时间：2022-05-03 10:52:24
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摘要：分析了传统节能外围保温隔热处理施工技术所存在的问题隐患及节能外围保温隔热处理施工技术的实质性运用方式，提出了拟定节能外围保温隔热处理工程施工技术的运用方案。
关键词：建筑节能；外围保温；隔热处理；施工技术
节能理论作为重点内容，被引入多数工业建筑之中。源于节能措施较为广泛，施工单位应汲取理论要点，并依据要点内容待施工项目进行分析，而后，根据项目所需，开展技术事项的运用，以充分保障建筑建造品质，以及节能目的，逐步完善建筑物建造工作。节能技术的发展周期较为漫长，其中，待技术分析便耗费较长时间，但是，随着外围热处理施工方式的不断延伸，待其相关技术的逐步运用亦赋予成熟化。因此，待过去几年间，研究人员针对节能技术的不断探索下，该技术获得明显进展，并且，改善了诸多热处理相关的隔热问题事项，在新型节能技术的运用下，该项目工程的施工内容得到质的提升。其内容在于保障建筑物的整体架构体系平衡，使之建造后内部空间得到优质改善。
1传统节能外围保温隔热处理施工技术所存在的问题隐患
1.1材料选取导致技术偏差呈现
建筑物的部分施工用材料相较一般构建较为严格，首要针对材料质地进行严格审查，而后待材质数值进行详细分析，经分析结果判定材料结构是否合乎工程运用规范，如若偏离，便可致使工程工艺受损，且施工品质亦同期波及。碍于现阶段节能相关技术类目众多，导致实质性进行施工期间，无法选取最具优势的技术开展施工内容。针对建筑的保温隔热施工事项，应将重点置于材料，材料质地紧密关联着节能技术的运用，如若材料质感偏低，便会造成技术运用失效，在造成时效延长同期，亦会致使工程建设方向呈现偏差。并且，在部分情境下，技术运用不规范，也会导致工程建设问题隐患呈现。
1.2施工规程偏离初始设定内容
实践施工事项是保障施工依据的关键，然而，传统技术要求颇为严格，导致从事相关技能工作者少之又少，专业技术人员缺失下，热处理作业内容无法得到完善。部分能力不足的工作者，因自身技能偏差原因，导致的作业事故不在少数。由此可见，其危害性十分严重，不仅会造成人身安全危害，同时也会因理论不足，引发施工后隔热基准于原定内容相差甚大。
1.3施工后的安全问题难以保障
建筑节能外围保温隔热处理，一般是将高效隔热保温材料粘贴或涂抹在建筑的外墙面，受施工技术，自然环境如冷冻、风雨需电、地震、火灾等因素影响，这些保温隔热材料容易发生脱落，不仅会影响到整个保温隔热体系的性能，还会形成大的安全隐患。尤其高层建筑外墙面，脱落现象一旦发生就很容易伤及无辜造成伤亡事故。
2节能外围保温隔热处理施工技术的实质性运用方式
2.1技术运用基础原理分析
对施工过程中各个技术要点逐一进行剖析是非常有必要的，建筑节能外保温隔热体系的基本原理是在利用保温与隔热材料的高效性能，来减少室内外的热传递作用，基本施工操作，是将保温隔热材料粘贴或涂抹在建筑的外围墙面，来保持建筑内的温度，达到高效节能的目的。
2.2材料选取方式
随着新型保温隔热材料的不断研发与革新，紧跟时代步伐是非常有必要的。作为整个节能工序的重要环节，材料的选取直接关系到整个建筑体系的保温隔热效果。多次实践证明，不定形的复合浆体保温隔热材料，可以有效避免传统材料所出现的种种问题，其导热系数低，可进一步提高建筑外围的保温隔热效果，与此同时，材料还具有防火功能，安全耐用，可满足不同条件的需求。
2.3节点部位处理技术
在建筑外围保温隔热处理过程中，由于建筑墙面门窗四角常易出现裂缝，如果处理不当，会导致这些部分的保温隔热涂层受自然因素或其他因素影响而发生龟裂或脱落，从而影响节能效果。应利用板材本身所具有的柔韧性，将板材的接缝与四角裂缝错开，加一块玻璃纤维网格布与门窗角平分线成90°放置、贴在最外则，加强外围保温隔热，抵抗结构的裂缝，加强保护层的抗开裂能力，从而有效解决墙面门窗四角裂缝导致的保温层裂缝问题。
2.4保温隔热体系技术操作规范
在界面处理上必须彻底，否则会影响保温隔热材料的粘结强度。针对抗裂砂浆设计，要确保材料层面防水性，避免在雨天施工。此外，需利用阻燃材料对保温隔热层做防火隔离设计，以确保整个保温隔热层的安全性。
2.5注意施工环境影响
外围保温隔热处理一般受需电、地震、冷冻等自然环境影响较大，因此在施工过程中，也需要考虑自然因素的影响，不能盲目施工，在天气恶劣的时候，要停止施工，一般应该选择在背风面，以及天气比较湿润的时候施工，这样可以有效降低高温和风对保温隔热材料的影响。
2.6对施工人员培训与施工过程的监管
作为一种技术性的工作，整个施工质量直接影响到建筑的保温隔热耗能，从而影响整体建筑体系的节能作用。因此，在实际操作前，需要及时对施工人员进行定期的培训和考核，施工过程中还需要进行严格的监管、控制和指导。
3拟定节能外围保温隔热处理工程施工技术的运用方案概况
某高层商住小区地下室、半埋式顶盖花园、车库、架空层，住宅楼主体等，其外墙采用蒸压加气混凝土砌块和外墙保温砂浆组合的具有保温隔热功能的复合墙体，采用塑钢中空玻璃窗，且与墙体连接处全部用保温板材及防渗抗裂砂浆填塞密实，针对小区的不规则坡屋面和平屋面，防水、保温难度比较大，采用新型聚氦发泡全粘结工艺，解决了小区不规则坡屋面、平屋面的防水、保温的难题，经过大量商住用户多年使用验证，墙体、屋面保温层无开裂鼓泡、渗水等。
4结论
经实践数据表面，热处理技术的运用共分六步：其一，优先给予施工内容以理论分析，根据分析所得，开展施工基本内容事项。其二，依据项目施工的素材选取准则，开展材料采定，材料首要具有隔温性质，其次具备相应安全性，最后是必不可少的防火功用。其三，构件处理技术的运用，以充分保障涂层面隔热效能。其四，水系隔离技术的运用，加设外层砂，以保障外围施工后的隔水效果。其五，后期施工中，待现场环境细节的处理，待自然灾害施以防备。其六，施工环节事项进行全程监督，以保证项目的建造质量。未来的建筑业，需工业整体共同开展探索内容，经验的不断累积，说明外围隔热技术即将发挥出其最大节能效用。
摘要：《工程材料及热处理》作为机械类专业的必修课，存在内容多、课时数少、学生兴趣不大等问题，解决这些问题的唯一办法就是教学改革。本文从教学目的、教学内容与教学方法等方面探讨了该课程教学改革方案，在教改基础上选择Authorware作为开发平台，开发了便于操作和学生听课的CAI课件，并且根据教学实践，指出了在CAI课程教学中的应注意事项。
关键词：工程材料及热处理；教学改革；CAI课件
《工程材料及热处理》是机械工程类各专业的一门学科基础课，课程教学内容涉及面广、工艺性强、基础理论抽象、概念多。传统的课程教学中，在理论和基本知识方面教学时数较多，课堂教学以教师讲解为主，辅以少量照片以及黑板上画图等方式，既难以描述清楚微观状态，对于非材料类专业的学生其实用性和实际效果也不好，学生普遍反映学习枯燥、难以理解，影响学习效果和教学质量。随着教学改革的深入，新的知识不断增加，学时却在减少，我校《工程材料及热处理》课程教学学时为32学时，这对该课程的教学提出了新的要求。虽然现在MOOC、SPOC等教学方式正在兴起，但对教师和学生都有较高的要求。一个好的CAI课件可以实现传统教学所不能实现的灵活、形象、生动的效果，能显著加大课堂教学的信息量，增强教学内容的趣味性和吸引力，调动学生的学习热情，提高教学效果[1-4]。根据笔者多年的教学经验和CAI软件开发，本文对《工程材料及热处理》课程的教学改革进行了探讨。
一、课程教学改革的探讨
（一）教学内容的改革
《工程材料及热处理》课程的教学内容基本上是材料工程类专业所学几门主要课程的浓缩，教师往往以对材料专业学生的教学思路来进行讲授，对材料的内部结构与村料性能之间的关系讲解的较深。但对机械类专业的学生来说，他们毕业后的工作主要不是去挖掘材料性能的潜力，不需要深入研究获取材料性能的工艺问题，他们从事的主要是产品设计及解决产品制造过程中的工艺问题。因此，机械工程类各专业学生与材料工程类各专业学生对材料知识的要求，不仅深度上有差异，而且侧重点也应该完全不同。他们对各类材料的性能特点与适用范围只需要一般性的了解，侧重点是能够正确地选择材料，合理地选择加工方法和制定加工工艺路线，要求掌握各类零件在不同服役条件下的失效方式，并且根据服役条件、失效形式对材料使用性能的要求以及工艺性和经济性的要求，通过分析对比来选用材料。在市场经济的社会中，对学生实用性的要求显得更为重要。
（二）教学方法和手段的改革
《工程材料及热处理》课程涉及内容广泛，要在32学时的时间内获得好的教学效果，靠“教师机械灌输、学生被动接受”的传统方式是不行的。首先在课程的一开始就要能吸引学生，使他们产生学习该课程的兴趣。“绪论”是课程的第一课，因此很重要。在教学中我们发现，学生对新材料及其应用的内容较感兴趣，而这部分我们只作简介，因此将这部分内容放在绪论中进行。又如在绪论中，我们通过齿轮的生产过程，引出材料改性工艺与机械制造之间的关系。通过绪论内容的增补，既拓宽学生的视野，又能使学生对本课程产生兴趣。教师讲课时，如果只顾自己讲解，学生很难理解，更不会分析。在讲课要时经常提出问题，让学生回答，要启发学生进行思考，让学生开动脑筋想问题。如以拔丝加工工艺路线作为示例来分析思考塑性变形和回复与再结晶时的组织与性能变化及回复与再结晶退火的作用，同时还引出拔丝模具的设计应注意事项。在课外作业上，不要采用可以从书上直接找到答案的习题，要让学生做综合性分析思考题。教师要指导学生怎么去分析问题而不是只给出答案，要充分发挥学生对知识的综合运用、分析与创造性思维的能力。通过不断的积累，从而提高学生分析问题解决问题的能力。
二、课件的制作
CAI课件要根据使用目的和使用的具体情况来设计。从使用的角度应具有易用性、便捷性、开放性。在使用PowerPoint制作的许多课件中，采用的是顺序式的流程，很不方便。我们利用Authorware软件开发了Windows风格的下拉式菜单结构课件。图1a)为程序运行后的菜单界面一角。当选择某一菜单项后，主窗口中显示相应的内容，如图1b)。在教学过程中，有时需要将其他章节某一处的内容调出来，通过菜单选择非常快捷，从而方便了教学。屏幕教学就相当于屏幕版书，因此屏幕上的字数不能太多，而且也不能太花俏，以便于学生记笔记，因此，软件采用Windows界面，界面简洁，除了菜单外，只有几个页面跳转按钮，功能一目了然，教师操作也方便。但版书少了，大量的内容靠口述学生也难记忆，因此采用了许多文本按钮，当鼠标移到这些文本按钮上变为手形后，点击即出现详细内容，既可便于学生课堂记忆，也可用于自学。为了使学生获得感性的认识，课件中列举了大量的动画和录象，因为在课堂上不可能全部都播放，而且有些需要讲解，为了获得更好的效果，需要控制播放速度和暂停，因此采用自行设计的动画和录象程序，只要通过文本按钮点击就可调用。课程中有许多金相照片和图象，也采用自行设计的程序调用，图象是保存在专门目录里的，只要将文件名设为图号即可调用，便于扩展。
三、教学实践与思考
课堂笔记是很重要的，除了帮助获取知识外，还能使学生集中精神听课。CAI教学由于不要版书，教师讲课进度较快，而且信息量大，会造成学生来不及记笔记，这一点在其他高校的调查中也有同样的反映[5-6]。但如果学生整堂课都在记笔记，就少有时间去思考，笔者认为可以对记课堂笔记的方法作一些改进，教师将讲义精练了以后做成带有提问的“笔记”印发给学生，学生上课时只要在相应的地方做标记，同时根据教师指点做必要的补充和注释，这样就有更多的时间去记忆和思考。但这种方法在上完1-2次课后教师就要像检查作业一样去检查，以免学生对“笔记”产生依赖。当然，这种方法还有待实践去验证。应用CAI的目的是为了达到更好的教学效果。优秀的多媒体课件应该是教师教学经验、教学思想与多媒体技术之间的无缝结合，而不是将教学内容简单地进行媒体替换或把教学内容中不易表达和较抽象的东西通过多媒体形式形象地展示。对CAI课件的有效性可以采用一定的方法进行评价[7]，最主要的应该是学生的评价，在使用中还会遇到各种各样的问题，只有通过不断的研究、反馈和总结，才能使CAI教学达到更好的效果。
作者:姜世杭 单位:扬州大学机械工程学院
摘要:
建筑产业的发展越来越快，对于社会的经济影响越来越大，其对环境也有直接的影响，在建筑研究过程中所需要进行的就是建筑材料的节能化选择，使得建筑的绿化性逐渐得到发展。近年来对于南方的建筑保温的研究越来越重视，为使得在对环境不产生不利影响的基础上进行建筑的保温隔热的研究，就需要从材料上下手来达到最佳效果，因此，需要对建筑节能外围保温隔热处理施工技术进行研究。
关键词:建筑节能外围保温隔热处理技术 施工技术 研究分析
随着低碳概念的深入人心以及环保理念的全面深化，使得社会中各产业的发展逐渐往该方向靠拢，其主要的目的就是使得社会的发展与环境之间的矛盾得到缓和，进而使得社会各方面的发展趋向于稳定化，以及与持续发展原则相符合。在建筑产业方面更应如此，其主要改进的方向就是减少空调、电扇等电子产品的使用，需要采取绿色的方式来调整室内的温度，经过不断的研究发现科学环保的改进措施就是进行节能建筑材料的选择应用。本文主要探讨的就是建筑过程中应用建筑节能材料进行外围保温隔热处理施工技术的完善化研究。
1建筑材料节能外围保温隔热处理施工技术存在的问题
对于南方而言其存在的主要问题就是没有地暖，夏天温度普遍高且持续的时间长，冬天处于湿冷状态，建筑无法提到较好的保温隔热的作用，导致其必须借助其他设备来进行温度的调控。针对这一问题进行的主要改进策略就是进行建筑材料上的分析以及其施工设计的研究等，但是该应用方式在南方的发展极为缓慢，主要原因就是建筑节能材料的选择问题，建筑的设计问题，材料的构架问题，施工技术的问题以及相关人员的素质问题等。
1．1建筑节能材料的选择问题
在南方建筑的施工过程中对于建筑节能材料的选择存在的主要问题就是选取的材料不科学以及不适用，与南方的气候合适度不高，导致易出现各种意外以及建筑的稳定性无法保证，建筑的保温隔热效果弱化等。具体体现就是选取的建筑节能材料主要就是建筑过程中的实际应用例子，其对于例子的使用地点以及使用条件的分析较为匮乏，在该种节能材料的使用过程中没有进行进一步的分析，导致其的实用性得不到体现，其会导致的后果就是由于材料的选择不合理而出现由于承重能力范围的不确定性导致危险的发生。
1．2建筑的实际情况探究以及设计问题
建筑节能外围保温隔热处理施工技术中还存在的严重影响其发展以及更新的问题就是设计问题以及实际情况探究的问题，主要就是在设计过程中，由于对于其设计环境的信息获取量不足，导致其的温度变化范围、湿度情况以及具体气候变化情况等的考虑不足，导致所进行的施工与实际的情况出现矛盾之处，不仅使得该施工无法正常进展下去，还会进一步的导致建筑的质量以及所预期的效果无法实现。
1．3施工技术以及相关人员能力问题
施工技术的问题就是建筑节能外围保温隔热处理施工技术的使用以及发展极为有限，其使用的方式较为单一，所掌握的技术较为有限，所使用的方法以及设备等较为落后，进一步使得该方面的建筑质量处于一个较为低下的水平，导致其的发展进一步受到阻碍;导致其发展无法顺利进行的另一个因素就是相关人员的素质不高，主要包括设计人员、勘探人员、管理人员以及施工人员等，其的能力不足以及整体的素质不高，导致该施工的整体运作处于一个较为不协调的状态，进而由于发展的不平衡性，导致无法取得较大的进步。
2建筑材料节能外围保温隔热处理施工技术的改进研究
建筑产业是我国基础产业中的一个重要组成部分，主要体现就是几乎每一产业的进展与建筑产业都密切相关，建筑产业是国家的基础性产业之一，由此可见其的发展范围以及发展重要性极大，进行环保建筑的研究是有必要的。在南方一直以来所研究的重点方向就是住房的舒适性，即冬暖夏凉，其主要使用的工具就是空调，其存在的问题就是造成温室气体的排放量增加、导致环境污染严重化以及进一步恶化温度等，对于人体的健康而言也是极为不利的，其会破坏人体的自我温度调节能力以及使得人体的水分更为快速的蒸发。因此，需要进一步的发展完善建筑材料节能外围保温隔热处理施工技术。
2．1进行建筑节能材料的合理选择
选取建筑节能材料的主要准则就是改变材料选取者的观念，主要就是将设计中出现的不合理的借鉴以及参考会导致的结果进行全面合理的阐述，让其对此有一个深刻的认识，在材料的选取上投入精力，主要改进方向就是对材料的主要使用范围，即温度的控制范围以及周围的干湿度进行分析，在此基础上在进行适合的材料的筛选，主要运用的手段就是对比，进行材料效果、材料质量、材料承重范围以及材料的价格等多个方面进行综合探讨，最终获取一个最为合适的范围，必要时保留与之相似或者作用效果相差不大的方案以备不时之需，尽量做到不影响施工进程。
2．2进行科学的设计
进行科学设计的主要方式就是将其设计地点的海拔、地势、地形进行详细的勘探，对该地的气候变化、天气的衍变、各种时节具体的气候情况、温度的具体变化范围等进行详细的分析，在此基础上在根据所选取的材料，所规划好的房屋构架方案进行进一步的结合分析，在此基础上进行设计，其设计的主要效果就是将保温隔热的效果具体化以及实际化。
2．3进行施工技术的研究以及相关人员的能力锻炼
对施工技术方面进行的主要研究就是引进先进的设计理念设计方案以及设计手段技术等，在此基础上结合实际的发展需求以及发展现状进行分析，同时进行的就是对相关人员进行该方面专业人才的技术辅导，使其的能力能够在具体的实践过程中逐渐提高。
3结束语
建筑节能外围保温隔热处理施工技术在南方的实际发展过程中存在的问题较多，对此进行发展的主要方案就是将其存在的问题采取具体的措施改进。
作者：施华斌 单位：福建省龙津建筑工程有限公司
保温隔热处理中，材料的选择以及工艺技术的实施，直接影响到整个建筑的节能效果。在建筑外围保温隔热施工过程中，受施工技术的不成熟，监管不严格，材料选取的不恰当等因素影响，使得保温隔热材料的应用性能不能发挥出最佳状态，建筑外围保温隔热作用与理想效果相差甚远。比如说，建筑节能外围保温隔热处理中，常采用泡沫塑料作为外墙的保温层，这种材料极易燃烧，危险系数较高。
关于建筑节能外围保温隔热处理技术体系，我国建筑部颁布了多项相关标准。作为一种技术性工作，建筑外围保温隔热处理工作，也需要施工人员具备相应的技术能力，稍有不慎就会严重影响工程效果。但从实际实施情况来看，施工技术规程在实际的施工中并未得到妥善遵循，理论要求的标准与实际情况间的差距依旧很大。建筑节能外围保温隔热处理，一般是将高效隔热保温材料粘贴或涂抹在建筑的外墙面，受施工技术，自然环境如冷冻、风雨雷电、地震、火灾等因素影响，这些保温隔热材料容易发生脱落，不仅会影响到整个保温隔热体系的性能，还会形成大的安全隐患。尤其高层建筑外墙面，脱落现象一旦发生就很容易伤及无辜造成伤亡事故。
施工过程中的技术探讨
近几年，建筑能耗在我国各项能耗中所占据的比例相对较大，随着可持续发展要求的提高，对建筑产品进行节能改造是非常有必要的。作为建筑工序中最为有效的节能方式，在建筑中展开外围保温隔热处理，不仅可以减少对空气的污染指数，还可以有效利用能源减少能耗，其应用前景广阔，社会经济效益高。结合我国建筑节能外围保温隔热处理施工技术中存在的一些问题，对施工过程中各个技术要点逐一进行剖析是非常有必要的。
1原理分析
建筑节能外保温隔热体系的基本原理是在利用保温与隔热材料的高效性能，来减少室内外的热传递作用，基本施工操作，是将保温隔热材料粘贴或涂抹在建筑的外围墙面，来保持建筑内的温度，达到高效节能的目的。
2材料的选取
随着新型保温隔热材料的不断研发与革新，紧跟时代步伐是非常有必要的。作为整个节能工序的重要环节，材料的选取直接关系到整个建筑体系的保温隔热效果。多次实践证明，不定形的复合浆体保温隔热材料，可以有效避免传统材料所出现的种种问题，其导热系数低，可进一步提高建筑外围的保温隔热效果，于此同时，材料还具有防火功能，安全耐用，可满足不同条件的需求。
3节点部位的处理
在建筑外围保温隔热处理过程中，由于建筑墙面门窗四角常易出现裂缝，如果处理不当，会导致这些部分的保温隔热涂层受自然因素或其他因素影响而发生龟裂或脱落，从而影响节能效果。因此，在粘贴板材时，应利用板材本身所具有的柔韧性，将板材的接缝与四角裂缝错开，加一块玻璃纤维网格布与门窗角平分线成90°放置、贴在最外则，加强外围保温隔热，抵抗结构的裂缝，加强保护层的抗开裂能力，从而有效解决墙面门窗四角裂缝导致的保温层裂缝问题。
4保温隔热体系技术操作
①在界面处理上必须彻底，否则会影响保温隔热材料的粘结强度；②针对抗裂砂浆设计，要确保材料层面防水性，避免在雨天施工；此外，需利用阻燃材料对保温隔热层做防火隔离设计，以确保整个保温隔热层的安全性。
5注意施工环境的影响
外围保温隔热处理一般受雷电、地震、冷冻等自然环境影响较大，因此在施工过程中，也需要考虑自然因素的影响，不能盲目施工，在天气恶劣的时候，要停止施工，一般应该选择在背风面，以及天气比较湿润的时候施工，这样可以有效降低高温和风对保温隔热材料的影响。6对施工人员培训与施工过程的监管作为一种技术性的工作，整个施工质量直接影响到建筑的保温隔热性能，从而影响整体建筑体系的节能作用。因此，在实际操作前，需要及时对施工人员进行定期的培训和考核，施工过程中还需要进行严格的监管、控制和指导。
工程应用实例
笔者参与建设的某高层商住小区地下室（半埋式顶盖花园）、车库、架空层，住宅楼主体等，其外墙采用蒸压加气混凝土砌块和外墙保温砂浆组合的具有保温隔热功能的复合墙体，采用塑钢中空玻璃窗，且与墙体连接处全部用保温板材及防渗抗裂砂浆填塞密实，针对小区的不规则坡屋面和平屋面，防水、保温难度比较大，采用新型聚氨酯发泡全粘结工艺，解决了小区不规则坡屋面、平屋面的防水、保温的难题，经过大量商住用户多年使用验证，墙体、屋面保温层无开裂鼓泡、渗水等。保温隔热方面，通过小区会所楼顶的大开间会议室多年的运营记录，以上措施起到了良好的保温隔热、节约能耗的作用。
结语
合理科学的实施建筑外围保温隔热技术，可在实现保护建筑的主体结构的目标的同时，有效隔避免室内外的热传递作用，从而达到高效节能的目的。虽然我国建筑节能外围保温隔热能技术体系已经得到了一定程度的运用和发展，但相比部分发达国家来说，依然存在着一定的差距，面向未来，我们还需要进一步探索和发现，只有不断总结经验，不断实践改进和创新，才能使建筑外围保温隔热技术发挥其最大的节能功效。（本文作者：唐汝滨 单位：韶关市第一建筑工程公司）
本文作者：刘洋涛、陆利霞、林丽军、熊晓辉 单位：南京工业大学食品与轻工学院
肌原纤维粗丝中的肌球蛋白是最主要的肌原纤维蛋白。肌球蛋白由轻链与重链2个部分组成［6］。肌球蛋白轻链与重链具有不同的热稳定性，且不同种类之间差距较大，如白色石首鱼酶解肌球蛋白轻链在80℃形成二聚体，而白眼雪鱼的酶解肌球蛋白轻链则基本不形成二聚体［7］。ReedZ．H．等研究发现，鲑鱼肌球蛋白的表面疏水性在18．5～75．0℃范围内随温度的升高而升高，之后维持稳定［8］。罗非鱼肌球蛋白轻链与重链的表面疏水性在30～40℃范围内都呈上升趋势，其中重链到达70℃之后近似稳定，而轻链虽呈上升趋势，但变化不大［9］。箭齿鲽肌球蛋白的表面疏水性在20～65℃范围内持续增加［10］。蛋白质分子的表面疏水性可能与形成蛋白质分子的氨基酸残基的疏水性有关。肌球蛋白的表面疏水性发生变化说明分子内或分子间的疏水作用力发生了改变，达到一定程度后必然导致蛋白完全变性。VisessanguanW．等观察到肌球蛋白的α-螺旋在15℃条件下开始展开，并一直持续到65℃［10］。这与肌球蛋白表面疏水性的变化有相同变化趋势，可能是蛋白质结构的展开使得更多的氨基酸疏水性残基暴露的原因。鲑鱼肌球蛋白总巯基含量在18．5～50．0℃范围内保持稳定，超过50．0℃后开始下降。表面活性巯基含量则随着温度从18．5～50．0℃升高而逐渐增加，超过50．0℃后则表面活性巯基及总巯基含量均减少［8］。但箭齿鲽肌球蛋白表面活性巯基含量在20～30℃内显著减少，在30℃之后稳定［10］。肌球蛋白表面活性巯基含量在低温加热的条件下因蛋白质结构的展开可能会有所增加，在一定温度范围内可能因为表面活性巯基结合形成二硫键，从而造成其含量下降。
肌球蛋白与肌动蛋白在三磷酸腺苷ATP供能或死后僵直的情况下可结合形成肌动球蛋白。肌动球蛋白的热稳定性与肌球蛋白的热稳定有密切的联系，且在一定程度上又有所差异。肌动球蛋白的表面疏水性随加热温度的增加与肌球蛋白相类似，并可能都是由于蛋白质二级结构，如无规卷曲的展开造成的［11］，且其展开速率会因温度的升高而加快［12］。蛋白质结构的展开与凝聚可能导致其特性的改变。如马鲛鱼肌动球蛋白在加热过程中黏度与Ca2+ATP酶活性均显著降低［13］，罗非鱼的肌动球蛋白在42和45℃热处理条件下产生聚集物［14］，八线马鲅肌动球蛋白则在40℃以上条件下形成不溶性聚集物［15］。罗非鱼的肌动球蛋白在产生聚集物时表面活性巯基含量出现最大值，并在95℃加热条件下减少至50%。与此同时，总巯基含量随温度的升高而减少［14］。八线马鲅的表面活性巯基含量在50℃以下随温度的升高而升高，之后开始下降，在高于50℃条件下有二硫键形成［15］。在45℃以上的热处理中，肌动球蛋白多以非共价键形成聚集物，超过75℃则多以二硫键形式形成聚集物［14］。
肌浆蛋白的组成较为复杂，其中主要包括具有生化特性的各种酶类和赋予肌肉颜色特性的色素蛋白［16］等。在高温条件处理下酶会因变性失活，但在低温加热条件下，部分酶类将保留一定的催化活性，如55℃热处理后鱼肉中仍可检测出蛋白酶活性［17］;且经55℃加热10min，鱼肉中磷酸酶的活性仅降低为原来的10%［18］。低温加热处理过程中的酶催化反应必然会引起鱼肉组成和品质的变化。肌红蛋白是主要的色素蛋白。不同结构的肌球蛋白具有不同的热稳定性，ThiansilakulY等通过动电势分析测得东方小头鲔肌红蛋白的等电点为5．25，氧合肌红蛋白与高铁肌红蛋白的变性温度分别为61与60℃，即60℃以上的热处理会使肌红蛋白发生变性［19］。在达到肌红蛋白变性温度前，伴随温度的升高和加热时间的延长，氧合肌红蛋白变得更易氧化和构象变化，而高铁肌红蛋白却出现变稳定的趋势。此外，有研究表明肌红蛋白会引起肉制品中脂质氧化［20］，罗非鱼肌红蛋白具有促氧化能力，在45℃以下的热处理对其促氧化能力不受影响，但更高的温度则会导致其促氧化能力的降低。高铁肌红蛋白的促氧化能力在68和90℃条件下相差不大，而氧合肌红蛋白的促氧化能力受温度的影响则较大［21］。因此，低温加热不能有效防止因肌红蛋白引起的脂质氧化，反而可能因温度的提高加速脂质氧化。
肌基质蛋白是主要的结缔组织蛋白，其中最为重要的便是胶原蛋白。胶原蛋白的含量与鱼肉的质地有一定联系，低胶原蛋白的鱼肉较为柔嫩［22］。胶原蛋白会在加热过程中溶解或解链，对鱼肉质地产生影响［23］。
热处理必然导致鱼肉脂质的氧化，其中不同的热加工形式对鱼肉脂质具有不同的影响，如在油煎过程因C16∶0、C14∶0和C22∶0的损失造成饱和脂肪酸含量损失70%，罐装过程3种脂肪酸损失40%。在微波加热过程中因C24∶1含量的增加，使得单不饱和脂肪酸含量增加38%［24］。但微波加热过程中游离脂肪酸含量会显著减少，共轭二烯烃的含量增加，过氧化值减少［25］。ω-3不饱和脂肪酸在热加工过程中损失较大［24］。鱼肉脂质的过氧化值在烟熏过程中减少，在油煎、烘焙、烧烤加工中则会增加。在多种热加工中都会导致TBA(硫代巴比妥酸)值增加［26］。
鱼肉综合品质受热的变化主要表现在质构特性、颜色等方面。适当的热处理对鱼肉质构特性和色泽具有提高作用。如30℃处理的鲤鱼具有最好的食用品质［27］，热处理的新鲜草鱼在硬度、脆性、弹性和咀嚼性方面都好于生鲜草鱼［28］;在60～100℃热水处理中，熟肉的硬度、凝聚性、弹性和咀嚼性较生肉提高，升高温度有利于上述质构指标的提高［29］。但品质特性会因鱼肉种类的不同而产生不同的变化，如对虹鳟在30～70℃范围内进行热处理，发现伴随温度的升高其亮度显著增高，硬度增加［30］。但是通过对鲍鱼沸水蒸煮3h后观察，发现无论是垂直切片还是交叉切片获得的肌纤维与生肉肌纤维相比体积都相对较大，而弹性和抗拉强度则相对减小［31］。加热会使鱼肉中部分蛋白分解［32］，结缔组织被破坏，从而提高咀嚼特性，在此过程中胶原蛋白的分解与凝胶作用可能会使鱼肉发亮［33］，提高色泽。KongF．B．等使用121．1℃油浴对鲑鱼加热发现其嫩度变化分为快速韧化、快速嫩化、慢韧化、慢嫩化4个阶段，在此过程中当85%以上胶原蛋白溶解时剪切力同时达到最低值，并发现蒸煮损失和皱缩面积与剪切力改变有显著关联［34］。热处理使鱼肉蛋白疏水区域暴露，蛋白分子变性或形成聚集物。在此过程中，随表面疏水作用的提高则会使蛋白分子持水能力下降，水分与蛋白分子的结合被破坏，使水分更易流失，且能导致组织蛋白相互收缩，游离脂肪酸则会发生聚集或体现一定的乳化作用。但过度加热会使鱼肉品质下降［35］，蛋白的过度变性，风味物质大量损失，感官特性降低，令人难以接受。
目前有关热加工对鱼肉影响的研究总体而言较少。一方面只片面研究鱼肉组成中某一种特定组分随温度变化的情况，而忽视了各种成分之间的相互影响;另一方面，如何同时保证水产品感官品质和营养品质尚未进行研究。结合目前水产加工的现状而言，水产品的热处理与冷处理研究应耦合起来，并不仅单纯地研究冷或热处理后的影响，而应复合考虑连续的冷热处理对鱼肉的影响，从而提高鱼肉的食用品质。
一、引言
工程材料与热处理课程是应用型高校机械类和近机类各专业必修的技术基础课。根据应用型高校的人才培养方案，本课程从机械工程的应用角度出发，阐明机械工程材料的基本理论，系统介绍材料的成分、组织和性能之间的关系，以及加工工艺对材料组织和性能的影响。课程的教学目的是，使学生在掌握工程材料基本理论和基本知识的基础上，具备根据机械零件的工作条件和性能要求，进行合理的选材与热处理工艺制定的初步能力。实验教学是该课程主要的教学环节之一。近年来，由于各高校专业调整和教学计划的变更，包括本课程在内的教学学时被压缩，其实验教学也受到了很大的影响，因此为了适应新的教学形势，对工程材料与热处理课程实验教学进行改革，建立新实验教学模式，以适应当前新人才培养方案和教学计划，是势在必行的重要研究课题。
二、课程实验教学改革的必要性
（一）课程实验教学的作用和地位
工程材料与热处理课程实践性强，其主要基础理论及一些专业理论都是通过实验并总结实验的规律而建立起来的。实验教学作为重要的课程教学环节之一，对于学生加深理解和掌握课程内容，了解工程材料的成分、组织和性能之间的关系，从而初步学会典型机械零件的选材和热处理工艺制定具有重要的意义；同时，实验教学也是培养应用型高校工科学生工程意识和创新思维的重要手段。对于本课程来说，其突出特点是概念多、内容杂、知识抽象，如果不通过实验教学，学生很难掌握课程的基本知识。例如，对工程材料的组织，只有在光学显微镜，有的甚至必须在电子显微镜下才能观察到其特性，这是在课堂教学中无法实现的。课程中有许多基本结论，也是建立在实验的基础上的。因此，高质量的实验教学是提高课程教学质量的重要途径。
（二）实验教学存在的问题
1.实验内容少。由于学时不足，只能开设两个实验，且两个实验之间缺少有机联系。对钢经热处理前后的组织变化没有直观的对比，学生对钢的平衡组织和非平衡组织的概念理解不透。热处理实验后，学生没有时间进行金相试样的磨制，影响了对金属材料金相分析方法的掌握和运用。
2.学生在实验中缺乏自主性。在整个实验教学中，学生始终处于被动状态，基本上是教师讲，学生照着做。这种教学方法，学生的实验能力和动手能力都得不到提高，影响实验教学的效果。
3.学生对实验教学兴趣不高。由于前述原因，使大部分学生对本课程实验缺乏足够的兴趣，主要表现在实验课前不预习，不看实验指导书；实验中操作不认真，能不动手就不动手；实验报告不规范等。此外，笔者对本课程实验教学作过一次调查，参加调查的学生分别来自机械制造专业、材料成形及控制工程专业和汽车服务工程专业，共收回调查表152份，其主要调查内容及结果。从调查结果可看出，学生对该课程实验教学不满意度很高，说明实验教学已到了必须改革的时候。这就促使我们从2008年开始，对工程材料与热处理实验教学计划、教学方法和教学模式进行了根本性的改革，摒弃传统的实验教学计划，建立新的实验教学模式。
三、课程实验教学改革的基本思路
（一）新实验教学模式的目的
在不增加课程教学学时的前提下，丰富实验内容；发挥学生在实验教学中的自主性、能动性和创新性，变被动为主动；提高学生的实验设计能力、实验动手能力和实验结果分析能力；使实验教学成为课堂理论教学的重要补充，为学生学好工程材料与热处理课程奠定基础；培养学生掌握或了解金属材料金相分析的基本方法、实验方案的制订能力及对相关实验仪器的试用和保养常识。
（二）新实验教学模式的设置原则
新实验教学模式设置的原则是：实用性、互动性、综合性和开放性。实用性就是严格根据课程教学大纲要求合理安排实验，并尽可能结合生产实际，使学生通过实验，理一步理解和掌握工程材料的成分、组织和性能之间的关系，为学习后续课程、毕业设计及在以后实际工作中正确选材及安排热处理工艺打下必要的基础。互动性是指在实验教学中，做到学生和指导教师互动，各基本实验内容之间的互动，工程材料与热处理课程与后续的各专业有关专业课程之间的互动。充分发挥学生在实验中的自主和主导作用，使学生全面理解实验教学目的要求，克服以往实验内容分散，各实验间缺乏有机联系的不足，为以后学习专业课奠定良好的基础。综合性实验是实验教学改革的重点内容。合理设置综合性实验，能使学生全面、深入地理解实验目的和实验方法，培养和提高学生制订实验方案、设计实验步骤、分析实验数据的能力。开放性是指对于大部分实验，教学计划中只规定基本要求，其实验名称、实验目的、实验步骤、实验报告格式均由学生自行设计，学生还可以自主选择指导教师，其实验主要由学生在课程教学学时外进行，通过精品课程网络实验预约系统，学生可在开课学期内任意时间进行预约，并完成实验。
（三）新实验教学模式的保障措施
为了保证实验教学改革的顺利进行，从转变教学管理机制到实验室条件的必要改善均须得到有力的保障。在教学管理方面，打破以往的课程考核模式，允许部分学生在课程考试结束后再自主完成综合性实验，然后由任课教师给出本课程的最终成绩。同时为了保证学生自觉地在课外时间完成实验，对按要求完成实验并合格者，给予适当的奖励学分，作为学生完成学校规定必须达到的任选课学分的组成部分。实验场地的扩充、实验仪器的添置以及指导教师的足量配备是新实验教学模式顺利推行的基本前提。为此我们增添了一批金相显微镜、热处理加热设备、金相试样制备设备、数显硬度计（洛氏、布氏、维氏和显微硬度计），同时还添置了金属材料熔炼炉、多功能辉光离子表面处理设备、真空加热炉、万能磨损试验机和盐雾试验机等。为了满足学生自行选择实验时间，除了增设实验员，我们采取了任课教师和实验室专业指导教师共同负责的方法，以确保实验室全天候开放。
四、改革后的实验教学方案
经过教师讨论，并吸收学生意见，新的实验教学方案分为三个模块：基础实验、金相互动实验和综合性实验。
（一）设置基础实验
利用有限的课堂实验教学时间，使学生掌握金相实验室和热处理实验室各种仪器仪表的使用方法和保养方法。增设“金相分析与热处理工艺实验仪器使用方法”实验，为学生完成开放性实验和综合实验打下基础。
（二）设置金相互动实验
该实验设计思路为：由实验室的指导教师按照实验大纲要求事先准备好各种不同组织的试样，如各种碳素钢经不同热处理后的金相试样、各种铸铁的金相试样、常用合金钢经不同热处理后的金相试样、常用非铁合金金相试样等。学生通过网上预约或口头预约，5～6人为一组进行实验。实验时每组学生保证有一名指导教师，通过不同类型试样的观察分析和对比，让学生充分了解不同工程材料及经不同规范热处理后组织的差别，进而分析性能上的差别以及造成这些差别的原因。在选取分析试样类型时，指导教师要引导学生根据自己的专业进行选取，以便为后续学习专业课奠定基础。如对于机械制造和光机电一体化专业，要侧重于对结构钢和铸铁等材料的金相分析和热处理工艺制定，而对于材料成形及控制工程专业的学生则侧重于对模具钢和低碳钢材料的分析。
（三）设置综合性实验
该实验内容包括典型零件的选材、热处理工艺的制定和操作、力学性能测试、金相试样制作、金相显微组织分析、金相照片制作等内容。由于实验内容多，时间长，学生主要利用课外时间完成。要求4名学生一组，自主选定指导教师，自行确定实验目的、实验步骤和实验方法。实验后写出实验总结或实验报告，由指导教师批阅并给出成绩。该实验可以和学生创新设计项目或科研项目结合起来完成，其成绩按一定比例计入工程材料与热处理课程最终成绩。
五、实行新实验教学模式取得的效果
经过两年多时间的实践，本课程新的实验教学模式已基本确立，并制定出相应的教学计划和实验教学大纲。新模式的运行也取得了良好的效果，从最近在学生中进行的调查结果显示，学生对本课程实验教学的满意度达到94%。具体来说：
（一）提高了学生对实验教学的兴趣和积极性由于新的实验教学模式建立在以学生为本的基础上，特别是综合实验全部由学生自行设计，给学生提供了充分发挥其主观能动性的平台，极大地调动了他们的学习兴趣和积极性，变“要我学”为“我要学”，形成了良好的实验教学氛围。
（二）收到了良好的实验教学效果，促进了课程建设及教学质量的提高
为了解实验教学改革成果，最近我们对学生进行了抽查，检查内容为：实验报告、实验现场操作和卷面测试等。其主要结果为：实验报告全部规范，成绩达良好以上的比例为65%；现场操作合格率95%；卷面测试成绩合格率95%，成绩良好以上的比例为60%。实验教学效果的提高，有力地促进了课程建设和课程教学质量的提高。
（三）学生真正学到了知识，提高了动手能力、分析问题和解决问题的能力
以往学生对各种金属材料的不同状态的组织和性能只是死记硬背，以应付考试，而不理解它们之间的相互关系，所以出现课程一结束也就全部忘记的普遍现象。从最近两届学生的毕业设计来看，在零件的选材和热处理工艺制定方面的问题已大大减少，毕业设计质量上了一个新台阶。
六、结束语
要提高工程材料与热处理课程教学质量，为培养新时期的应用型创新人才奠定必要的工程技术基础，对课程内容设置、课程教学模式、教学方法和手段进行改革是迫切要解决的问题。实验教学改革是课程教学改革的重要组成部分，对于应用型高校，实验教学改革因受实验条件、课时等诸多因素影响，比课堂教学改革更为滞后，难度也更大。以实用性、开放性、互动性和综合性为原则的改革是我们对工程材料与热处理课程实验教学改革进行的初步探索，实践证明，这种实验教学模式以学生为本，使学生变被动为主动，既提高了学生的学习兴趣，又能充分发挥其主观能动作用，因此能取得较好的教学效果。
1以工作过程为导向，重视课程体系改革
1．1教学中存在的问题
传统的机械工程材料及热处理课程体系，由于追求课程内容的完整性，采用传统的教学性模式，忽略了该课程与其他课程的相互渗透与关联，导致学生工程应用能力不够，综合能力较差。因此，必须重组课程体系，以形成具有应用性、综合性及先进性的新课程体系。
1．2合理选择更新教学内容
基于我们的工作过程，在教学内容的选取上，针对不同的专业，以对综合能力的要求为依据来决定课程内容的取舍。例如，对于机械类的学生毕业后主要从事产品设计与制造工作，传统的教学只注重于材料的选择与加工环节，而在材料科学发展日新月异的今天，还应学会正确处理材料科技进展与人类文明及经济发展的关系，从环境保护和可持续发展角度评价使用材料。具体教学时，在重点介绍钢铁材料、有色金属材料及热处理等方面内容的基础上，增加了功能材料、纳米材料等反映当前科技发展成果的新型材料，使学生在校学习期间能及时了解本专业的最新科技发展现状，以开拓学生的视野。
1．3精炼课程内容，以“必需够用”为度
在工作过程中，我们提倡经典内容简练化，并不是通常意义上的删繁就简，更不是降低课程的基本要求，而是通过贯通、渗透、举一反三的方法，使学生学会思维的过程，掌握应用的途径。例如金属学原理部分的核心就是铁碳相图，在传统的教学中，通过金属与合金的晶体结构、结晶相与组织及二元匀晶相图、共晶相图，逐步引出铁碳相图。这些内容对材料专业的学生是必需的，而对机械类专业的学生来说有些并不是必需的。如果直接引入铁碳相图，把相图所需的概念结合铁碳相图进行讲解分析，一方面可较为准确地反映“必需够用为度”的教学方针，另一方面也可在较短的学时内加强对铁碳相图的理解应用。
2工作过程中采用导学式教学模式，重在引导，贵在启发
2．1导学在教学工作过程中的应用
课堂教学的创新在于最大限度地调动学生学习的积极性和主动性，因为兴趣是最好的导师。导学式教学法正是摒弃传统教学模式，向素质教育转轨的一种教学方法，体现了以“培养学生创新精神和实践能力”为主旨的教学模式，其最终目标是激发学生学习的内驱力，提高课堂教学质量与学生学习的兴趣，从而达到培养学生自学能力、实践能力及创新意识的目的。针对机械工程材料及热处理的特点，教学方法的设计应该在大纲的指引下，以课本为基础，以培养学生自学能力、实际能力、创新意识为目标，充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用。
2．2导学教学模式
导学模式采用课前导学，首先是对知识点的综述。使学生了解所学知识的背景与含义，建立起自己的智力模式，找到解决问题的策略，学生需要知道的、涉及该内容的详细信息和一些必要的预备知识都要反映在其中。课中导学采用只讲基本知识，少而精，要富有启发性，在此基础上把一部分内容留给学生自学，有利于训练学生的自主学习能力。授课则侧重于引导学生建立知识结构，掌握学习方法，并关注理论背景。导学的课后督导也是课程教学设计的重要内容。课外学习并不意味着教师在学生学习过程中退出，答疑和质疑就是教师参与学生自主学习的两种方式。答疑是教师向个别学生解答疑难问题，学生可以向教师提出学习中自己解决不了的问题。质疑是教师向学生提出问题，以便了解学生掌握知识的深度、学习能力水平和学习方法等情况，更好地指导学生进行自主学习。
2．3导学教学环节
导学的过程包括导入、导读、导议等几个过程。导入是课堂艺术的开始。良好的导入能集中学生的注意力，调动学生的求知欲，把他们引入探索知识奥秘的境界，为后续各环节的顺利进行打下良好的基础。导入的方式有多种，在教学中可根据教材的不同特点，采取不同的导入方式。如联想法、实验法、问题法和提问法等。导读法是提高自学能力的关键。培养学生的自学能力，使其掌握好的学习方法，是教学中的一项重要任务。在教学中要指导学生学会基本的原理及分析方法，理清知识结构，重视新、旧知识的联系和迁移，注重理论和实践的结合。导议法是课堂艺术的高潮。导议最突出的特点是运用启发式教学，以学生为主体，以教师为主导，围绕中心议题展开讨论。
3以工作过程为导向，让实践教学贯穿课程主线
3．1丰富课堂中的实验演示，工作中加强直观教学
机械工程材料及热处理这门课中，一些基本概念和规律都具有非直观性的特点，以往的抽象讲述，常导致学生对理论不理解，甚至听不进。因此，教学中尽可能想办法进行一些演示性实验，这对于提高学生的学习兴趣很重要。如讲到金属结晶的过程时，由于金属或合金不透明，无法直接观察其结晶过程，学生缺乏直观认识，对于形核和晶核长大两个过程似懂非懂。考虑到晶体都有共同的结晶规律，教师在讲述这部分内容时可借以观察其他透明物质如盐类晶体的结晶，来帮助学生了解金属结晶的过程。例如，在玻璃片上滴一滴饱和氯化钾溶液，然后放在投影仪上同学生一起观察它的结晶过程。随着液体的蒸发，结晶首先从液滴的边缘处开始，逐渐向中间扩展。结晶的第一阶段是在液滴的最外层形成一圈细小的等轴晶体，然后以这些等轴晶为核心开始向各个方向生长柱状晶。那些向液滴中心生长的柱状晶由于容易及时得到液体的补充，发展较快。晶体除了向液滴中心生长外，在垂直于柱状晶主轴的方向上还会长出二次、三次晶轴，形成了典型的平面柱状树枝晶。随着结晶过程的进行，最后在液滴的中心部位形成不同位向的等轴状树枝晶。铸锭的结晶过程和组织与此实验非常相似。通过这样一个演示性实验，可使学生在课堂上注意力高度集中，在饶有兴趣之中加深了对金属结晶规律及一些重要概念的理解。教师在教学过程中通过这种边讲授理论知识，边通过实验演示的方式，使课堂教学由教师传递信息为主的过程变成师生共同对信息再加工、接受的过程。这样可极大地增加学生的感性认识、激发学生的学习兴趣，同时可把书本知识和实际事物联系起来，使学生比较牢固地掌握课本中的基本理论和规律，教学效果可得到明显地提高。
3．2综合性、设计性、创新性的实验教学
实验教学内容和方法的改革对培养综合型高素质人才至关重要，既是实验教学改革的重中之重，也是实验教学改革的难点。为提高学生在新环境下工作的适应能力和创新能力，实验教学改革的重点是加强综合性、设计性、创新性的实验教学。机械工程材料及热处理课程传统的实验教学内容陈旧、方法单一，通常是以演示性、验证性的分散小型实验为主。我们以提高实验教学质量，形成新的实验教学模式为中心，对实验教学的类型、方法、手段及考核方法进行了探索。对原来的验证性、基本技能型实验内容进行整合、优化，增设综合型和设计型实验。实验按照课堂授课内容的顺序分阶段进行，授课初、中期做基本技能型、验证型实验，然后安排综合型实验和设计性实验。
3．3实训与理论相结合，实训中发挥理论的指导作用
在课程快结束时，通常会安排学生进行钳工实习。这时可用以往学生做的锤子演示钉钉子，结果出现钉子没钉上而锤子出了凹坑的现象，让学生分析原因，从而引出课程中的金属材料的机械性能;不同材料在铁碳状态图中的位置、组织;金属材料分类;如何通过热处理改善性能等内容。这样，实质上就把钳工实习内容始终贯穿在整个课程中，而不是孤立地作为一个内容来完成。待课程结束后再安排学生钳工实习，让学生自己选材、独立设计零件、完成零件加工，从而锻炼和检验学生对知识掌握的综合能力，强化和加深学生对所学知识的理解。
4结语
总的来说，“教学有法，但无定法”。以工作过程为导向，在教学实践中采用灵活多变的方法，激发学生的学习兴趣，必能取得令人满意的教学效果。
1优化教学内容
我校所开《机械工程材料及热处理》课程总学时为48学时，内容知识面广，涉及金属学的基本知识、钢的热处理、机械工程常用金属材料（包括碳钢、合金钢、铸铁、有色金属、粉末冶金材料）、高分子材料、陶瓷材料及复合材料、机械零件选材及工艺路线分析等内容。由于教学时数的限制及材料加工技术的快速发展，《机械工程材料及热处理》无法将目前所有的新材料、新工艺及时传授给学生，必然要在教学内容上进行整合优化。依据“厚基础、宽口径、综合交叉、注重实践”的课程体系改革原则整合如下：首先，对于教材中一些理论过强、岗位实用性较低的内容进行压缩，例如，材料的晶体结构和热处理原理。其次，要重点讲授实际应用较多的材料和热处理工艺，着重培养学生合理选材和制定热处理工艺的能力。第三，为适应现代企业的发展和职业岗位的需求，要及时更新和补充新材料、新工艺和新技术方面的知识内容，例如纳米材料、真空热处理等，这样使课程体系更完整，而且能提高学生的学习兴趣。通过整合优化，本课程的教学内容既保证了《机械工程材料及热处理》的科学性、理论性和系统性，又能培养学生运用材料学知识解决实际问题的能力和创新能力。
2新增设计性实验
实验教学是教学过程的重要环节，可以帮助学生巩固和加深理论知识，实现理论和实践的有机结合，更重要的是通过实验，全面培养学生的实验动手能力、创新意识和团队精神。《机械工程材料及热处理》课程原有实验均属于简单的验证性实验，学生没有参与实验设计和实验准备，课堂上只是很机械地模仿和验证，学习积极性差，不利于科学思维的培养。为了克服这些不足，我们增加了设计性实验。设计性实验是让学生自主设计实验，可以以一个简单的零件或产品为对象，通过分析工况条件和失效方式，根据所学理论知识并查阅相关资料，选择合理的材料并确定正确的热处理工艺。在设计性实验中，学生成了主体，教师只是指导者，重点考查设计方案的可行性，并启发学生完善实验方案。实验方案可行后，学生根据自己设计的实验方案，准备好实验材料，熟悉实验仪器和设备，独立进行实验操作，最后，分析实验结果，并书写实验报告。通过增加设计性实验，充分发挥了学生的主观能动性，培养了学生的创新意识和创新精神，提高了学生的工程实践能力和综合素质，还大大提高了设备的利用率。
3教学方法改革
传统的教学方法是以教师、书本、课堂为中心的应试教学，学生在学习过程中主动性不高、学习效果差。因此，在教学中我们改变传统的教学方法，采用启发式、导入式、讨论式、案例式等多种形式的教学方法去引导学生思考分析各类问题，使学生由被动的单向接受知识转为主动的探索知识，对提高教学效果，激发学习兴趣，培养学生分析解决问题的能力起到重要作用。在教学过程中，教师要善于设置问题，引导学生积极思考和学习，通过列举形象生动、贴近生活的具体案例来讲述教学内容，丰富教学内容，例如，在讲授材料牌号时，先问学生：“自行车、汽车上的零件都是用什么材料做的？”这样，教师就能很自然引出某种材料，然后再问学生：“为什么每种零件所采用的材料不一样呢？”经过学生的讨论，再和他们一起分析零件的工作状况和失效方式，正是因为它们的性能要求不同，采用的材料也就不一样了，这就是材料的“成分、组织、性能”之间的关系，贯穿了这根主线，使分散的教学内容系统起来。同时活跃了课堂气氛，加强了学生对教学内容的理解和掌握。
4教学手段改革
（1）多媒体教学+板书。传统的课堂教学是以教师讲解为主，辅以少量模型教具以及黑板上画图等方式，难以描述清楚微观、动态的变化过程，如，金属的结晶过程，学生感到抽象、枯燥。采用多媒体教学图声并茂、形象、生动、直观，可以将微观的内容宏观化，既激发了学生的学习兴趣，加深了学生对基本理论的理解，又节省了教师的书写时间，加大课堂教学信息量，从而提高了教学质量。为此我们采用PowerPoint与Flash两种软件制作本课程的课件，但课件毕竟只起辅助作用，在课堂中起主导作用的是教师，多媒体只不过是学习和教学的一种工具，教师教学观念、教学思想的现代化，要远胜过技术手段的现代化。对于知识体系的连贯性以及一些重难点而言，还是需要进行板书教学，这样讲解起来，学生可以很清晰地知道教师的讲解思路，对于问题的理解也就更透彻。为此我们采用的教学手段为多媒体教学+板书。在使用课件教学时，教师一定要随时掌握学生的学习情况和信息反馈，根据所反映出的问题及时地给予解惑并及时调整授课方式和内容。
（2）网络辅助教学。为了便于学生课后加强对本课程的学习，拓宽学生的知识面，我们利用网络辅助教学，网络教学具有师生互动的优势，体现以人为本自主学习的特点，可以突破时空界限，延伸课堂空间。使用E-mail或QQ聊天等方式可以实现教师与学生之间的一对一的交流，当学生遇到疑难问题时可以通过发送邮件向教师请教，教师收到后可以分别做出回信解答。同时，为了让学生们感到这门课程的重要性，课后给学生布置一些与时事相关的网络作业，比如：“2008年竣工的鸟巢所用材料的牌号、性能和热处理工艺是什么？”推荐他们去中国材料网、中国模具论坛、热处理论坛等网络查找答案，然后在课堂上向全班同学汇报，这样既巩固了课堂上所讲的理论知识，拓展了学生的学习视野，又锻炼了学生的表达能力。从教学效果来看，网络教学作为教学的补充，不仅可以优化教学模式，而且促进学生自主学习能力的提高。
5考试方法的改革
课程考核是课程教学的重要组成部分，学生可以通过考试，对学期所学课程进行系统的、综合的复习；教师也可以通过考试了解学生的学习情况，检查自己的教学效果。传统的闭卷考试为了兼顾知识点的全面性，会出现许多记忆性考点，使一些学生平时不用功，期末进行突击，大量背诵应付考试。为了达到教学目标要求，培养学生综合运用概念、原理分析和解决问题的能力，我们将期末一次终结性考核成绩评定方式改革为：平时成绩（占50％）＋闭卷期末考试（占50％）的考核方式。平时成绩是对学生平时学习状态的评价，包括课后作业（占总成绩的10％）、课堂提问回答（占总成绩的10％）、网络作业（占总成绩的10％）、实验（占总成绩的20％）。课后作业是根据本课程概念术语多、内容涉及面广、理论抽象等特点，要求学生经常进行训练，才能加深理解和记忆。课堂提问回答主要是了解学生对理论知识的掌握情况和锻炼学生的应变能力。网络作业主要培养学生网上查阅资料、总结和表达的能力。实验是考查学生的动手操作能力。期末考试主要考查学生的临场应变能力以及对基本知识的掌握、熟练和理解的程度，考试内容要充分体现教学大纲的基本要求。考核方式的改变调动了学生的学习积极性，促进了学生对知识的综合应用能力、分析与创新能力的发展。
6结语
课程改革是一项系统工程，环环相连，环环紧扣，不可只改其中一项，而忽略其余。我们学校《机械工程材料及热处理》课程的教学改革从2007级学生开始，通过几年的教学实践，解决了课堂上死气沉沉、学生不愿意上课的重大难题，使学生对本课程的学习由被动变主动，既掌握了本课程的基本理论知识，还培养了应用知识、分析问题和解决问题的能力，取得了良好的教学效果。作为教师，我们应不断总结教学经验、相互学习和交流，深入实践，了解本学科的前沿知识和新的生产动向，与时俱进，不断探索新的教学模式，为社会培养出更多的高素质技术应用性人才。
1.机械工业发展与节能和污染防治的形势
机械工业对我国国民经济的发展和国防力量的增长起着重要作用，占有重要地位。然而，我国机械工业能耗高、资源消费大、污染环境严重、劳动保护薄弱和环境治理差，我国环境污染的70%是由工业生产造成的，而工业污染物中的大部分是由各种工艺装备或各类机电产品在生产运行中产生的。机械工业不仅是耗能耗材的大户，而且也是排污的主要行业之一。机械工业污染防治面临的形势十分严峻，机械制造过程，特别是热加工过程，总体来说是资源消费密集型行业，从整体上看，粗放型的经济增长方式尚未根本转变，“高消耗、高排放、低效率”的问题仍十分突出。
2.热处理生产的现状及其污染类型
目前，全国各类热处理专业厂、热处理设备制造厂、热处理工艺材料生产厂以及主机厂的热处理分厂、车间近15000家。热处理生产过程包含加热、冷却及热处理后的工件清理等多道工序，在这些工序的生产过程中排出的废气、废水、废渣、粉尘、噪声和电磁辐射使作业场所和周围环境、大气、水质等产生污染。噪声污染主要来自设备的运行，油和煤气的燃烧器、气动设备、压缩机和机械式真空泵、车间局部抽风的大风量风机、中频发电机、喷砂机、喷丸机；电磁污染主要来自感应热处理及电源设备的运行。这两种污染因污染范围小，治理相对容易。对噪声污染可采用一些低噪音设备及隔音防护；而对电磁污染可以采用电磁屏蔽降低对人员和环境的污染。热处理过程对环境影响最大污染是空气和水的污染。对空气的污染物有：燃料燃烧产生的烟尘、CO2、CO、SO2、NO2及保温材料挥发所产生的粉尘等，特别是煤、重油等一次能源的燃烧过程；淬火介质挥发所产生的CmHn、CO和烟尘等；盐浴热处理过程盐蒸发所产生的NaCl、BaCl2、NaCN、KCN等；气体表面渗碳、渗氮等过程所产生的CO2、CO、NH3、HCN等；喷砂、清洗过程中清洗液的挥发及喷砂形成的粉尘等。对水的污染主要有：淬火废油中金属氧化物以及工件淬火时从盐中带出的BaCl2、HCN等；水基淬火介质中有机物；清洗液中化学物；盐渣和废盐中NaCl、BaCl2、CN-1等；发黑、发蓝或磷化的废液体等。
3.国内外热处理节能环保现状的比较
3.1科技政策及科研组织
美国能源部2004年公布了“美国2004年热处理技术路线图修订稿”。为实现路线图目标和完成众多的重点研发项目，美国金属学会热处理学会采取了成立热处理技术研发中心，鼓励和组织全行业企业参与研发两项措施，建立“热处理高新技术中心”和“热加工技术中心”。其中热处理高新技术中心由国家能源部和其他方面提供研究资金。主要研究如何降低能耗，减少污染，减少废品和返修品，控制生产成本以及全面促进热处理行业繁荣。我国还未组建类似于美国的“热处理高新技术中心”和“热加工技术中心”这样专业化的机构来鼓励和组织全行业的企业共同参与和研发。并且，科技部和国家发改委也没有设立相关的专项基金用于支持高效、精密、节能、节材的绿色制造技术的开发和应用。
3.2生产专业化及规模化
由于历史原因，我国的热处理厂都属于大而全、小而全、不协作、封闭型企业。在一个工厂里面均设置了铸、锻、电镀、热处理、模具制造、供热采暖、运输等共用性极强的车间、工段或班组。因任务量不足、生产效率低下、设备的利用率极低造成能耗、物耗、污染增大。以中美两国热处理状况对比为例，我国的专业化热处理厂只有美国的2.86%，生产效率仅为美国的3.75%，设备利用率仅为30%，电耗却比美国高40%。
3.3热处理工艺装备
“十一五”期间随着航空、国防工业的技改和新型民营企业的兴起，热处理生产设备有了一定程度的更新，但从总体来说，热处理行业的工艺装备仍属落后，能源利用率低、浪费现象严重。应通过加大技术改造的力度来挖掘节能的潜力。先进设备的制造落后于需求，工艺材料和辅助材料质量不高、品种不全。
4.建议及措施
4.1加速中国热处理路线图的制定及组织实施
以中国热处理学会和协会为中心，强化学会和协会在热处理行业中的基础研究和先进技术应用的引领作用，在“十二五”及其远景规划设想的基础上，建议尽快建立中国的热处理路线图计划。并以中国热处理学会和协会为中心，组织国内相关研究、生产和应用单位，成立相应的研究技术中心和应用示范中心，争取在国家发改委、科技部等相关国家科技攻关、支撑计划中加大对高效、精密、节能、节材的绿色制造技术的支持，加大投入力度，设立相关基金专门用于支持高效、精密、节能、节材的绿色制造技术的开发，使中国热处理路线图的制定及组织实施落到实处。
4.2加速清洁、节能、精密、高效的热处理新技术推广应用及装备的研发
4.2.1真空热处理技术
真空加热是将工件置于正常大气压以下的负压空间的加热方法。热处理加热用的最高真空度一般不超过10-5Pa。真空加热不仅能防止工件的氧化和脱碳，而且具有脱脂、脱气、净化表面和变形少的特点。
4.2.2离子渗氮和离子渗碳技术
离子渗氮和离子渗碳是将置于低压容器内的工件在辉光放电的作用下，带电粒子轰击工件表面，使其温度升高，实现所需原子渗入表层的化学热处理方法。
4.2.3感应加热热处理技术
感应加热是利用电磁感应的原理，使工件表面产生涡流而被加热。其特点是加热速度快、易控制、工件表面氧化和脱碳少、节约能源、污染少。
4.2.4激光束、电子束、离子束表面技术与表面改性技术
(表面淬火、重熔、涂层)是利用高能束对工件的表面快速加热作用实现工件表面热处理，不产生烟尘等污染，属清洁热处理技术。
4.2.5金属镀层技术
刷镀技术、热喷镀技术、离子镀渗技术是清洁的表面强化技术。
4.2.6淬火冷却装备技术
以气淬、水淬、水雾冷却技术替代油、聚合物淬火液等淬火。在该方面研究上，上海交通大学潘健生院士、陈乃录教授等开发的淬火冷却系统具有良好的示范作用。该技术采用水-空冷却方式，可以实现截面厚度600~900mm的塑料模具钢锻件的截面硬度差小于3~5HRC。
4.3加速热处理生产的规模化
规模出效益，要彻底解决材料成形加工企业的污染、能耗问题，就应该转换厂家各自解决的观念，变为区域内集中处理。铸造、热处理、电镀行业都有同类性质问题。建议在有条件地区建立铸造、热处理、电镀工业园区，通过合理规划、合理选址，将厂点(特殊产品的配套加工除外)集中在工业园区生产，集中管理、集中治污，从根本上解决不达标排放、偷排等现象。
4.4加强法律法规建设及执法力度
加大《环保法》、《清洁生产促进法》等法律、法规的宣传和执法力度，理顺管理体制，加强污染防治工作的全面和全过程的管理；完善法律、法规和行业标准，并加强宣传和执法力度；将污染防治工作纳入地方各级政府部门工作考核的重点；充分发挥协会、学会的桥梁和扭带作用，调动广大科技人员的积极性和创造性，组织力量加强进行污染源的治理和环保新技术的科研和推广。
摘要:在反应釜内热处理塑料废弃物制备有价值的碳基材料，是废弃塑料回收利用的有效方法之一。本文介绍利用废弃塑料作为碳源在反应釜内制备各种类型的碳基材料的方法和反应原理以及在环境工程专业课程设计中的重要意义。热处理废弃塑料法初步实现环境工程专业本科生对废弃塑料资源化利用的认识与理论课程的有效结合，培养学生的创新能力。
关键词:塑料废弃物;碳基材料;环境工程
固体废弃物处理与处置作为多学科交叉的综合性研究方向，涉及生活垃圾、工业固体废物、农业废物和危险废物的处理处置与资源化、管理体系建立以及相关法规标准制定等多个研究领域［1］。该学科包括对固体废物进行管理和污染控制的处理处置技术以及对固体废物作为可再生资源进行利用的各类资源化技术［2］。课程设计是指在学校教育环境中，使学生获得的、促进其迁移的、进而促使学生全面发展的教学方案，突破了以往只注重知识、经验积累的局限，把积累、迁移、促进学生发展等多方面因素作为指标。江苏理工学院固体废物处理与处置课程设计就是根据环境工程专业特点所开展的实践教学课程。本课程对学生根据社会生活中提出的问题、分析问题、解决问题等综合能力的培养有着重要的意义，也是增强学生对本专业知识的巩固和应用的重要途径。塑料废弃物是指日常生活生产中产生污染环境的废弃塑料制品。塑料废弃物的种类较多，常见的有废弃的塑料包装、农用塑料制品如棚膜等，已经成为城市生活垃圾的主要组成部分之一，占城市固体废弃物的15%20%［3］。对废弃塑料的回收利用，既可以保护地球环境，还可以实现资源再利用，节约能源。本论文主要介绍反应釜的特点、废弃塑料在反应釜内热处理的原理及废弃塑料资源化利用，阐述反应釜内热处理废弃塑料在固体废弃物处理与处置课程设计中的重要意义。
1反应釜热处理废弃塑料的特点及其资源化利用的原理
1.1反应釜的特点
不锈钢反应釜是热处理废弃塑料的基本设备，它是由一个完全由不锈钢组成的密闭的反应空间，能够耐800℃以下的反应温度和1000个大气压的高压，可以满足一些难合成材料以及亚稳态材料特殊的合成条件。不锈钢反应在热处理废弃塑料过程中有以下特点:一是反应在一个密闭的条件下进行，反应物不会溢出，得到的产物在一个密闭的空间内冷却至室温可以防止氧化。二是在反应过程中可以形成高压的体系有利于亚稳态新材料的发现。三是反应釜可以在较高的温度和压力下进行，反应过程中产生的热量集中在反应釜内有利于在较低的温度下实现产物的形成和结晶同步完成，从而有利于减少能耗。四是反应过程中无需任何保护气体，操作简单，安全性较好。
1.2热处理废弃塑料制备碳基材料实现资源化利用的基本原理
将废弃塑料和其它原料加入到反应釜内，通过电炉对反应釜进行加热，使反应釜内的废弃塑料通过热处理形成碳原子与其它原料一起发生新的化学反应形成新的碳基材料。
1.3合成碳基材料的举例
在反应釜内热处理废弃塑料可以制备不同的碳基材料，主要包括以下部分:1.3.1不同形貌的碳纳米材料在反应釜内550℃利用氢氧化钙作为脱氟剂水热处理废弃聚四氟乙烯可以制备得到直径为140200nm的非晶碳球，如图1所示［4］。1.3.2碳复合材料在反应釜内利用废弃聚丙烯、二茂铁和叠氮化钠反应制备了铁/碳纳米管复合材料，如图2所示［5］。1.3.3碳化物纳米材料利用硫粉作为诱发剂，以硅粉作为硅源，废弃聚乙烯作为碳源与金属钠和镁在反应釜内发生还原反应制备了碳化硅纳米材料，如图3所示［6］。以过渡金属氧化物(二氧化钛、五氧化二钒、五氯化二铌和三氧化钼)作为金属源，废弃聚四氟乙烯为碳源与金属钠在反应釜内发生共还原反应制备过渡金属碳化物(立方相碳化钛、碳化钒、碳化铌和六方相的碳化钼)，如图4所示［7］。
2反应釜内热处理废弃塑料在固体废弃物处
理与处置课程设计中的重要意义江苏理工学院环境工程专业开展的固体废弃物处理与处置专业课程设计所使用的反应釜内热处理废弃塑料是固体废弃塑料资源化利用的方法之一。通过设计实验方案，在反应釜内回收塑料废弃物制备有价值的碳基材料。通过设计不同的实验方案，可以实现塑料废弃物的资源化利用，制备不同类型的碳基材料如不同形貌的碳材料、碳化硅半导体材料以及过渡金属碳化物材料。了解不同类型的废弃塑料在反应釜内热解规律以及转化机理。固体废弃物处理与处置专业课程设计这门实践课程能够提高学生的动手能力，并且把已经掌握的理论知识在实践课程中得到应用，使学生的理论知识得到进一步巩固和丰富。随着生活水平的提高，高分子塑料用品需求量猛增，然而塑料用品的使用周期较短，同时由于这些高分子塑料用品在自然界中降解周期非常长，已经成为城市主要固体垃圾的之一。对废弃塑料的资源化利用可以保护环境还可以节约资源，实现可持续发展。通过固体废弃物处理与处置课程设计使学生对固体废弃物对环境的危害有进一步了解，同时使学生从理论和实际的联系中去更好地理解和掌握学习的内容，引导学生运用所学的知识分析和解决实际生活中的问题，从而可以提高学生的创新精神、创新能力和实践能力，为社会培养创新性人才。
3结语
通过设计合理的实验方案，利用反应釜内热处理废弃塑料可以把废弃塑料转变各种有价值的碳基材料，对环境保护和固体废弃物的资源化利用有着重要的意义，以上是江苏理工学院开展固体废弃物处理与处置课程设计课程的主要原因，教学实践证明，在反应釜通过对固体废弃塑料物进行处理可以制备得到有价值的碳基材料，可以提高本科生对固体废弃物的资源化利用的认识与理论课程的有效结合，提高学生的创新思维意识，培养学生的创新能力，培养高素质的创新人才。
作者：王良彪 后明兰 程庆霖 路娟娟 秦恒飞 刘维桥 周全法 单位：江苏理工学院化学与环境工程学院 江苏理工学院社会科学处
摘要：针对薄壁环锻件热处理过程中易发生变形问题，设计了组合式的防变形模具，热处理前将锻件放入模具，并置于热处理框中，有效解决锻件热处理变形的难题。实践证明，该组合模具不仅能够防止薄壁环锻件热处理变形，还能用于一定尺寸范围的薄壁环锻件生产。模具适用性好、结构简单、使用方便，可为类似锻件的预防热处理变形提供参考。
关键词：薄壁环锻件；热处理；变形；模具设计；应力
引言
轧制成形的薄壁环锻件，热处理过程中，由于材料发生相变、内应力释放等原因，热处理后锻件容易发生变形[1]。图1所示为薄壁环锻件结构，材料为GH141，内径ϕ1567mm，壁厚50mm，高度200mm，环锻件圆柱度为2mm。环锻件热处理后发生变形，不能满足圆柱度2mm要求。设计一副组合式的防变形模具，预防锻件热处理后变形，适用于内径ϕ1200～ϕ1900mm的环锻件生产。
1模具的工作环境与使用要求
轧制成形的模具需与制件同炉加热，且因生产的需求模具需反复加热使用[2]；模具加热冷却时会图1薄壁环锻件结构发生热胀冷缩现象，故成形薄壁环锻件的模具结构必须保证模具在加热冷却时不发生松动，保证锻件的成形质量[3]。不同锻件的尺寸不同，所需的模具也不一样，如果针对不同尺寸锻件都设计专用的模具，会给模具的库存和制造成本带来巨大压力；设计通用的模具，适应不同尺寸锻件的生产需求，经济效益明显提高。
2模具设计要点
2.1材料选择
模具材料的选择需根据锻件热处理及加热温度确定；材料选择参考GB/T8492标准，按照薄壁环锻件特点，需选择可在1200℃以上工作的模具材料，为保证模具工作过程中所有零件的热胀冷缩一致，所有模具零件采用同种材料制造。
2.2支架与固紧方式结构设计
模具工作时，模具与锻件同时放在热处理框中，由料框支撑锻件与模具进行加工生产。锻件成形过程中，加热冷却时会发生热胀冷缩现象，为保证模具紧固的稳定可靠，支撑的悬臂、紧固的楔子采用同种材料制造，并且紧固零件需保证在多次反复加热冷却、表面发生氧化后仍能正常使用[4，5]。根据薄壁环锻件的结构特点，模具结构设计如图2所示，模具的支架1加工成环状，将支撑制件的悬臂2用楔子3固定于支架1上，悬臂2与制件4用燕尾槽连接，调整悬臂2的位置即可获得特定尺寸的模具。悬臂2与制件4的支撑接触可采用线接触；为保证锻件的圆柱度，避免多边形产生，模具采用6~8根悬臂。生产时，先将模具的悬臂调整至锻件内径尺寸，然后将锻件置于热处理框中，再将模具置于锻件内，最后将锻件、模具与热处理框同时放入热处理炉中进行热处理；锻件受热时因热胀冷缩变形，此时悬臂受径向力的作用，而由于楔子的紧固作用，悬臂保持原状，达到防止锻件变形的目的。楔子的紧固方向应与悬臂受力方向相同，模具工作状态如图3所示。
2.3支架与悬臂尺寸设计
支架和悬臂是预防模具变形的重要组成部分，其尺寸根据锻件尺寸而定，经分析，需使用模具防止热处理变形的锻件尺寸直径在ϕ500~ϕ1800mm，而直径在ϕ1200~ϕ1800mm的锻件数量较多，因此针对直径为ϕ1200mm~ϕ1900mm的锻件设计相应的组合预防模具变形。支架直径为ϕ1000mm的结构如图4所示。考虑紧固的需要，支架壁厚取50mm；锻件的高度在50~200mm，支架高度设计为200mm。虽然热处理变形对悬臂产生的力不能计算，但支架壁厚为50mm大于需热处理的锻件的壁厚，可以保证支架不会因受制件变形力而变形。支撑悬臂的位置需根据锻件的尺寸进行调整，其长度受支架尺寸的限制。如图5所示，为保证锻件的正常生产，悬臂长度取500mm，厚度取40mm。悬臂的支撑部分设计为弧形，与锻件为线接触。对内径不规则的锻件，悬臂支撑部分与锻件可设置为点接触，但应保证紧固稳定，否则应设计专用悬臂进行生产。2.4模具零件热处理要求模具零件用铸造方法制造而成，并按GB/T8492推荐的退火温度退火后使用；用锻造方法制造的模具零件按GB/T1221推荐的热处理工艺处理后使用。
3结束语
采用薄壁环锻件预防热处理变形模具生产的锻件有效解决锻件热处理过程中的变形问题。实践证明，该组合式模具不仅能够防止薄壁环锻件热处理变形，还能用于一定尺寸范围的薄壁环锻件生产。该模具适用性好、结构简单、使用方便，可为类似锻件的预防热处理变形提供参考。
摘要：文章介绍了紧固件用TB8棒材的生产流程，研究了热处理制度对TB8棒材力学性能的影响。结果表明棒材在750℃～830℃保温0.5h～2h，抗拉强度为800MPa～1000MPa，剪切强度大于570MPa；随后因时效温度的变化，分别可得到1100MPa、1200MPa、1300MPa不同强度级别的棒材。
关键词：紧固件；TB8钛合金；力学性能
TB8钛合金属亚稳定β钛合金，名义成分Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si，国外对应牌号为Beta-21S（UNSNumberR58210）。该合金具有优良的比强度、焊接性能、抗蠕变性能、高温抗氧化性能和耐腐蚀性能，同时经热处理可获得高强度。TB8钛合金可以在固溶状态和固溶时效状态下使用，固溶状态的使用温度为200℃，固溶后冷成型状态的使用温度为150℃，固溶时效状态的最高使用温度为550℃[1]。由于优异的综合性能，TB8钛合金已成为理想的航空航天紧固件用材料[2，3]，并拟纳入GJB2219《紧固件用钛合金棒（线）材规范》修订版中。规范中固溶制度为（780～810）℃保温（0.5～2）h，空冷；时效制度为（520～560）℃保温（8～12）h，空冷。文章通过研究热处理工艺对TB8紧固件用棒材力学性能的影响，为今后该合金的工业化制备及应用提供参考数据。
1棒材制备
由于TB8钛合金含有较多的Mo、Nb等β稳定元素，铸锭采用3次真空自耗电弧炉熔炼制备，铸锭规格为直径φ580mm，化学成分见表1。铸锭在β相区经多火次锻造后，制备为直径φ150mm、组织均匀的棒材坯料，并进行了表面机加工处理。采用金相法对TB8相变点进行测定，结果为810～815℃。随后成品棒材制备并未采用传统的精锻后轧制工艺，而是采用了效率更高的高速连轧工艺。分2次将φ150轧制为直径10mm的棒材，单只棒材重量约为25kg。
2热处理结果及分析
2.1固溶制度及力学性能
对制备的φ10mm棒材，截取试样后在780℃～850℃分别进行7组试样的固溶处理，温度间隔为10℃。因棒材规格小，固溶时间均采用0.5小时，冷却方式采用空冷。同时在相变点上及相变点下，分别选取800℃及830℃两个温度，固溶时间从0.5h～1.5h做了固溶试验，固溶时间间隔为0.5h。固溶处理的具体制度及性能见表2。
2.2时效制度及力学性能
选用800℃/0.5h.AC作为固溶制度，时效温度在460℃～620℃，时效时间为8.5h，进行了9组时效处理，时效温度间隔为10℃。同时在固溶及时效温度不变的前提下，对时效时间从6～12分别进行了时效处理，时间间隔为1小时。固溶处理的具体制度及性能见表3。
2.3热处理与力学性能的分析
由表2可以看出，连轧工艺生产的TB8棒材，在相转变点以上40℃范围内固溶，因固溶时间短，温度范围小，因此晶粒尺寸相对稳定，固溶温度对棒材的力学性能影响很小；在相转变点以下30℃范围内固溶，随着固溶温度降低，棒材强度有下降趋势，塑性逐渐上升，在此温度区间内力学性能并不会有显著变化。同时在相变点附件的温度区间内延长固溶时间，对于力学性能并不会显著变化。因此在工业化生产中，小规格棒材可适当减少固溶时间，有利于经济型。后期试验证明经800℃/0.5h.AC固溶处理的棒材试样，晶粒度评级为7级，剪切强度为620MPa；冷顶锻工艺中，锻后高度与锻前高度之比为1：3时，棒材表面无裂纹。完全满足航空紧固件用棒材的要求。由表3可知，时效温度对棒材力学性能影响显著，随着时效温度的降低，强度增加，塑性降低；但延长时效时间并不能对力学性能产生显著影响。通过调整时效温度，可以获得不同强度级别的棒材。
3结束语
（1）TB8钛合金固溶温度控制在相变点附近40℃内，强度和塑性可得到较好的匹配，强度Rm≥820，延伸率A≥15%，断面收缩率Z≥15%，且随着固溶的时间延长，强度及塑性不会有显著变化。（2）时效温度对TB8钛合金的抗拉强度影响显著，在（620-480）℃随着时效温度降低，强度提高，塑性降低。（3）对于连轧工艺生产的TB8钛合金紧固件用棒材，通过热处理可得到强度级别为1300MPa、1200MPa和1100MP的棒材。
作者：胡志杰 冯军宁 马忠贤 王田 单位：宝钛集团有限公司
【摘要】随着我国经济发展水平的不断提高，工业生产技术在不断完善与发展，其中，铝合金是工程应用中最多的，与其他金属相比，其应用过程中的优势较多，在航空、汽车、建筑等领域中应用广泛。但当前的Al-Si合金力学性能在不断退化，强度与韧性也大不如以前。本文将对热处理工艺对铝合金性能的影响进行分析，通过分析与检测力学性能，能够找到最优的热处理方法。
【关键词】热处理工艺；铝合金性能；工业生产
1实验材料、设备以及实验方法
1.1实验材料本次实验使用的材料为ZLG01铝合金，其中添加了适量的铜与铈，所占比例分别为4%与0.5%。中间合金型号为Al-Cu30与Al-ce6。其中，通过自熔获取的是Al-ce6，使用六氯乙烷作为变质剂。1.2试样制备先将铝合金添加其中，在ZLG01铝合金达到溶解状态以后，添加适量Al-Cu与Al-ce合金，作为中间合金，将温度调至680℃，稳定12分钟左右以后将各种物质搅拌均匀，在保温10分钟以后将其拿出放置到金属模具中冷却，达到冷却标准以后，将试样取出。1.3固溶处理与时效分析在铝合金性能分析当中，热工艺处理制度如下表1、2所示：
2实验结果分析
2.1固溶温度与时效温度对铝合金力学性能的影响：为了更直观表现固溶温度与时效温度对铝合金性能的影响，选择3种不同的固溶温度，并对这三种温度下铝合金的强度与硬度进行比较。下图A、B、C分别表示三组固溶温度与时效温度变化趋势。通过上图可以看出，当固溶温度达到540℃时，大部分的时效性温度都已经达到20℃与500℃。表示，经过高温固溶处理后，铝合金的强度与硬度都相比固溶处理时的强度与硬度高。为使固溶温度提升，可以对原子的扩散速度进行调整，进而将铝合金元素全部渗透到基体内，在达到冷却指标以后，基体将出现饱和，析出大量的强化相，此时的强化效水平明显提升，伴随着固溶温度的增大，铝合金抗拉强度与硬度均得到增强。但是当处于相同的固溶温度状态下时，时效温度的差异将对不同铝合金试样的抗拉强度产生影响。当处于500℃的固溶温度时，铝合金试样抗拉强度与硬度将随着温度升高而增强，在175℃时达到最大值。当温度达到200℃时，粗粒子析出较多，并且强度增加，也使铝合金的硬度相应增加[1]。温度为150℃时，粒子析出明显减少，造成了位错阻碍的减弱，致使铝合金的强度与硬度下降。时效性温度提升，合金硬度又有所提升，达到200℃时也不会出现硬度下降。这是因为此时有非常多的合金要素已经渗透到了集体内，只有更高的温度才能将其析出，而200摄氏度显然不符合最高温度要求。由上图C可知，在500℃的固溶状态下，温度的升高能够使冲击韧性出现缓慢下降趋势，但随后又马上恢复到上升的状态。这是因为试样当时正处于比较低的时效状态温度，元素析出量相对较少，并使错位运动阻碍减少，具有显著的塑性效果与抗冲击韧性。当温度为175℃时，有大量的粗粒子开始析出，并处于分散状态，错位运动阻力也增大，促使铝合金的强度与硬度增强，但韧性却在降低；当处于200℃开始析出粗相粒子时，位错运动效果明显增强，这时，铝合金试样的韧性得到提升；当固溶温度处于520℃与540摄氏度时，韧性开始出现下降趋势。[2]这时因为，此时的合金元素在基体当中遇到高温出现析出，造成合金强度增大，而韧性降低的情况。
3结语
在保温时间不变的情况下，固液处理温度越高，铝合金元素就越多，会使固溶饱和度增大，还能够伴随着时效性温度的增加，析出的第二相明显增多，抗拉强度增强，冲击韧性减弱。当固溶温度为520℃，固溶时间3小时，时效温度175℃时为最佳的合金热处理工艺方案。
作者：何奇 单位：陕西理工学院
0引言
在设计过程中压力容器会存在一些不可避免的问题：过度的冷加工工艺如冷矫形、冷卷等导致压力容器冷作硬化。焊接导致压力容器焊缝区性能和组织。焊接产生的残余应力及相关应力导致腐蚀裂纹。
1压力容器设计过程中的问题
在设计过程中压力容器会存在一些不可避免的问题：过度的冷加工工艺如冷矫形、冷卷等导致压力容器冷作硬化。焊接导致压力容器焊缝区性能和组织。焊接产生的残余应力及相关应力导致腐蚀裂纹。压力容器在焊接工序中，由于焊接件在相邻区域易造成急剧温度梯度，引起铁素体钢或类似材料内不均匀的塑性应变，导致材料的屈服应力在随后的冷却工序中超过屈服点的残余应力。此外，上述残余应变既有热力工序的原因（主要是焊接工序产生的）也有机械工序产生的（主要是冷矫形、冷卷等冷加工）。也就是说，在压力容器设计加工的最后产品里面存在残余的弹性应变场，并需要承受其带来的弹性残余应力。而这些残余应力会极大的影响产品的使用性能。
2压力容器的热处理种类介绍
热处理作为恢复和改善金属性能的有效办法，目前的分类很多，分类也较不统一。压力容器的热处理主要有四种：改善钢材性能的热处理，焊后热处理，恢复钢材性能的热处理，焊后的消氢处理。本文主要针对焊后热处理，这是在压力容器设计中应用最为广的一种处理方法来进行分析讨论。
3压力容器设计中的焊后热处理
3.1PWHT的目的
压力容器设计PWHT的目的主要有以下五个方面：（1）降低焊接工序产生的参与应力；（2）稳定钢材的尺寸和形状，减少钢材畸变，使压力容器保持稳定；（3）改善钢材和焊接区的性能，如，提高焊缝处材料的塑性；降低焊缝热影响区的硬度；提高钢材的断裂韧性；改善钢材的疲劳强度；提高冷成型工序中钢材降低的屈服强度；（4）提高钢材抗应力、抗腐蚀的能力；（5）排出焊接区域的氢或其它有害气体，防治产生裂纹。
3.2PWHT的必要性
压力容器有无进行PWHT的必要，需要在设计上进行明确规定，目前压力容器的相关设计规范要求必须进行PWHT。经上文分析可知，焊接过的压力容器，在压力容器设计加工的最后产品里面存在残余的弹性应变场，即其带来的残余应力。一旦焊缝中进入氢，氢会与这些残余应力相结合，导致焊缝的热影响区脆化，产生延迟裂纹和冷裂纹。此外，若压力容器内的残余静应力与钢材的腐蚀效果结合时，还会产生裂纹状腐蚀，也就是应力腐蚀。压力容器是否要PWHT，需从钢材的尺寸、用途、工作条件、所用材料的性能等多方面进行综合考虑来决定。但是若有以下6项所列情形的，均应考虑PWHT：（1）压力容器的使用条件较为苛刻；（2）压力容器厚度超过常规的焊制压力容器；（3）压力容器对尺寸及稳定性要求较为苛刻；（4）压力容器需要由淬硬倾向高的钢材制造；（5）压力容器有裂纹状腐蚀危险；（6）其它有专门规定的压力容器。在焊接钢材料的压力容器时，靠近焊缝的区域容易达到屈服应力，这种残余应力与奥氏体组织的转变有关。根据相关研究表明，想要消除焊接后产生的残余应力，需要采用的回火温度是650℃。随着钢的温度变高，屈服强度会降低，钢材的弹性形变转变为塑性形变，实现应力松弛。而且加热的温度越高，钢材的残余应力消除的越多。但由于温度过高时钢材表面会出现氧化，并且PWHT温度原则上不能高于钢材原来的回火温度，因此一般设定PWHT温度为比原回火温的温度低30℃，这一点尤为重要。
3.3消氢处理
焊接后的消氢处理，指的是在完成焊接后，在焊缝区域钢材冷却至100℃之前，所做的低温热处理，一般规定消氢处理的温度为200-350℃，并保持温度2-6个小时。焊接后的消氢处理目的是为了加快排除焊缝及热影响区中的氢或其它有害气体。消氢处理对于预防低合金钢在之前焊接工序中产生焊接裂纹的效果极好。
3.4消应力处理
经上文分析可知，在焊接工序中，由于不均匀的冷却和加热，以及钢材自身的拘束，在焊接工序后，钢材内部中会存在焊接应力。焊接应力会极大降低焊接区域的承载能力，造成塑性变形，如果再严重点还可能破坏压力容器的整体结构。消应力热处理，指的是将完成焊接的压力容器置于高温中，降低其屈服强度，以此消除焊接应力。通常有两种方法：（1）将整个压力容器高温回火，即把压力容器整个放到加热炉内，均匀加热到指定温度并保持适当时间后进行冷却处理。这种方法可以降低80％～90％的应力；（2）将局部压力容器进行高温回火，即只对压力容器的焊缝区域进行高温加热后，进行缓慢的冷却处理，降低压力容器焊接处应力峰值，平缓应力分布。
3.5PWHT综合效果的考虑
在通常情况下，PWHT是在需要降低残余应力，并严格限定压力容器的应力腐蚀情况下才会进行。因为，从钢材的冲击韧性实验结果发现，PWHT会降低熔敷金属焊接区域的韧性，有时PWHT还会导致焊接区域晶间开裂。此外，由于PWHT最主要是通过高温降低材料强度来消除应力的，因此在PWHT时，钢材有可能因高温而失去刚性。对于采取PWHT的压力容器，在进行热处理前，要考虑好该钢材在高温下的性能。
4结束语
压力容器PWHT虽然能耗较大，所用时间长，但目前在压力容器设计中它是唯一一个被各方都认同的消除焊接处残余应力的方法。当然，压力容器PWHT也不是完美的，在考虑是否对压力容器进行热处理时，要综合比较它的有利与不利两个方面，分析制造压力容器的钢材是否能承受长时间的高温而不降低其性能，分析所耗能量与时间是否与消除残余应力所得收益成正比，应选用哪种热处理方法等，待详细分析后，再做出合理决定。
作者：董海涛 杨健 单位：江苏中圣高科技产业有限公司 南京三方化工设备监理有限公司
随着我国建筑行业的飞速发展，对铝合金型材的需求越来越大。但目前我国铝合金型材的质量不是很高，例如铝合金力学性能难以达到高的承载要求，因此在成分控制和热处理工艺上有待进一步改善［1］。对于6XXX系合金，主要通过固溶和时效强化效果，同时控制再结晶组织特别是晶粒形态和织构来实现板材性能的各向同性［2］。再结晶形成的最终组织取决于再结晶之前板材组织中第二相粒子的大小、分布以及亚结构。控制热处理工艺过程，合金相的析出可显著改善合金的再结晶行为和结晶织构。目前6061铝合金多采用人工时效热处理［3］，此工艺可获得较高的强度，但塑性不佳，因此有必要对其热处理工艺进行改进以提高塑性。本文通过研究固溶、时效热处理后6061合金的显微组织、相结构、显微硬度、冲击性能等，探讨固溶、时效处理对6061铝合金组织与性能的影响。
1试验材料及方法
本试验所采用的材料为6061-T6铝合金，其名义化学成分见表1。用线切割法将6061铝合金板材切割成60mm×20mm×6mm的试样，将其放入10kW的SX-10-12型箱式电阻炉内，按表2所拟定的工艺方案进行热处理。然后分别从不同热处理后铝合金上截取金相和冲击试样，进行组织观察、显微硬度测试及冲击试验。
2试验结果与分析
2．1显微组织
6061铝合金主要由α(Al)+β(Mg2Si)二相共晶体组成［4］。固溶处理可以得到过饱和α固溶体，由于抑制了β相的析出，因而能获得较好的塑性和可旋压性［5］，随后的时效使β相析出。图1为未经热处理以及仅固溶处理后的6061-T6铝合金显微组织。由图1(a)可以看出，未经热处理的6061铝合金组织为略微被拉长了的等轴晶粒，其灰色部分为α(Al)，黑色部分为α+Mg2Si共晶组织。由图1(b)可以看出，经过535℃×4h固溶处理后的6061合金显微组织中看不到第二相粒子，表明第二相已基本溶入固溶体中，同时晶粒形状与固溶处理前相比发生了变化，为较大尺寸的等轴晶粒。图2为不同固溶温度，相同时效工艺处理后的6061合金显微组织，从图2中看不出析出相颗粒的差异，但535℃固溶的基体相晶粒尺寸较均匀(图2(b))，而高温565℃固溶时合金组织中晶粒发生了一定程度的长大(图2(c))。图3为同一固溶条件下不同温度时效后合金的显微组织，从图3(b)可以看出，535℃×4h固溶+180℃×3h时效后的6061铝合金显微组织中析出相颗粒尺寸最小，随时效温度的升高，基体相发生一定程度的长大。
2．2硬度测试结果与分析
硬度测试采用HV0．1S-1000数显式显微硬度计，载荷砝码为100g，保压时间为10s。测得未经热处理、经535℃×4h固溶处理、经535℃×4h固溶+180℃×3h时效处理后的6061铝合金平均显微硬度分别为74．81、80．99、107．90HV0．1。相同时效条件，在不同固溶温度下保温一定时间;相同的固溶条件，在不同时效温度下保温一定时间，6061铝合金显微硬度变化趋势分别如图4(a)和(b)所示。由图4(a)的硬度变化趋势可知，随着固溶温度的升高，硬度先达到峰值而后降低。这是由于固溶温度升高，增加了铝合金中过饱和固溶体的浓度，从而提高固溶强化效果。但随固溶温度的继续升高，合金中晶粒尺寸发生了长大，从图2(b)、(c)可以看出，565℃固溶比535℃固溶时的晶粒尺寸要大些，所以硬度降低较明显。由图4(b)的硬度变化趋势可知:随着时效温度的升高，硬度先达到峰值而后降低，这是由于强化效果是先随析出相数量的增加而增加，当强度达到峰值后继续提高时效温度，晶粒会粗化并逐渐转变为β'相和β相，强化效果大大降低，合金的硬度也开始下降。
2．3冲击试验结果与分析
材料在冲击载荷作用下，位错在材料内部的运动受到强化相的阻碍，引起强化相周围的位错塞积以及应力集中，高速冲击载荷在使位错运动的同时，使晶体温度升高，致使材料的韧性改变［6］。经不同热处理的试样，测得的冲击吸收能量如表3所示。由其中数据可看出，经热处理试样的冲击吸收能量均比未热处理的试样的冲击吸收能量高很多，表明热处理能明显提高6061铝合金的冲击性能。对2号～7号试样的冲击吸收能量进行分析，可以发现，6061铝合金的冲击性能对其固溶温度和时效温度的敏感性不强。
2．4综合分析
6061铝合金主要由α(Al)+β(Mg2Si)二相共晶体组成。热处理后基体中含有粗大的α-AlFeMgMn相，还有一些含Cr和Mn的棒状相和亚微米级的Mg2Si平衡相。固溶处理时，Mg2Si固溶于基体中，但α-AlFeMgMn相和短棒状相保留下来，合金的硬度有所提高。固溶+时效处理后，硬度明显提高。在较低温度时效，由于原子活动能力相对较弱，过饱和固溶体Mg2Si脱溶速度较慢，所得到的硬度较低。随时效温度的升高，原子活动能力增强，Mg2Si脱溶速度加快，在时效硬化曲线上出现时效峰值［7］。在脱溶初期形成不稳定的结构，形成GP区的扩大［8］，不稳定结构消失，Mg2Si质点开始趋于规则排列，形成有序化富集区［9］，当形成θ过渡相时，硬度达到最大值，最后随着沉淀相Mg2Si聚集长大，硬度逐渐下降。关于固溶温度对显微组织的影响，开始随着固溶温度的升高，Mg2Si能够更充分地溶入铝合金基体，所以在535℃时的固溶程度要大于505℃。溶质原子对位错钉扎，增加位错运动的阻力，进而发生固溶强化。随后进行的时效处理，使溶质原子析出形成第二相，在位错绕过或切过第二相时，临界切应力增大，产生异相强化，导致6061铝合金硬度和韧性增加，当固溶温度为565℃时，铝合金晶粒长大倾向严重，进而导致其硬度和韧性降低。
3结论
1)固溶和时效处理均能明显提高6061铝合金的冲击韧性。2)同一时效条件下，该铝合金在不同固溶温度下保温，随固溶温度的增加，固溶度增大，硬度提高，但超过一定温度后，晶粒发生长大，硬度减小。同一固溶条件下，6061铝合金在不同时效温度下保温时间相同时，随时效温度的增加，合金硬度和冲击韧性均呈现先增大后减小趋势。3)该铝合金在固溶温度535℃，保温4h，水淬后，时效温度180℃，保温3h时获得的组织和性能较好。
作者：张德芬 谭盖 刘璐 杨阳 陈孝文 陈宇 单位：西南石油大学 重庆隆鑫压铸有限公司
