内炸药进行红外光谱分析，研究红外吸收峰结构变化情况与保温试验温度、时间的关系，制定热处理工艺。
1．3试验方案设计结合HMX转晶温度(158℃)，及银质导爆索常规去应力和软化温度(160～175℃)，在此温度对聚奥炸药进行短时间保温，或在低于此温度附近选择不同温度、保温不同时间研究其结构变化情况。设计选择4步方案进行分析并采集红外光谱图。即:1)175℃，保温时间≤5h;2)160℃，保温时间≤8h;3)150℃，保温时间≤25h;4)130℃，保温时间≤26h。对于4个方案，首先分析原态炸药在不同的方案的红外光谱图，比较分析其与β-HMX及α-HMX晶型的相关度，以制定初步热处理条件。然后依据初步热处理条件制定的方案，模拟拉索热处理过程，选择银导爆索在进行退火处理之前和退火处理之后两步方案，进行模拟试验及红外光谱测试，对比分析其与β-HMX标准红外图谱的相关度，研究不同保温温度、保温时间与相关度的关系，确定最终的退火回火热处理参数条件。通过试验研究，选择既满足金属银导爆索拉伸性能及导爆索拉制安全性，又保持晶型不发生转变的适宜参数条件，确定热处理工艺。
2结果与讨论
2．1炸药试验结果与讨论
2．1．1聚奥炸药175℃模拟保温试验将聚奥炸药加热至175℃，保温3、4、5h，采集红外光谱图，如图1。HMX的4种晶型中，能稳定存在的为α、β、γ型，β型是作为含能材料使用要求的晶型，高于转晶温度时，其会转换成不稳定的δ型，δ型在室温下放置后会有部分转变为α型，影响产品的性能，β及α2种晶型奥克托今炸药的标准红外光谱图见图2。在红外光谱中，以β-HMX标样图谱为参比，建立快速比较方法，利用软件快速比较计算出试样图谱相对于标样图谱吸收峰的相似程度，得到相关度数据。经过对图1中3张图谱的对比分析，结果表明:在175℃保温3～5h过程中，其红外吸收峰与β-HMX及α-HMX相比差异较大，与常规β-HMX相关度由最初的98．90%降为50．77%。表明聚奥炸药在175℃保温3h以上即发生晶型变化。
2．1．2聚奥炸药160℃模拟保温试验将聚奥炸药加热至160℃，保温4～8h，得到保温4、5、6、7、8h5张红外光谱图(叠加)，如图3。经过图谱快速比较方法，结果表明:在160℃保温4～8h过程中，其红外吸收峰与β-HMX及α-HMX相比差异较大，与β-HMX相关度由最初的98．90%降为22．64%，表明聚奥炸药在160℃保温4h以上即发生晶型变化。
2．1．3聚奥炸药150℃模拟保温试验将聚奥炸药加热至150℃，保温22h，每2h选取一份试样，之后继续保温3h，每1h选取一份样 品进行红外光谱分析，共采集14张红外光谱图进行比较，如图4、图5。图4中，自上而下依次为150℃保温时间2、4、6、8、10、12、14h的红外光谱比较图;图5依次为16、18、20、22、23、24、25h的红外光谱比较图，分析14个红外光谱吸收峰相近，其结构为β-HMX，比较分析150℃保温不同时间图谱与β-HMX红外图谱相关度，结果表明:在2h至23h，相关度为97．15%以上;保温至24h，相关度下降为91．82%，聚奥炸药在150℃保温23h以上晶型发生变化。
2．1．4聚奥炸药130℃模拟保温试验将聚奥炸药加热至130℃，保温18h，每3h取一份，继续保温8h，每2h取一份样品进行红外光谱分析，比较采集的10张图谱，10个红外光谱吸收峰相近，分析结构为β-HMX结构，130℃保温不同时间图谱与β-HMX红外图谱相关度数据见表1。表1中，聚奥炸药与β-HMX红外图谱相关度在3h至24h为97．21%以上;继续保温至26h，相关度略有下降，为93．75%，表明聚奥炸药在130℃保温25h以上晶型才有轻微变化。
2．2银导爆索试验结果与讨论炸药装索后，在热处理过程中存在热积累、炸药装填密实且隔离空气等情况;以上因素可能会影响导爆索内炸药局部温度高于散装炸药，因此结合装填炸药模拟试验结果，避免拉索过程热积累，保证生产有一定裕度，初步确定退火温度控制在130℃。进行银导爆索模拟试验。
2．2．1未退火银导爆索模拟保温试验生产中需将银导爆索从10．0mm拉至1．6mm，依据试验确定的初步退火温度，将炸药装入银导爆管，在不退火的条件(即室温)下，拉至规定值。为研究索内保温的热积累效应对炸药的影响，对拉好的导爆索进行130℃保温试验，并解剖不同保温时间下导爆索内炸药，进行红外光谱分析，与β-HMX、α-HMX比较，相关度分析结果见表2。由表2知，银导爆索在130℃条件下，保温时间在11h内可保证产品中炸药晶型基本不发生转变。不退火拉索试验中，不仅费力、易拉断，而且拉制的银导爆索壁厚不均匀。因此，需对银导爆索进行高温软化处理(即退火与回火)，恒定温度130℃，进行不同时间的工艺摸底试验。
2．2．2已退火银导爆索模拟保温试验对导爆索在130℃进行退火1．5h后，模拟回火保温不同时间(3～7h)，采集红外谱图，比较退火银导爆索保温3、5、6、7h的红外光谱图。分析图6，已退火导爆索保温3～7h，红外光谱吸收峰显示为β-HMX结构，比较其图谱与β-HMX红外图谱相关度，结果显示与β-HMX相关度均在96%以上，未发生晶型转变。结果表明，某装填聚奥炸药的银导爆索在130℃下，累计保温7h以内，其内装聚奥炸药未发生晶型转变，拉索安全且不易断裂。以此制定了热处理工艺。银导爆索由10．0mm拉至6．0mm室温即可进行;从6．0mm拉至1．6mm需软化处理。由于退火软化后银导爆索持续拉制过程耗时较长，产生散热而使温度下降，使后期拉制较为费力。因此为保证生产中易于拉索，采用130℃间断性的退火软化，然后于此温度回火保温，重复多次，拉至规定值，总体累计时间小于7h。依此进行生产工艺试验，综合两结果，最终确定了热处理工艺条件为:某银导爆索由10．0mm拉至6．0mm，室温放置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结论
篇3
淬火钢在回火时，随着回火温度升高，其冲击韧性呈增大趋势。但是某些钢在一定温度范围回火后，冲击韧性反而会呈下降趋势。这种在回火过程中发生的脆性现象，称为回火脆性。钢中常见的回火脆性可以分为低温回火脆性和高温回火脆性两类。
1.1低温回火脆性
通常将在200～400℃回火后发生的脆性称为低温回火脆性，即第一类回火脆性。在低于250℃回火时，由于不发生碳化物析出，故不会引起冲击韧性急剧下降。当回火温度高于400℃时，碳化物开始聚集和球化，对基体的割裂作用减少，因而钢的冲击韧性又重新升高。而在250～400℃回火后，由于析出了碳化物薄片，故产生回火脆性。低温回火脆性对于钢件强度与韧性的最佳配合不利。但目前尚未找到有效的方法完全消除这种回火脆性，只能尽量避免在这个温度范围回火，或采用等温淬火代替。在钢中加入1～3％Si，可以使碳化物的析出移向较高温度进行，从而使脆性产生的温度范围升高，这有利于改善钢回火后的冲击韧性。
1.2高温回火脆性
在450～650℃回火后出现的脆性，通常称为高温回火脆性，或称第二类回火脆性。这种回火脆性的主要特点是：
(1)回火脆性主要在含有Cr、Ni、Mn、Si等元素的合金结构钢中出现。
(2)回火脆性的出现与回火后的冷却速度有关，通常回火后快冷不出现回火脆性。
(3)具有可逆性。如果把已经出现这种回火脆性的钢重新加热到脆性区温度回火，再快冷到室温，其回火脆性即可消除。已经消除了回火脆性的钢，如果重新加热到脆性区温度回火，随后缓慢冷却到室温，则脆性又会出现。因此这种回火脆性具有可逆性。
(4)断口呈晶间断裂。多数人认为高温回火脆性产生的主要原因，是在450～650℃回火时微量杂质元素(P、Sb、Sn、As等)或合金元素向原来的奥氏体晶界偏聚或析出，削弱了晶粒之间的结合强度，从而使钢出现脆性。例如：这种脆性的出现是由于晶界变脆引起的，所以回火脆性试样的断口为晶间断裂。又如，杂质元素在晶界的偏聚是在一定的温度和条件下产生的，也可以在另外的温度、时问条件下消除，因此这种回火脆性是可逆的。
2影响回火脆性的因素
篇4
[论文摘 要] 本文从三个方面论述了热处理工艺在提高金属零件的制造水平中的作用。
引言
在现代工业生产中，金属零件的制造是一个重要的环节，具有举足轻重的作用，因此提高金属零件的制造水平成为一项不可缺少的工作。而在金属零件的制造过程中，热处理工作又是提高其制造水平的重要措施。在设计工作中，正确制定热处理工艺可以改变某些金属材料的机械性能。而不合理的热处理条件，不仅不会提高材料的机械性能，反而会破坏材料原有的性能。因此，设计人员应根据金属材料成分，准确分析金属材料与热处理工艺的关系，制订合理的热处理的工艺，合理安排工艺流程，才能得到理想的效果，提高金属零件的制造水平。
在现代工业生产中，广泛使用的金属有铁、铝、铜、铅、锌、镍、铬、锰等。但用得更多的是它们的合金。金属和合金的内部结构包含两个方面：其一是金属原子之间的结合方式；其二是原子在空间的排列方式。金属的性能和原子在空间的排列配置情况有密切的关系，原子排列方式不同，金属的性能就出现差异。
为了得到更好的金属性能，满足制造和使用要求，我们将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度在不同的介质中冷却，通过改变金属材料表面或内部的显微组织结构来改变其性能，这就是金属材料热处理过程。
不同的热处理条件会产生不同的材料性能改变效果，下面从3个方面来说明热处理工艺在提高金属零件的制造水平中的作用。
一、提高金属材料的切削性能和加工精度
在各类铸、锻、焊工件的毛坯或半成品金属材料的切削过程中，由于被加工材料、切削刀具和切削条件的不同，金属的变形程度也不同，从而产生不同程度的光洁度。各种材料的最佳切削性能都对应有一定的硬度范围和金相组织。为了得到最佳切削性能，就要求被加工材料具有合适的组织状态，这就要用到预先热处理。
通过预先热处理，可以消除或减少冶金及热加工过程产生的材料缺陷，并为以后切削加工及热处理准备良好的组织状态，从而保证材料的切削性能、加工精度和减少变形。
举例1：齿坯材料在切削加工中，当齿坯硬度偏低时会产生粘刀现象，在前倾面上形成积屑瘤，使被加工零件的表面光洁度降低。而对齿坯材料进行正火＋不完全淬火处理，切屑容易碎裂，形成粘刀的倾向性减少。并随着齿坯硬度的提高，切屑从带状向挤裂状过渡，从而减少了粘刀现象，提高了切削性能。
举例2：铝合金在加工过程中，通常都是先经强化处理（固溶处理＋时效；时效），这样可以得到晶粒细小、均匀的组织，比铸态或压力加工状态的切削性能好，不仅改善了切削性能，而且同时提高了机械加工精度。
二、提高金属材料的断裂韧性
金属材料的断裂韧性指含有裂纹的材料在外力作用下抵抗裂纹扩展的性能。提高金属断裂韧性的关键是要减少金属晶体中位错，使金属材料中的位错密度下降，从而提高金属强度，而减少金属晶体中位错的一种重要方法，就是细晶强化，其原理是通过细化晶粒使晶界所占比例增高而阻碍位错滑移从而提高材料强韧性。而金属组织的细晶强化的过程实际上就是金属热处理。
在金属热处理过程中，当冷变形金属加热到足够高的温度以后，在一定的应力和变形温度的条件下，材料在变形过程中积累到足够高的局部位错密度级别，会在变形最剧烈的区域产生新的等轴晶粒来代替原来的变形晶粒，这个过程称为再结晶。再结晶晶核的形成与长大都需要原子的扩散，因此必须将变形金属加热到一定温度之上，足以激活原子，使其能进行迁移时，再结晶过程才能进行。
那么，对于不同的金属材料，我们就可以通过控制不同的热处理的温度，来提高金属材料的断裂韧性。
举例：在SY钢坯料上线切割适当的小圆柱，机加工后，选择在700℃，800℃，900℃、1000℃和1100℃在Cleeble-1500型热模拟试验机上以5×10-1的变形速率保温30s压缩变形50％，然后在空气中冷至室温，再进行680℃×6hAC(空冷)的退火处理，再将压缩后的试样沿轴向线切割剖开，研磨抛光后用化学物质显示晶粒形貌。实验现象为：在700℃时，扁平的晶粒开始逐渐向等轴晶粒的形状变化。800℃变形的晶粒中等轴晶粒已经有少量出现，但仍然以变形拉长的晶粒为主。在900℃变形开始，晶粒突然变得细小，几乎全部为等轴晶粒，晶粒度达到YBl2级。在900℃以上．晶粒开始长大。因此，对此种钢来说，900℃左右温度进行热处理，可以提高其断裂韧性。
三、减少金属材料的应力腐蚀开裂
金属材料在拉伸应力和特定腐蚀环境共同作用下发生的脆性断裂破坏称为应力腐蚀开裂。大部分引起应力腐蚀开裂的应力是由残余拉应力引起的。残余应力是金属在焊接过程中产生的。金属在加热时，以及加热后冷却处理时，改变了材料内部的组织和性能，同时伴随产生了金属热应力和相变应力。金属材料在加热和冷却过程中，表层和心部的加热及冷却速度(或时间)不一致，由于温差导致材料体积膨胀和收缩不均而产生应力，即热应力。在热应力的作用下，由于冷却时金属表层温度低于心部，收缩表面大于心部而使心部受拉应力：另一方面材料在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时，因比容的增大会伴随材料体积的膨胀，材料各部位先后相变，造成体积长大不一致而产生组织应力。组织应力变化的最终结果是表层受拉应力，心部受压应力，恰好与拉应力相反。金属热处理的热应力和相变应力叠加的结果就是材料中的残余应力，正是其存在造成了应力腐蚀开裂。
举例：金属热处理中，通过控制淬火冷却速度，可以显着地控制淬火裂纹，为了达到淬火的目的，通常必须加速材料在高温段内的冷却速度，并使之超过材料的临界淬火冷却速度才能得到马氏体组织。就残余应力而论，这样做由于能增加抵消组织应力作用的热应力值，故能减少工件表面上的拉应力而达到抑制纵裂的目的。
3、结论
金属材料的热处理在机械零件制造中占有十分重要的地位，在金属材料加工的整个工艺流程中，如果将切削加工工艺与热处理工艺进行密切配合，将有效地提高金属零件的制造水平。
参 考 文 献
[1] 雷声，齿轮热处理变形的控制.机械工程师.2008年5期.
篇5
关键词：
《金属材料学》是材料科学与工程专业无机材料方向学生的一门专业选修课。通过教学使学生掌握金属材料基础理论方面的初步知识，并具有合理选用金属材料、正确选定热处理工艺方法、妥善安排工艺路线的初步能力，以完善学生的专业知识结构。作者通过一个学期的教学实践，积累了一定的经验，获得了不少的体会。
本课程内容主要分为三部分：金属材料基础理论方面的基本知识；新型金属材料及其新进展(新型金属及其合金材料、新型金属及其合金材料的制备方法)。课程要求掌握金属材料基础理论方面的初步知识，了解材料的成分、内部组织、热处理工艺与性能之间的内在规律。
本课程的特点是理论性叙述多，计算内容少，同时与其它课程如材料科学基础、热处理、材料力学性能、材料分析技术等课程紧密相关。在理论教学过程中，要重点突出。以不同金属材料的成分（合金化）、工艺、组织结构、性能与应用为主线讲解，对课程内容进行整合。注重教学方法及教学手段的改进，注重培养学生分析问题和解决问题的能力。具体做法如下：
1、理论教学过程中强调抓主线，始终以材料科学研究的五大要素成分、组织、工艺、性能与应用为主线讲解，使学生在看似抽象、复杂、枯燥的内容中寻找到其内在、本质的规律。
2、采用启发式、互动式的教学法，针对不同的课程内容，采取多种形式的启发式、互动式的教学，课堂讨论、提问，学生自学等方式，充分调动学生学习的主动性和积极性。
3、采用项目教学法，让学生分成若干学习小组，对书中的某些章节分成一个个小项目，进行个人自学（做笔记）、小组讨论与备课，同时各组自己制作多媒体课件，由小组长或小组推荐人上台讲课，讲完后其它同学和教师共同提问，由该学习小组同学做答，考察其各方面情况；最后由主讲老师对本知识章节进行课程总结，对同学的表现进行评估。
4、结合认识实习到工厂参观，使课程的相关内容具体化，讲述目前国内钢铁企业的一些生产线，将现代钢铁企业生产型板材的生产流程演示给同学，使同学能够将生产流程中的钢铁冶炼、精炼、连铸、控制轧制与控制冷却、校直、热处理等与材料学科中的成分、工艺、组织、产品性能及应用相结合。
5、利用学校提供的多媒体教学设备，制作多媒体教学软件进行教学。运用多媒体，给学生提供了丰富的感性认识，也使课堂教学目的完成、教学难点的突破更省时、更省力、更有效。但多媒体教学也不是万能的，它既有它的优点也有它的缺点。根据教学目的和学生的实际，采用合适的多媒体与板书结合的方式，构建问题情境，设计符合学生自学规律的教学过程，安排必要的练习，指导学生独立地进行探索，以逐步提高他们的自学能力。比如在讲述合金相图的时候，利用多媒体图片，可以很直观的表示合金凝固的相变过程，这对于促进学生的理解很有好处，能获得较好的教学效果。
6、改进成绩评定方法，分数是学生的命根，怎样对学生进行考核是教学环节的重要一环，如果采取传统的闭卷考试的方式，学生必然要对所学内容死记硬背，考完以后就忘得一干二净，这样的考核不利于培养学生系统学习课程，又没有培养学生理论联系实际的自觉性， 针对这些弊病， 考核方法采取小论文和答辩的形式，要求学生根据课程内容查阅相关文献，经过重新组织，以小论文的方式阐述自己学习该课程后的心得体会，并进行课堂答辩，以此考察学生的学习热情、学习积极性及学习主动性。
总之，只要教师和学生共同努力， 在教学过程师生互动，改变传统的满堂灌的教学方法，充分调动学生的积极性，培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，在教学过程中注意培养学生的自学能力，用新颖的教学方式和前沿的知识引导他们自觉去探求新的知识， 增强他们学习的兴趣，一定可以将《金属材料学》这门课程，变成具有吸引力的课程。
参考文献：
[1] 刘智恩. 材料科学基础（第2版）. 西北工业大学出版社 2003
[2]崔忠圻. 金属学与热处理原理. 哈尔滨工业大学出版社 1998
[3] 王笑天. 金属材料学. 机械工业出版社 1993
[4][日]金子秀夫. 新型合金材料. 宇航出版社 1989
篇6
【关键词】热处理；缺陷；淬火；回火
1.缩孔与缩松
形成原因：金属凝固过程中由于各部分结晶先后及体积收缩的不同，形成集中的空穴与空洞，称为缩孔；一般的铸锭及铸件设计都有足够数量与体积的冒口，以便使缩孔尽可能减少，并集中于冒口以便切除，担当模设计不当使钢锭的缩孔深及锭身或产生二次缩孔或锻压时钢锭切头量过少使缩孔未能除净，使钢锭仍存在部分缩孔因此引起的内部破裂，甚至发展为贯穿锻件的裂纹，缩孔的相对体积与液态金属的温度冷却条件以及铸锭的大小等有关，(1)液态金属的温度越高，则液固体积差越大；(2)薄壁铸型中浇注金属，型壁越薄，受热越快，金属液越不易冷却，在刚注完时，液态金属的体积就越大，冷凝后缩孔也就越大。
消除缺陷的热处理工艺方法：
1.1减小或消除缩孔
提高浇冒空的液体金属面以增加液体金属的静压力并使铸件在冷凝过程中能得到不断的补充，同时设计合理的浇注系统避免死角，避免浇注温度过高，注速过高，因为缩孔比较大，很难通过热处理工艺方法来消除。
1.2减少或消除缩松
主要在于减少钢中的杂质和气体，选用纯净干燥的炉料，进行脱氧去气，在锻轧时采用较大的锻压比，对于成型的铸件可以进行均匀化退火――加热温度大于Ac3或Acm，在固相线以下高温加热，保温时间较长，一般为十几小时到几十小时，冷却速度小于300oC空冷，为细化晶粒还要补充退火。
2.气泡
气泡是钢种气体引起的缺陷。
(1)皮下气泡产生原因一种是钢锭模壁涂料中含有大量水分，如砂型铸造时砂中含有水分，金属型铸造时，涂料中含有水分或有机物。当钢液注入后形成大量的气体。二是浇注时，钢液发生飞溅，溅粒落在模壁上并氧化成氧化铁，当它们与上升的钢液接触后，会产生气体。
(2)蜂窝气泡常存在于钢锭内部，多垂直于钢锭边界排列，尺寸较大，数量较多，形成主要原因是钢液脱氧去气不良致使钢液中含有气体过多。
消除缺陷的热处理工艺与方法：对于非常微小气泡，可以经过退火进行消除气泡，稍大的气泡只能经过机械加工进行加工或切除，主要防止气泡的方法还是预防，在浇筑时尽量减少和空气的接触，减少气体的含量，减少可分解出气体的杂志的含量，增加冒口数量。
3.偏析
偏析即合金在冷凝过程中，由于某些因素的影响而形成的化学成分不均匀现象。
3.1树枝状偏析
钢液在凝固结晶过程中，形成树枝状晶轴，在一次晶轴上的一定角度下长出二次晶轴，然后依次长出三次，四次，基于这种结晶特点造成了枝状晶轴与晶之间的成分不均匀，晶轴一般为钢液纯度较高部分，晶轴之间则聚集碳，合金元素及杂质。
3.2方框型偏析
由于铸件结晶时，在柱状晶的末端与铸件芯部等轴晶区之间聚集了许多的杂质和孔隙而形成，其中碳的偏析是主要的。
3.3点状偏析
一般由于钢中存在大量气体和杂质造成，即气体形成的气泡被一层凝固的金属覆盖着，气泡阻碍热的消散，妨碍其后的钢液冷却，使之聚集较多的杂质，凝固于钢液中，一般点状偏析的地方含硫化物也较多。
3.4反偏析
即钢内部组织较致密，外部组织较疏散，多是由于钢中的碳及杂质的偏析引起的，也可能是钢液在冷却时析出中心的气体把一定量的液体排到表层的结果。
3.5带状偏析
由碳化物沿热加工方向延伸，呈带状分布，由锻造比较小，以致碳化物不均匀特别严重。
总之，钢的偏析与钢的成分，钢中的气体与杂质，浇注和冷却条件等都有关系。
4.夹杂物
4.1金属夹杂物
在生产过程中，从设备或容器上剥落而掺入金属的金属杂质，或加入的铁合金数量过多，或块状过大而未熔完全，飞溅形成的小钢粒等金属杂质物。
4.2非金属杂物
在冶炼时，钢中的气体与脱氧剂及金属元素的反应产物，以及混入钢中的耐火材料碎片，常见非金属夹杂物为硫化物，氧化物，氮化物与硅酸盐等。
4.3翻皮
多见于底注钢锭的上部或中部，是当钢水凝固时液面上形成的一层氧化膜，随钢液温度降低，氧化膜厚度增加，与钢锭内壁粘结，底注时，继续上升的钢液如果注速过大会冲破这层氧化膜，使被破坏的氧化膜翻起卷入钢液中，形成夹杂物。
钢的热处理虽然不能改变钢中的非金属夹杂物的性质与数量，但由于可以使钢的强度，塑性与韧性获得改善，也在一定程度上消弱了非金属夹杂物对钢的机械性能的不利影响。如在正火回火后机械性能不合格的曲轴，经850oC淬火油冷并650oC回火后，机械性能获得显著的改善。对于金属夹杂物，在于冶炼及浇注过程中，注意原料的洁净，以减少外来夹杂物的含量。
5.白点
白点是热轧钢坯和大型锻件在钢内部破裂，是比较常见的缺陷，多见于合金结构钢，工具钢，滚动轴承铬钢以及某些马氏体不锈钢和热强刚，形成白点主要原因在于氢与组织应力的共同作用，氢原子在钢中溶解度和温度成正比，在冷却过程中，致使饱和的氢来不及从钢中析出，则在钢中孔隙处结合成分子状态的氢，氢在钢中很难扩散，便在孔隙处形成局部高压区，远远超过钢的强度，因而产生裂纹。白点形成的条件：(1)钢的化学成分；(2)含氢量；(3)钢坯及锻件的尺寸；(4)锻轧后的冷却方式。
消除白点的热处理工艺方法――脱氢退火与锻后防白点等温退火。
脱氢退火：使钢中的固溶氢脱溶，退火工艺选择在氢溶解度达到最小的组织状态，同时氢在钢中扩散速度高的温度区间进行，通过较长时间保温满足氢扩散脱溶，（一般选择在C曲线“鼻尖”附近温度），例如，大型锻件一般冷却到珠光体转变最快的温度范围（C曲线“鼻尖”温度）以最快的速度获得铁素体与碳化物混合组织，并且长时间保温于此温度区，或再加热到低于A1的较高温度，保温进行脱氢处理。对于高合金钢，锻后先进行一次完全退火，以改善组织细化晶粒，使氢分布均匀再进行脱氢退火消除白点。
6.裂纹
金属在承受各种加工，如铸，锻，轧，焊，热处理以及磨削等过程中，在金属表层，次表面和内部，由于材料本身原因或是加工不当而造成裂纹。
铸造裂纹：金属注入铸型并冷却到接近凝固温度后，铸件的一些突出部分或厚薄悬殊的部分在收缩中受不平整型壁阻碍，或由铸型导热能力不同造成铸件部分冷速不同，以致先冷却区域的收缩，而形成应力，应力过大造成裂纹。
锻轧裂纹：形成原因，(1)原料中的缺陷，如微裂纹，折迭，皮下气泡，或非金属夹杂物；(2)锻轧加热不当引起裂纹，一是由于装炉温度过高或升温过快，使钢坯内表温差过大产生过大热应力；二是有加热温度过高或装炉位置不当，从而过烧；(3)锻造变形不当，常见由于变形速度过大，变形速度过大，变形量不均匀引发裂纹；(4)终锻温度过低引发裂纹；(5)锻后冷却不当引起裂纹。
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【论文摘 要】教育大计，教师为本。作为教育行业的新力军，独立学院的师资队伍都很年轻，其教学水平直接关系着学院的生存与发展，因此，提高青年教师的教学水平非常重要。针对课程特点进行备课，是课程教学中的关键环节，是提高教学效果的重要保障。本文以《机械工程材料》课程为例，讨论青年教师如何提高备课质量，切实提升教学水平。
《机械工程材料》是机械类专业学生必修的专业技术基础课，课程以工程材料为研究对象，主要介绍材料的化学成分、热处理工艺、组织结构与性能之间的内在联系及其变化规律。通过本课程的学习，使学生获得工程材料的基础知识，根据零件工作条件，合理选用材料，正确制定加工工艺路线，为后续课程的专业课学习及实践应用打基础。
该课程具有概念抽象、图表多、实践性强等特点，这些为任课教师的教学，尤其是经验不足的青年教师的教学，带来了较大的困难。因此，教师在授课前应下足功夫，认真组织上课内容，备好每一节课。本文就青年教师如何提高《机械工程材料》备课质量提出了几点意见，供同行参考。
1 认真研究教学大纲
教学大纲是课程教学的蓝本，教师要认真研究教学大纲，全面理解教学大纲中提出的教学目的、教学任务、教学内容和教学要求，正确把握好量与度、重点和难点，这样才能安排好教学工作。
2 吃透教材内容，并广泛阅读参考资料
教材是教师备课最基本的工具，但教师要了解的知识面不能仅限于教材。青年教师的知识结构体系可能还不是那么完善，一本书的内容、语言表达等毕竟有局限性。因此，我们在备课的过程当中，除了要完成对教材的通读外，还应当精读二至三本甚至更多的参考读书资料，以丰富知识结构体系，确定知识网络，并参照教学大纲掌握教学重、难点。只有教师的知识丰富了，重点突出了，才能使课讲得生动，才能有利于学生的学习和发展。
通过广泛的阅读相关的读书资料，丰富教师自身知识面，提高自身知识水平，是提高备课质量的保证。有句话说的好，“要给学生一碗水，教师必须有一桶水”。因此，教师自身学识水平的提高是关键。只有不断学习，才能胜任教学工作。
3 精心制作多媒体课件
多媒体辅助教学是一种非常重要的现代教学手段，具有生动、直观、灵活等特点，能提高课堂教学效果和效率，近些年许多学校都采用了这种教学方式。结合我院及本人近几年的教学经验，多媒体教学确实有传统教学所不能比拟的优越性，但并不是说只要用了多媒体，就能够起到好的教学效果。多媒体辅助教学的实效性能否得到发挥，在很大程度上取决于多媒体课件的质量。
精心制作高质量的多媒体课件，课件的内容应是在深刻理解教学大纲的基础上，做到突出重点、难点，而不能照搬书本。此外，对于一些与生产实践密切相关的教学内容，应设计成模拟动画、实际生产录像等方式。例如，在讲授铁碳合金的平衡结晶过程时，以模拟动画的形式将其组织转变规律演示给同学们看，帮助学生理解记忆，激发学习兴趣。这要求教师在备课环节下足功夫，精心准备。
4 积极研讨教学方法
教学方法是教师为了实现教学目的，在教学过程中指导学生时所采用的一系列办法和措施。如果说钻研教材是为了解决教什么的问题，那么确定教学方法则是为了解决怎么教的问题。教学方法的形式多种多样，其选择应以教学目的、任务、教学内容、学生情况为依据，注重学生能力的培养。
针对《机械工程材料》课程概念抽象、实践性强等特点，结合本人的教学经验，略举以下几种方法和手段：
4.1 举例法
知识来源于生活，在教学的过程中，适当引用一些现实生活中的实例，激发学生的学习兴趣。例如，在讲授磷元素的危害时，引用“比利时阿尔伯特运河钢桥冬天突然断裂坠入河中的事故”，勾起学生的好奇心，再给他们解答事故的始作俑者是磷元素，钢桥使用的钢材含磷元素过高，使钢在常温下硬度提高，塑性、韧性急剧下降，而导致断裂，引出冷脆的概念，并说明在实际工业中磷的含量一般控制在0.045%以下。通过结合实例教学，把枯燥的知识故事化，提高了学生的学习兴趣，从而提高课堂教学的效果。
4.2 讨论法
在课堂上模拟企业工作环境下所采取的不同工艺措施提出讨论题，学生分组准备，最后教师进行归纳总结，引导学生的运用发散性思维方式思考问题，提高学生工作的适应能力。如零件的热处理工艺的制定，并没有严格的对错之分，在教学过程中，可以有效运用讨论法，让学生参与充分讨论，确定各种可能的工艺路线，然后通过对比、分析、优化，产生最佳的工艺方案。这样不仅能充分调动学生学习积极性，也能有效培养学生独立思考的能力和判断能力。
4.3 合理应用多媒体教学
在介绍钢的热处理工艺时，给学生播放生产录像，让学生犹如身在现场，耳濡目染每种热处理的工艺过程，这样学生学习起来就很轻松，对各个工艺很容易接受，并且印象深刻，同时还可以提高学生的学习兴趣。
5 丰富实践经验
企业实践活动是教师丰富实践经验，提高实践教学能力的有效途径。而青年教师大部分是从学校到学校，课堂到课堂的，理论基础好，但实践经验不足，这对实践性强的课程的教学质量有着很大影响。因此，青年教师应该主动走出去，深入到企业一线，积极与现场工作人员交流，在实践中长知识求发展，为教学服务。
6 结束语
《机械工程材料》是机械类专业的专业技术基础课，课程中概念抽象、图表多、实践性强，广大青年教师应立足专业，积极思考、认真备课，切实提高本课程的教学水平。
【参考文献】
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我校金属材料工程专业作为具有传统优势和较强的区域性需求的专业，为首批被教育部批准的国家级特色专业建设点，也是河北省品牌特色专业[3-5]。随着生源的改变和高素质创新型人才培养目标的提出，该专业的培养目标和培养要求也提升到了更高的层次。根据教育部《关于加强“质量工程”本科特色专业建设的指导性意见》，作为特色专业建设核心的新的人才培养方案对实践教育环节进行了较大的改革，实行将原来嵌入在各专业课和专业基础课中的实验与理论课程分离，重新优化整合，与专业技能培训相结合，创建新的教学模式。
2 构造专业实验与技能一体化的教学模式，建立“四级实验平台”
为满足金属材料工程特色专业的建设和创新型人才培养模式的需求，突出并强化实践教育环节和学生能力的培养和训练，迫切需要加强实验教学的改革与创新。我校将专业实验与专业技能培训融为一体，针对金属材料工程专业多门专业课程，实行“四级实验平台”教学改革。
2.1 优化整合，编写四级实验指导书
将以往所属材料科学基础、钢的热处理、材料性能学、工程材料学、表面工程、腐蚀与防护等专业基础课与专业课程中的实验进行统一整合，按“专业基础性”“拓展技能训练”“材料工艺设计实验”和“材料性能测试与分析”四级平台进行实验设计与技能培训。其中专业基础性实验包括金相显微试样的取材与制备，金相显微镜的构造、使用与图像的采集和处理，铁碳合金平衡状态下的显微组织观察，金属的塑性变形与再结晶，热电偶与炉温仪表的成套性检定，目的是让学生掌握材料学科最基本的金相试样制备、显微镜使用及铁碳合金基本组织等。拓展技能训练实验包括化学器皿的使用及镀液的配置，电镀、化学镀设备及镀层常用检测设备的使用，电化学试样的制备，恒电位仪的使用与极化曲线的测试，综合实验—合金镀层的制备及镀层性能的检测和耐蚀/耐磨性的评价，目的在于训练学生熟悉金属材料表面处理的常用方法、操作以及表面处理设备和检测设备的使用方法，并在此基础上进行镀层工艺设计和性能评价。材料工艺设计实验包括奥氏体晶粒显示及晶粒度测定，钢的淬透性的测定，常用工业用钢典型热处理组织的观察，铸铁及有色金属显微组织观察，综合实验—热处理工艺设计及操作，目的在于让学生熟悉常用钢典型热处理后的组织形貌特征及热处理基本操作和实际密切相关的晶粒度、淬透性测试方法，同时针对所学专业知识进行热处理工艺设计、操作及组织分析等一系列综合训练。材料性能测试与分析实验包括电子拉伸试验机的使用及拉伸实验，材料的硬度实验，单摆冲击试验机的使用及系列冲击实验，断口形貌分析，综合实验—金属材料热处理工艺及力学性能测试分析，目的在于让学生了解并熟悉工程材料常用力学性能的实验方法及所用设备、失效的断口形貌特征，并在此基础上通过综合设计实验训练学生合理选材、工艺设计、性能测试与评价等综合技能。
通过建立专业基础性、拓展技能训练、材料工艺设计实验和材料性能测试与分析四级实验平台，编写实验指导书，使独立开设的实验实现操作技能与能力训练一体化，突出学生的主观能动性，培养其实验技能与独立分析和设计能力以及科研意识等综合能力，使学生具备材料科学研究的基本操作技能和研究方法，提升学生的综合素质。
2.2 集中训练，加强课程有机联系
我们将原来分属于多门课程的分散孤立的实验进行优化组合，建立四级实验平台，其中每级平台分别有5个实验，20学时，进行集中训练，安排在大三全年和大四上半年完成。集中培训，可以帮助学生将不同课程中学到的理论知识联系起来，建立起专业课程之间的有机关联。学生在训练过程中亲自动手，尤其是实验平台中综合性、设计性实验要求学生根据任务要求，自行设计工艺路线和制备方法，不但强化与巩固了课堂理论知识，而且促进了多门课程间知识的交叉与融合，培养了学生的创新精神和独立分析问题、解决问题的能力，激发了学生的科研兴趣，受到学生的广泛好评，为他们以后走上工作岗位以及继续进行科学研究打下了良好的基础。
2.3 优势互补，联合进行平台建设
在专业实验与技能一体化教学模式实施之前，分别由教研组教师与实验教师承担教学和实验任务，使教学和实验完全脱节[6]。学生在实验时是怎么操作的，理论课教师一无所知；学生在课堂上学习了哪些知识，实验教师也不太清楚。而且，随着科学技术的发展和知识的更新，一些陈旧的方法和技术已经被淘汰，而实验教师仍在使用，造成教学和实验的脱节，对学生的素质培养和就业极为不利。
通过整合实验，使授课教师和实验教师共同参与到实验平台建设中来。专业授课教师大多数是从国内外重点高校毕业的博士生，具有扎实的专业理论基础和较强的研究能力，对目前本领域研究方向的发展较为熟悉，能够把本专业的新思想、新动向传递给学生。实验教师学历虽然不高，但具有丰富的操作经验，熟悉各种仪器设备的使用方法及实验的操作步骤。授课教师和实验教师联合，优势互补，相得益彰，有助于教学工作的完成和学生技能水平的提高。
2.4 科学评价，建立统一的考核机制
原来分属于不同课程的实验都是单独操作的，学生的实验报告上交后由实验教师评定，但实验成绩不作为评价指标计入学生的总成绩。因此，学生做不做实验，实验质量优劣都不会影响其最终成绩，这对于学生实践动手能力的锻炼是非常不利的。
将分属于不同课程的实验打乱，重新组合，建立四级实验平台，每个平台中的实验都由学生自己动手完成，根据学生实验中的动手能力、团队合作能力、创新能力等表现以及最后提交的实验报告分别给 出评定，学生获得各个平台的实践成绩。这样的评价方式，能科学地反映出学生对理论知识的掌握水平，同时在实验中锻炼了他们独立思考、提出问题和解决问题的能力，有助于学生综合素质的提高。
3结束语
对金属材料工程专业各课程实验进行整合，独立开设专业实验，打破了课程之间的界限，建立了专业基础性、拓展技能训练、材料工艺设计和材料性能测试与分析四级实验平台。通过编写四级实验指导书，集中训练；授课教师与实验教师联合授课、科学评价等措施，突出了实践技能和综合能力的培养与训练，培养了学生独立思考、分析解决问题的能力；综合性、创新性实验的开设突出了学生的主体地位，体现了个性化教育的培养理念，有助于学生综合素质的提高。
参考文献
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篇9
大马士革钢作为古代世界第一名钢，其工艺核心失传已久，因此对大马士革刀的复制及花纹机理研究一直是现代冶金考古学上经久不衰的话题，恰如麻省理工学院著名冶金史教授Smith所言，对大马士革钢之谜的争论永远不会结束
古代第一名钢
初中时，我接触到了薛烛论剑这样的典故，了解到《越绝书》、《古今刀剑录》中有像纯钧、湛卢这样的宝刀宝剑。更给我带来震撼的是当时我无意中读到元代张宪的诗句“贤侯示我西番刀，名压古今刀剑录”，此西番刀究竟是什么刀，为什么它可以名压古今刀剑录的宝刀宝剑？冥冥中，我这么早就与自己的博士课题有了接触。
高中时学校有一门实践类的课程，课程作业是选择一项自己感兴趣的内容进行展示，我就萌生了将自己对刀剑兵器的喜爱表现出来的想法。结业展示很顺利，老师同学纷纷表示大开眼界，更重要的一点，是我朋友说我在向大家讲述的时候特别有激情，这也对我未来的专业选择产生了一定的影响。
进入研究生阶段的学习时，第一次和恩师潜伟教授讨论自己的研究课题，老师就和我谈到了做古代刀剑复制方面课题的意向，我非常兴奋并阅读了相关领域的一些书籍，比如潜老师的论文《“镔铁”新考》，以及另一位恩师罗海文教授的论文《古代大马士革钢刀锻打花纹形成机制的理论分析》。他们从不同的角度对大马士革钢这一古代世界第一名钢进行了探讨，潜老师从古代历史背景下探究了其与镔铁、灌钢之间的关联，罗老师则从材料的角度研究古代大马士革钢花纹形成的机理。
读到这些研究很深入的论文之时，我一方面是欣喜，另一方面也有担忧，害怕自己的知识与能力不足以将这样一个宏大的命题完成。但同时，我也产生了深入探讨自己感兴趣课题的勇气，期待能不负老师的期望把课题做好。对大马士革刀的研究作为冶金考古学上的经典课题，现阶段对它的研究需要多学科的互动，比如对刀剑本体的研究需要依赖材料学与金属学，对冶炼工艺需要冶金学背景知识，而要对其整体进行讨论则需对历史学与考古学有所涉猎。
由于我北京科技大学冶金工程的专业背景，又对历史、对刀剑有着浓厚的兴趣，初次相商之后，导师与我便一拍即合，将“探究大马士革钢与灌钢之间的关联，并尝试复制大马士革刀”确定为我未来几年的主要科研方向。
实验室首捷
选定了课题大致方向之后，接下来要做的就是深入到所研究的领域，了解前人做过什么，自己要做什么，创新之处在哪里。时，欧洲人在大马士革第一次遇见了阿拉伯人所使用的弯刀，该刀无比锋利，表面花纹极其美丽，令欧洲人惊叹，称之为大马士革刀。在位于Ranchi（兰契）的印度钢铁协会的世界最大研发实验室的客厅中，有一幅画讲述的是古印度国王普鲁向亚历山大大帝问候的场景（公元前 330 年）， 普鲁为表敬意，向亚历山大赠与了他的佩剑，而在他的身后，仆人还携有一个金色的盒子作为额外的礼物，盒子里装着当时用来做大马士革刀的古印度产的、比黄金还贵重的乌兹钢（大马士革钢）。
大马士革钢作为古代世界第一名钢，其工艺核心失传已久，因此对大马士革刀的复制及花纹机理研究一直是现代冶金考古学上经久不衰的话题，恰如麻省理工学院著名冶金史教授Smith所言，对大马士革钢之谜的争论永远不会结束。
对于我来说，研究大马士革刀的最佳方式，就是结合文献中对古代大马士革钢刀的分析，自己进行复制模拟实验，并利用现代材料科学的手段对整个过程进行详细分析，由此得出一些新的观点。在如今的实验室条件下，我们不可能有古代锻铁所用的炉子、铁匠台、磨刀台等传统制刀剑设施，我也没有工匠师傅们制刀剑的丰富经验，因此在学校进行刀剑的复原模拟实验是远远不够的，与专业从事刀剑研究的工匠进行合作才是顺理成章的事情。
2014年初，恩师罗海文教授与浙江龙泉剑村刀剑研究院的胡小军老师相识并结下了深厚友谊，约定在条件成熟之后深入胡小军老师的剑村刀剑研究院进行模拟实验一事。在我研一期间，我们就对胡小军老师提供的现代仿制乌兹钢样品、陨铁样品进行了分析，并做出了比较详细的分析报告，这些都是我做现场实验的必要条件。
其实在出发之前，我已经在实验室着手准备自己复制大马士革钢了。我按照现代材料科学研究的方法设计了工艺流程：配比原料――实验室热处理――现场处理成刀――实验室后续热处理，复制目标是不论是从宏观的刀型、肉眼可见花纹形貌还是微观的在显微镜下观察到的组织情况，都要与古代大马士革刀相近乃至相同。实验结果非常成功！
研二与博士一年期间，我多次来到胡小军老师所在的浙江龙泉刀剑研究院，与当地师傅合作开始了新一轮的复原模拟实验。
刀剑之乡做匠人
剑村刀剑研究院位于中国刀剑之乡――浙江省龙泉市，当地以名剑名瓷驰名中外。龙泉传说是铸剑大师欧冶子铸剑之地，人杰地灵，水质优良利于铸剑。此地产生了非常多的铸剑大师、锻刀名匠，胡小军老师便是其中优秀的一位，他的作品在刀圈可谓大名鼎鼎，能向他请教学习是我非常荣幸的一件事情。我在刀剑作坊的模拟实验主要有两部分，一是将自己带来的大马士革钢锻制成刀，二是用自己带来的仿古生铁材料与熟铁料进行模拟灌钢实验。
第一部分实验的难点在于现场大马士革刀的锻制。随着时间的发展，现在意义上的大马士革钢更多程度上是折叠花纹钢的代名词（Welded Damascus Steels），而我所追求的大马士革刀是真正的大马士革（Genuine Damascus Steels），它们两者在含义上有着非常大的区别，锻制方式也有极大不同。因此在锻造过程中，我采用了一体成型不折叠的锻造方式，这与传统的锻造方式有很大区别，并且锻造温度区间需要控制得非常好，要做好它是非常困难的事情。在现场，我对每次锻造的温度进行了非常详细的记录并整理成数据，但是从结果来看，现场锻铁很不让人满意，罗教授也认为渗碳体的析出排布规律是揭开大马士革钢花纹之谜的关键，因此此步骤依然需要进行更多的探索。
第二部分是模拟灌钢实验制灌钢刀。灌钢作为历史上一种非常重要的制钢技术，学界至今仍对此存有较大的疑问，对考古出土的灌钢样品特征也没有统一的认识，因此从原料出发，对整个灌钢工艺流程进行模拟是非常有意义的。
在模拟实验中，我所选用的原料得到了北京科技大学科技史与文化遗产研究院李秀辉老师的大力支持，使我可以直接采用她们通过模拟实验铸造出的仿古铸铁原料。不论是材料的元素含量，还是组织特征，均与古代铸铁基本相同，这也为我的模拟实验提供了重要条件。模拟灌钢实验需要对整套工艺进行复原模拟，其中涉及到封泥模拟、折叠锻打、多组实验等方面，需要花费非常多的时间。尽管过程非常困难非常辛苦，但每天依傍龙泉青山绿水，按照自己设计好的科研思路进行探究，可以说是充实而快乐的。
锻刀过程中，很重要的一点是将作为原材料的生熟铁层粘合在一起锻打，如此才可最终成刀，如果两者没有粘合，后来的实验就非常困难了。在这个过程中，我从胡小军老师和当地师傅的交谈中得知，龙泉当地常常使用黄泥水涂在其表面，这样可以更好地让多种原材料熔为一体。
受此启发，我反省了自己在模拟实验中不太成功的原因，可能与此类秘方的使用有一定的关系。在胡老师的指点之下，我按照传统灌钢的方法锻制了一把灌钢刀，并对此工艺中每一道工序分别截取了大量珍贵的样品，最终所成的刀剑硬度高达62HRC（现代刀硬度在60HRC左右），性能优良。这是我在制刀过程中一次非常有意义的尝试，也为我之后的进一步探索奠定了基础。
锻刀之后是磨刀。在剑村的日子里，我跟着磨刀师傅一起学习，掌握了基本的磨刀技巧，将几把大马士革刀与灌钢刀都研磨至3000目（精细度单位）左右，并利用浸蚀剂使刀剑表面显示出美丽的花纹。
这是非常考验耐心的一项工作，它与科研工作中研磨样品也有着很大的差别。比方说，对刀具的精细研磨要比实验室磨样要细致得多，这是因为钢铁材料经实验室研磨后，主要用于在SEM（扫描电子显微镜）、TEM（透射电子显微镜）或者金相显微镜下观察组织形貌。由于显微镜的放大倍数最高能达几万倍，2000目的砂纸研磨已完全可以满足其要求。而刀剑作为为人赏玩的一种艺术品，一丝一毫的划痕对其艺术美感都可能是很大的损害，因此研磨精细度要比实验室研磨试样要高得多。经验丰富的刀匠最终研磨出的刀剑，不经过抛光处理就达到镜面水准，足见研磨者投入的心血。
此外，研磨刀剑的平衡感与节奏感也需要很好地把握，平衡感主要是指研磨过程中对刀剑平面的控制。形制简单的刀剑主要是正反两面，而复杂的刀剑则有六面、八面，更别说一些奇形怪状的兵器了，要研磨精细，需要磨刀者对刀面是否达到水平有非常精准的判断，这是需要通过不断实践去体会的。
节奏感则是指对研磨过程中一推一拉节奏的控制，当研磨目数比较粗的时候，我会先将刀剑局部磨平，而研磨目数较细的时候，则要将刀剑整体置于磨刀石上研磨，以防止刀剑出现表面不平的情况。简而言之，磨刀就是一件考验耐心的工作，只有保持严谨与平和之心，手下研磨的刀具才有可能平整如水又透着寒芒。
世界一流大学
一流学科
双一流
按照现代材料科学研究的方法设计工艺流程：配比原料――实验室热处理――现场处理成刀――实验室后续热处理
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关键词： 在线培训 课程建设 教学改革
一
教育部的高等学校教师网络培训系统是高校教师进一步学习的好途径。
1.方便快捷。不用舟车劳顿，不用大段时间，在业余时间，在办公室或家中，可以自主学习，并接受专家指导，还可以和同学交流分享经验体会，达到良好效果。
2.低成本，高质量。培训的《材料研究方法》共有十七节，首先，讲述《材料研究方法》课程的建设思想内容及心得体会，然后分享上课的理念、方法和技巧，并展示全面素质教育和复合型人才的培养模式，知识、能力、人才三位一体的理念，宽专业、厚基础、强能力的培养目标，考核形式等都值得借鉴学习。特别是考核分三步进行：期中、期末、试验及读书综述各占40%、40%、20%，更符合该课程特点，因为其教学内容广泛，实践能力要增强，应充分激发学生自觉学习的热情，重视课外文献的阅读。听课时有相关视频内容，而且提供培训资源、配套课件下载，且不懂的地方还可以反复观看。通过学习，进一步了解了材料研究常用的分析测试方法，包括光学显微分析、x射线衍射分析、电子衍射分析、电子显微分析、热分析、光谱分析、核磁共振分析、色谱分析、质谱分析等分析方法，以及这些方法在材料测试中的综合应用。着重论述分析了测试方法的基本原理、样品制备及应用，讲课内容简明实用，适应范围广，并且展示了最先进的分析测试方法，学习后获益匪浅。同时，还选修了《怎样做一名合格的高校教师》；国家教育发展研究中心的《转变教师理念，培养大批创新人才》；清华老师的《理念、内容、方法与技术――兼谈课程教学的启发性和研究性》。引而不发跃如也，教师所设计的问题要具有启发性，才能够激活学生思维，使学生的思维空间不断扩展。学习新知识时，要善于循序渐进，把握要点和重点，老师不断追问、质疑、概括、总结，学生就会全面系统地掌握知识并培养学习能力。
3.选择范围广，针对性强。有各种专业技能课，详细介绍课程定位、课时安排、教材与前沿问题等，还有通识性教学视频，包括教学方法、教育技术和学术讲座等。可以根据自己承担的教学任务及相近课程，选择所需要的内容，题材广泛，针对性强。
二
通过高校教师网络培训系统这个平台，参加相关培训，不断提高专业技能，完善教学观念，进一步深化教学改革。
1.建立课程的建设目标及步骤：（1）建立基于网络的教案模块库及配套试题库，实时更新，根据反馈信息逐步完善教案和试题库。（2）加强教学内容改革，充实多媒体素材库。（3）建立开放式实验室，加强实验技能培训。（4）继续加强师资队伍建设，将科研成果转化应用于教学。
2.进一步改革课程教学情况：（1）把握课程教学核心，整合教学内容：工程材料课程教学的目标体现了以“技术”为教学核心的思想，即明确“材料应用―性能要求―获得所需性能的途径―零件材料与毛坯选择―零件制造与改性工艺”这一教学主线[1]。对教学内容进行整合：加强材料性能的教学；强化改变性能的途径；削弱金相组织与相图的学习；强化各种工程材料及其性能的教学；强化零件材料的选择与毛坯的选择；进行综合实训；加强铸造、锻压和焊接结构工艺性的教学。（2）教师角色的转变：采用多种教学方式组织课堂教学，在增加课堂信息量的同时，突出教学重点，通过开通网上教学资源，将教与学的过程延伸至课外，使课堂教学得以扩展与延伸，促进学生自主学习，提高知识的广度与深度。（3）学生学习状况调查：学生反映课程内容偏多，有一定难度，工程问题的分析与实训环节较少。
3.课程改革的基本情况：（1）课程教学内容改革：加强硬度及疲劳强度的讲解，分析不同受力状态及不同工作环境下所涉及的性能指标。减少金属与合金的晶体结构及结晶部分内容，强调实际金属的晶体结构及其对材料性能的影响。增加非金属材料的内容。减少热处理原理部分的讲解，把要求掌握金属热处理的原理改革为从实际出发掌握热处理方法及应用，能够合理安排热处理工序。加强机械制造零件选材的讲解，强调培养学生对多种典型零件的工作条件进行分析的能力，根据失效形式确定主要力学性能指标，根据毛坯形式确定材料，根据选定的材料确定热处理方法，分析加工工序。（2）教学方法改革：确立以学生为主体的教学思想，采用灵活多变的教学方法，确保学生的实践能力得到提高，并完成每一节课的教学任务，通过自己思考与体会，成为学习主体，主动获取知识和技能。力求采用多媒体技术进行教学，增加视频资料。该门课程的课程内容较多，大部分内容比较抽象，应用先进的教育技术手段，学生可以得到直观的认识，加深对所学知识的理解。改革考核方式，侧重学生能力的评价，并为他们提供应用专业知识的训练机会，增强学生学习主动性。确立以学生为主体的教学思想，通过教师的讲解与交流，学生自己思考与操作，成为学习的主体，主动获取知识和技能。（3）教学评价改革：课程的教学评价包括学生学习过程评价及学习效果评价。教学评价应包括以下方面内容，学习过程评价：学生是否完成了作业，有无抄袭现象发生，对学生应具备的能力要定期检查，可以采用提问、撰写分析报告等形式；学习效果评价：试题着重进行能力的考核，也可以把考核分为笔试和论文两部分进行，评价方式要逐步过渡到通过综合运用对学生的学习作出评价。
4.实验技能培训：《工程材料》实验技能培训是理论教学的深化和补充。建立开放性实验室，重视实践性教学环节，培养学生的创造性思维能力和解决实际问题的能力。实验基本要求：（1）明确化学成分与组织变化之间的关系，加深对相图的理解。（2）能正确识别组织的显微特征，明确组织对材料性能的影响。（3）掌握钢的热处理工艺及对组织性能的影响[2]。了解硬度计构造，掌握硬度值的测量，初步建立碳钢含碳量与硬度关系及热处理改变硬度的概念；识别碳钢平衡状态下的显微组织，计算不同含碳量时各组成相所占百分比，分析成分组织性能间的关系；比较碳钢热处理后的显微组织特征；制定热处理工艺，分析碳的质量分数对淬火后硬度值的影响，奥氏体状态按不同冷却速度对硬度值的影响，回火温度对淬火钢硬度的影响。效果：使学生获得了有关工程结构和机械零件常用的材料和热加工的基础理论知识，并初步具备了根据零件工作条件和失效方式合理选择与使用材料，正确制定零件的热加工工艺路线的能力。既有验证性实验又有综合实验，增加学生的动手机会，提高学生的综合素质和能力。
5.将科研成果应用于教学：教师每一章要给学生布置一定的任务，学生在完成任务的过程中学习了知识、训练了职业能力，并结合课程章节展示科研成果，使学生通过教师的讲解与交流，理论联系实际，学以致用[3]。
教学相长，通过在线培训，深化教学改革，终身学习，与时俱进。
参考文献：
[1]陈培里.工程材料及热加工[M].北京：高等教育出版社，2007.
