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1、武汉科技大学金属材料工程系学生实习报告实 习 类 别： 毕 业 实 习 专 业 班 级： 金属材料工程 班 姓 名： 学 号： 实 习 单 位： 武汉钢铁重工集团冶金重工有限公司实 习 时 间： 2 实习指导教师： 成 绩： 一、实习目的毕业实习是在我们即将毕业时进行的实习。大学四年我们学习了与本专业相关的基础课程如材料科学基础、钢的热处理、金属材料学等，通过这些专业课我们掌握了一定的生产技能，初步具备了一名材料工作者所具有的专业素质。为了将所学知识与实际相结合同时认识实际生产与理论知识的不同，在老师的安排下我们进行了此次实习活动。二、实习内容前往武汉冶金重工集团参观。1. 了解武汉冶金重工集
2、团。2. 认识周期作业炉并了解其生产流程，通过参观加深对热处理炉设计的掌握。3. 了解渗碳的基本原来和过程。4. 了解锻造设备和锻造流程。三、实习过程（1）企业简介武汉钢铁重工集团冶金重工有限公司（简称武冶重工, 其前身为武钢集团武汉冶金设备制造公司），是武钢发展非钢产业、实施机械装备制造业重组后组建的一家武钢全资子公司。武冶重工隶属武钢重工集团，注册资金5000万，厂区面积50万平方米，紧邻华中铁路枢钮武汉火车站，交通方便。武冶重工创建于1954年，曾为国家大型二类企业，是我国冶金机械行业的大型骨干企业之一，湖北省工业企业综合实力500强，中国建筑钢结构验收规范标准编制成员单位，国家金属结构
3、协会、焊接协会、起重机协会的成员单位（湖北省分会理事单位），具有国家钢铁工程设计乙级资格。公司有30余项产品，40余次获得湖北省、原冶金部和国家授予的科技进步奖和优质产品等荣誉称号，并以大型高炉、烧结鼓风环式冷却机、轧钢类工业炉等众多制造业绩，在国内享有盛誉。武冶重工下设四个事业部（冶金环保事业部、起重吊具事业部、钻头事业部、生产保障事业部），现有员工1100余人，其中工程技术人员100余人，高级工程师20余人，工人技师（高级技师）150余人。武冶重工1998年通过ISO9000质量体系认证，并取得制造和安装起重机资质、制造压力容器资质，拥有水工设备制造许可证，具有自营产品进出口资质。武冶重工
4、拥有加工设备1300多台（套），一些大型、精密、稀有的国外引进设备，担负着关键工序的加工。尤具实力的铆焊加工和配套齐全的机加工、锻造、热处理等工艺设备，不仅满足本行业的生产需要，还承担其它行业多种大型设备的制造任务，年加工制造机械设备能力2.5万吨。武冶重工主要从事大型金属钢结构（大型厂房、大型桥梁）的制作及安装；环冷机、高炉、热风炉、混铁炉、加热炉等冶炼设备的制作及安装；除尘设备、压力容器设备、水工设备的制作及安装；起重机及吊辅具的设计、制造及安装；矿用牙轮钻头的设计及制造；模锻件等工矿备件的制造。（2）热处理车间实习在热处理车间我们认识了产自美国HolcRoft公司的密封箱式周期炉周期作业
5、炉。热处理设备按作业方式分间歇式作业炉和连续式作业炉两大类。我们在实验室以及在武钢热处理车间所见到的都是周期作业炉，周期式炉一般为单一炉膛结构，将工件成批装炉后，在炉内固定位置上周期地完成加热保温等工序，出炉后再将另一批工件装入炉子的热处理炉。常用炉型有箱式炉、井式炉、台车炉、罩式炉等。这种炉子结构简单，便于制造，可以完成多种工艺，适用于多品种、小批量生产。但其生产的产品的稳定性、再现性、同一性都很差。近代，在间歇式简单炉型基础上，配备了传动机械、可控气氛、计算机控制等装置，使这类炉子的特性发生了质的变化。如密封式箱式炉，它可完成高质量的淬火、渗碳等功能，还可与清洗、回火等设备组成柔性生产线。
6、真空间歇式炉还被发展成在一个炉膛工位上完成加热、冷却、回火等一个完整的热处理操作程序的生产模式。连续作业炉是指连续获间歇的装料，工件在炉内不断移动，完成加热、保温，有时包括冷却在内全过程的热处理炉。连续式炉的炉膛为贯通式，多为直线贯通，亦有环形贯通。其操作程序是工件顺序地通过炉膛。热处理工艺规程是沿炉膛长度方向设置的，运行长度则为工艺时间。因此，每一个工件（或料盘）在炉内运行过程中都同样准确地执行同一个工艺程序，可获得同一性的品质。这类炉子生产连续进行，具有生产效率高，产品质量稳定，节约能源，、生产成本低，容易实现机械化和自动化，适用于大批量生产等优点，但一次投资大，不容易改变工艺。根据工艺要
7、求，炉膛分为加热区、保温区和冷却区，各区配备不同功率，并分区供电和控温。常用的连续作业炉有输送带式炉、网带式炉、推杆式炉等。我们所见到的热处理炉为可控气氛周期炉，相对普通的电阻炉具有以下特点：1. 炉膛密封性能好，可以减少工件的氧化脱碳，提高工件的热处理性能。2. 炉内保持正压，可以防止炉外空气侵入引起爆炸，是炉内气氛稳定。炉门设置火帘，隔绝空气侵入和防止炉气外溢。3. 炉内气氛均匀，可控气氛在炉内循环流动，保证了产品质量一致。4. 装设安全装置。5. 炉内构件抗气氛腐蚀。炉衬采用抗渗转砌筑，电热元件安装在辐射管内。该热处理炉功能强大，可以完成淬火、退火、渗碳、渗氮等多项热处理工艺。此密封箱式
8、炉由前室、加热室、淬火装置、前推拉料机构和炉前辅助机构组成。前室是不仅是进料的过渡区，而且是工件加热后进行淬火、缓冷等作业以后的出料区。前室壳体为焊接而成的方形密封室，与炉壳成一体。前室门由电机减速器驱动开启或关闭。门下方有火帘装置，防止空气进去炉内。为能缓冷，前室的侧面接缓冷室。缓冷室上方安装有风扇，强制气流循环，加速冷却。进料、出料、淬火和缓冷时，料盘必须做前后或上下的运动，前后运动用推拉料机来完成，上下运动依靠升降机构来完成。加热室用钢板焊成密封结构与前室连接在一起，顶部装有风扇装置，使炉气上下循环，保证炉温和气氛均匀。顶部装有热电偶，用于检测炉膛温度。炉膛两侧采用电加热辐射管加热。淬火
9、装置是由淬火槽、淬火升降台、油加热器、油搅拌器等组成。淬火槽为一方形槽，由钢板焊接而成，并与前室和缓冷室连成一体。淬火槽内含有油加热器、油冷却器，控制油温，提高冷却能力。推拉料机构由框架、料盘滚动导轨、电机减速器等组成。该密封箱式炉采用氮气丙烷甲醇作为保护气氛，因此必须采用可控气氛系统，以保证炉气的浓度和保护效果。在此次的实习中，需要处理的工件为钻头的 热处理流程为调质 渗碳 淬火 低温回火。调质处理（即淬火+高温回火）是热处理工艺中一门基本的处理方式，调质处理后的组织为细小的回火索氏体可以作为最终热处理使工件获得良好的综合力学性能，亦可以作为中间热处理为渗碳、渗氮和表面淬火做好组织准备。渗碳
10、是将工件置于一定碳势的渗碳气氛中加热到一定温度保温一段时间在钢的表面形成固溶体的过程，是表面热处理一种，主要用于0.1-0.25%低碳钢。通过渗碳可以使工件表面获得奥氏体组织，在随后的淬火中变成马氏体，马氏体的形成可以提高工件表面的硬度、疲劳强度和耐磨性。由于渗碳层的厚度只有几个毫米因此并不影响心部得组织性能，心部仍为低碳钢韧性好，可以吸收较大的冲击。因此经过渗碳的工件具有良好的机械性能，用于高磨损受冲击的工件。本热处理炉的渗碳属于气体渗碳，渗碳温度为950左右，渗碳气体为丙烷，氮气作为载体气将丙烷送入渗碳炉中。进入渗碳炉中的丙烷会分解产生活性碳原子，并吸附在工件的表面被工件吸收，随后活性碳原
11、子在工件中扩散并形成一定的渗碳层。值得一提的是这些工件只需要局部渗碳，因此在工件装炉前需加一道预处理工序在不需要渗碳的部分涂覆一层石膏，可以起到保护作用。在渗碳过程中，丙烷除产生活性碳原子外还会与炉中的氧气、乙醇生成一定量的 CO2、H2O，他们都是脱碳气体会降低渗碳效果，因此必需保证良好的炉气循环及时排出脱碳气体，由于渗碳气体中含有一定量的CO等有害气体，排出的废气需采用点燃处理。保持良好的炉气循环还可以防止活性碳原子在表面过多堆积，保证渗碳的均匀性。当工件渗碳层达到规定厚度后，渗碳过程结束。为节约能源降低成本，一般采用直接淬火，淬火介质为为油，可使表面获得马氏体，提高表面硬度和耐磨性。由于
12、淬火后工件具有较大的组织应力，必需及时回火，一方面降低内应力另一方面提高尺寸稳定性。为了不使渗碳淬火表面硬度因回火而过多降低，回火温度通常取150-190。以上就是牙轮的全部热处理工艺，经上述工艺处理后，工件的表面硬度较高，耐磨性较好。心部仍保持良好的任性，可以吸收一定的冲击能量。经过热处理后的牙轮三个一组组装为钻头，为使其美观和提高耐蚀性需经过喷漆处理。最终钻头的外形如图所示。在热处理车间中，我们还见到了另一种工件轴承滚柱。尺寸大约为1050，特点在滚柱的材料。该滚柱采用的是55SiMoV一种新型的轴承钢。以前我们接触过的轴承钢都是高弹钢，含碳量为0.9%1.05%，典型的钢种为GCr15，
13、含碳大约为1%，这样的含碳量可以保证轴承的高硬度和耐磨性。Cr含量为1.5%，既可以提高淬透性又可以形成合金渗碳体进一步提高轴承的硬度，同时还增加钢的抗腐蚀性。但是55SiMoV却与以往学习的轴承钢不同，含碳量为0.55%，仅为中碳，虽然具有较好的弹性极限，但是热处理后的强度不够。因此通过加入Si产生固熔强化来提高工件所需的高硬度和高强度。但Si的加入会促进晶粒长大，因此加入V可以形成细小的碳化物组织晶粒的长大，形成的细小碳化物还可以提高工件的耐磨性。Si作为非金属元素对提高工件的耐腐蚀性也有一定的作用。Mo作用也含重要，一方面可以降低晶粒长大的倾向，另一方面可以降低回火脆性。经过各种元素的综
14、合作用可以达到与传统的轴承钢相似的性能。作为轴承钢，其热处理工艺为淬火+低温回火。由于工件规格较小数量较多，因此采用圆体箱式电阻炉加热。这种箱式电阻炉外表面积小，蓄热少，节能显著。工件在炉膛中加热，保温一定时间后倒入油槽中进行淬火，工件组织为马氏体+残余奥氏体，随后便进行低温回火。由于这种工件尺寸要求较高，需要多次回火或者进行一定的冷处理，尽量消除参与奥氏体后才能使用，最终的组织为回火马氏体+细小碳化物。在热处理车间外面，我们看到了储存氮气、乙醇和丙烷的储气罐，由于它们都属于易燃易爆气体，需与热处理车间保持一定距离且严禁烟火。由于氮气从储气罐输送出来时会吸收大量的热量，输气管上凝结了厚厚的冰。
15、（3）参观锻造车间。在工人师傅的带领下，我们来到了锻造车间。锻造是一项基本的金属加工工艺。它是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法，是锻压(锻造与冲压)的两大组成部分之一。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。相关机械中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。实际生产中锻造的工艺较多，基本分类如下1、 根据坯料的移动方式，锻造可分为自由锻、镦粗、挤压、模锻、闭式模锻、闭式镦锻。1）自
16、由锻。利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁（砧块）间产生变形以获得所需锻件，主要有手工锻造和机械锻造两种。2）模锻。模锻又分为开式模锻和闭式模锻金属坯料在具有一定形状的锻模膛内受压变形而获得锻件，又可分为冷镦、辊锻、径向锻造和挤压等等。3）闭式模锻和闭式镦锻由于没有飞边，材料的利用率就高。用一道工序或几道工序就可能完成复杂锻件的精加工。由于没有飞边，锻件的受力面积就减少，所需要的荷载也减少。但是，应注意不能使坯料完全受到限制，为此要严格控制坯料的体积，控制锻模的相对位置和对锻件进行测量，努力减少锻模的磨损。 2、按变形温度，锻造又可分为热锻（锻造温度高于坯料金属的再结晶温度）、温锻（锻造温度低
17、于金属的再结晶温度）和冷锻（常温）。钢的再结晶温度约为460，但普遍采用800作为划分线，高于800的是热锻；在300800之间称为温锻或半热锻。 3、根据锻模的运动方式，锻造又可分为摆辗、摆旋锻、辊锻、楔横轧、辗环和斜轧等方式。为了提高材料的利用率，辊锻和横轧可用作细长材料的前道工序加工。与自由锻一样的旋转锻造也是局部成形的，它的优点是与锻件尺寸相比，锻造力较小情况下也可实现形成。包括自由锻在内的这种锻造方式，加工时材料从模具面附近向自由表面扩展，因此，很难保证精度，所以，将锻模的运动方向和旋锻工序用计算机控制，就可用较低的锻造力获得形状复杂、精度高的产品,例如生产品种多、尺寸大的汽轮机叶片
18、等锻件。 和其他工艺一样锻造工艺也有其相应的适应材料和锻造流程。锻造用料主要是各种成分的碳素钢和合金钢，其次是铝、镁、铜、钛等及其合金。铁基高温合金，镍基高温合金，钴基高温合金的变形合金也采用锻造或轧制方式完成，只是这些合金由于其塑性区相对较窄，所以锻造难度会相对较大，不同材料的加热温度，开锻温度与终锻温度都有严格的要求。材料的原始状态有棒料、铸锭、金属粉末和液态金属。 金属在变形前的横断面积与变形后的横断面积之比称为锻造比。正确地选择锻造比、合理的加热温度及保温时间、合理的始锻温度和终锻温度、合理的变形量及变形速度对提高产品质量、降低成本有很大关系。一般的中小型锻件都用圆形或方形棒料作为坯料
19、。棒料的晶粒组织和机械性能均匀、良好，形状和尺寸准确，表面质量好，便于组织批量生产。只要合理控制加热温度和变形条件，不需要大的锻造变形就能锻出性能优良的锻件。 铸锭仅用于大型锻件。铸锭是铸态组织，有较大的柱状晶和疏松的中心。因此必须通过大的塑性变形，将柱状晶破碎为细晶粒，将疏松压实，才能获得优良的金属组织和机械性能。 经压制和烧结成的粉末冶金预制坯，在热态下经无飞边模锻可制成粉末锻件。锻件粉末接近于一般模锻件的密度，具有良好的机械性能，并且精度高，可减少后续的切削加工。粉末锻件内部组织均匀，没有偏析，可用于制造小型齿轮等工件。但粉末的价格远高于一般棒材的价格，在生产中的应用受到一定限制。 对浇
20、注在模膛的液态金属施加静压力，使其在压力作用下凝固、结晶、流动、塑性变形和成形，就可获得所需形状和性能的模锻件。液态金属模锻是介于压铸和模锻间的成形方法，特别适用于一般模锻难于成形的复杂薄壁件。 不同的锻造方法有不同的流程，其中以热模锻的工艺流程最长，一般顺序为：锻坯下料；锻坯加热；辊锻备坯；模锻成形；切边；中间检验，检验锻件的尺寸和表面缺陷；锻件热处理，用以消除锻造应力，改善金属切削性能；清理，主要是去除表面氧化皮；矫正；检查，一般锻件要经过外观和硬度检查，重要锻件还要经过化学成分分析、机械性能、残余应力等检验和无损探伤。 金属经过锻造加工后能改善其组织结构和力学性能。铸造组织经过锻造方法热
21、加工变形后由于金属的变形和再结晶，使原来的粗大枝晶和柱状晶粒变为晶粒较细、大小均匀的等轴再结晶组织，使钢锭内原有的偏析、疏松、气孔、夹渣等压实和焊合，其组织变得更加紧密，提高了金属的塑性和力学性能。 铸件的力学性能低于同材质的锻件力学性能。此外，锻造加工能保证金属纤维组织的连续性，使锻件的纤维组织与锻件外形保持一致，金属流线完整，可保证零件具有良好的力学性能与长的使用寿命采用精密模锻、冷挤压、温挤压等工艺生产的锻件，都是铸件所无法比拟的。在锻造车间我们见到了大量的20CrMnTi一种渗碳钢，主要用于需要渗碳的工件的制造，20CrMnTi的含碳量为0.2%，属于低碳钢，主要用于制造齿轮轴类零件，
22、工件的基体具有较高的韧性，但硬度强度较低。经过渗碳，可以在工件表面形成一定厚度的渗碳层，提高表层的硬度强度耐磨性能。Cr的加入可以提高工件的淬透性，并形成合金渗碳体提高表层的耐磨性。Mn可以起到固熔强化的作用，提高工件的强度。渗碳时间比较长，温度较高，晶粒容易长大，特别是Mn会促使晶粒的长大，而Ti是强碳化物形成元素，在合金中形成细小的碳化物阻止晶粒的生长，细化晶粒。Ti还可以促进C元素的扩散，加速渗碳。由于该车间的锻造属于热加工，因此采用中频感应透热炉对工件加热。20CrMnTi先被切割成尺寸为 的圆柱，随后放入中频感应透热炉中加热。此中频感应透热炉可加工的锻件规格有规格有80300、903
23、00、108300。中频透热炉加热装置具有体积小，重量轻、效率高、热加工质量优及有利环境等优点，是新一代的加热设备。中频感应透热炉采用交变电流产生的电磁感应对工件进行加热，与表面淬火只加热表面不同，中频感应透热炉是整体穿透型，其热量在工件内自身产生，该加热方式升温速度快，所以氧化极少，材料利用率高，可达95。由于该加热方式加热均匀，芯表温差极小，应用温控系统可实现对温度的精确控制提高产品质量和合格率，还可以增加了锻模的寿命，改善了锻件表面的粗糙度。武汉冶金重工锻造车间所用的锻造设备： 其中模锻设备有蒸汽锻模和空气模锻两种，落锤重量分别为5t、3.15t。对空气锤来说，电动机通过减速机构和曲柄、
24、连杆带动压缩气缸的压缩活塞上下运动，产生压缩空气。在压缩缸的上下气道与大气相同的情况下，压缩空气不进入工作缸，电机空转，锤头不工作，然后通过手柄或脚踏杆操纵上下旋阀，使压缩空气进入工作气缸的上部或下部，推动工作活塞上下运动，从而带动锤头及上抵铁的上升或下降，完成各种打击动作，广泛用于中小型锻件的生产。工件经过加热锻造制成规定的形状后，需进行一次退火，消除工件应力，稳定尺寸。四、实习心得通过毕业实习使我们对大学所学知识有了全新的了解，既加深了对专业知识的理解，又将不同的课程融会贯通，全面提升了自己的理论水平。钢的热处理、金属材料学等专业课程对我们以后的工作相当重要，是我们参与生产的基础，更是我们立足的根本。虽然实习时间较短，但是我们认识了很多未曾接触过的设备，如感应透热炉、锻造设备，见到了如55SiMoV等新钢种，了解了周期炉等先进加热炉的使用方法，开阔了我们的眼界，对以后的工作大有裨益。同时面对工厂中诸多的新式设备，我们必须虚心的向工人师傅学学习，把自己所学的理论知识与实际生产紧密结合，为将来的发展打下坚实的基础。
