1.实验目的

齿轮钢表面渗碳全流程实验过程繁琐、设备投入大、实验耗时长、能源消耗严重，且实验过程中存在一定的危险性。而高校中材料类、机械类及经管类等相关专业所涉及的生产实习、《金属学与热处理》、《金属工艺学》、《热处理设备》等课程大都需要涉及此类实验，相关热处理企业也涉及到新进员工的培训工作，场地、设备、成本等问题直接制约了高校学生与企业员工实践能力的培养，学习与培训效果并不显著。

本实验项目坚持“能实不虚”、“以虚补实”的原则，结合生产实际案例，采用虚拟现实构建虚拟化全流程渗碳热处理厂房，学生在虚拟环境下依据性能要求、材料成分等选择合理的热处理工艺、设计相应的工艺参数、并进行组织评价及性能测试，掌握成分、工艺参数对材料组织性能的影响。本项目通过齿轮钢表面渗碳实验，构建了覆盖预习、实施、拓展、测试、报告等一体的操作流程，同时基于学习者能力水平的差异开创了“完整实验流程学习”、“ 规律认知”和“案例探究”等三个递进式模块，可满足不同阶层人群的需求。本项目采用引导启发以及互动式教学模式，通过人机交互操作，培养高校学生和企业员工对齿轮钢表面渗碳全流程实验设备及工艺的直观认知，自主分析工艺与性能之间的关联性，优化工艺方案，达到提高学生工程实践和创新能力、企业员工技术能力的目的，助力为党和国家培养一流的创新型人才。

通过“齿轮钢表面渗碳全流程工艺仿真与实训”虚拟仿真实验的学习与操作，使高校学生或企业员工能够达到以下目标：

（1）掌握渗碳目的及原理；

（2）了解渗碳前清洗目的及方法 ；

（3）熟悉预热温度及时间的控制；

（4）掌握预渗、强渗、扩散渗所涉及的渗碳温度、时间及碳势之间的差异及调控方式；

（5）理解渗碳后淬火的目的、方式及参数选择 ；

（6）熟悉回火对组织性能的影响规律；

（7）了解喷丸对渗碳层表面应力的作用；

（8）掌握渗层厚度、表面硬度的主要影响因素及规律；

（9）掌握渗碳介质的制备方法；

（10）理解渗碳气氛碳势的检测方法及原理；

（11）掌握渗碳层组织及硬度的检测手段与应用。

2.实验描述

本项目采用滴注式可控气氛获取对应的渗碳气氛，渗碳可根据渗碳各阶段的碳势要求调整对应的炉气成分。向炉内同时滴入两种有机液体，一种液体分解后形成一股相当于稀释气氛的气体作为载流体，另一种液体分解后形成渗碳能力较强的富化气，通过调节滴注比例，控制渗碳气氛碳势，可使工件表面含碳量控制在一定范围内。

通过调节渗碳时间、渗碳温度以及碳势等参数可控制工件表面对活性碳原子的吸收量及吸收速度。本项目所设置的预渗、强渗步骤中均涉及到了对应参数的选择，可依据渗碳材料、表面硬度及渗层深度等不同要求对参数进行合理设置。

渗碳热处理依靠大量的活性碳原子在钢中的扩散而获得一定深度的渗层并保证一定的表面硬度。碳原子的扩散主要在强渗和扩散渗过程中完成，渗碳时间、温度和碳势等参数对碳原子的扩散有着重要的影响。本项目中，通过调节强渗及扩散渗过程参数可获得具有不同渗层深度和硬度的零件，对操作者掌握强渗与扩散渗参数对碳原子扩散、渗层深度及硬度的影响规律有着重要的帮助。