鑄造技術(shù)論文熱處理工藝在提高金屬零件的制造水平中的作用

　　本文是一篇鑄造技術(shù)論文，發(fā)表在《精細(xì)化工中間體》上，雜志定位于報道國內(nèi)外農(nóng)藥、醫(yī)藥及其中間體和其它有機(jī)合成原料等精細(xì)化學(xué)品的工藝進(jìn)展、精細(xì)化工及有機(jī)中間體的科研成果。更名后的刊物因其地區(qū)性特征明顯減弱而專業(yè)性特征得到了凸現(xiàn)，受到了廣大作者讀者更多的關(guān)注。

　　摘 要：本文從三個方面論述了熱處理工藝在提高金屬零件的制造水平中的作用。

　　關(guān)鍵詞： 金屬零件的制造,熱處理工藝,鑄造技術(shù)論文

　　引言

　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，金屬零件的制造是一個重要的環(huán)節(jié)，具有舉足輕重的作用，因此提高金屬零件的制造水平成為一項不可缺少的工作。而在金屬零件的制造過程中，熱處理工作又是提高其制造水平的重要措施。在設(shè)計工作中，正確制定熱處理工藝可以改變某些金屬材料的機(jī)械性能。而不合理的熱處理條件，不僅不會提高材料的機(jī)械性能，反而會破壞材料原有的性能。因此，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)金屬材料成分，準(zhǔn)確分析金屬材料與熱處理工藝的關(guān)系，制訂合理的熱處理的工藝，合理安排工藝流程，才能得到理想的效果，提高金屬零件的制造水平。

　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，廣泛使用的金屬有鐵、鋁、銅、鉛、鋅、鎳、鉻、錳等。但用得更多的是它們的合金。金屬和合金的內(nèi)部結(jié)構(gòu)包含兩個方面：其一是金屬原子之間的結(jié)合方式;其二是原子在空間的排列方式。金屬的性能和原子在空間的排列配置情況有密切的關(guān)系，原子排列方式不同，金屬的性能就出現(xiàn)差異。

　　為了得到更好的金屬性能，滿足制造和使用要求，我們將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時間后，又以不同速度在不同的介質(zhì)中冷卻，通過改變金屬材料表面或內(nèi)部的顯微組織結(jié)構(gòu)來改變其性能，這就是金屬材料熱處理過程。

　　不同的熱處理條件會產(chǎn)生不同的材料性能改變效果，下面從3個方面來說明熱處理工藝在提高金屬零件的制造水平中的作用。

　　一、提高金屬材料的切削性能和加工精度

　　在各類鑄、鍛、焊工件的毛坯或半成品金屬材料的切削過程中，由于被加工材料、切削刀具和切削條件的不同，金屬的變形程度也不同，從而產(chǎn)生不同程度的光潔度。各種材料的最佳切削性能都對應(yīng)有一定的硬度范圍和金相組織。為了得到最佳切削性能，就要求被加工材料具有合適的組織狀態(tài)，這就要用到預(yù)先熱處理。

　　通過預(yù)先熱處理，可以消除或減少冶金及熱加工過程產(chǎn)生的材料缺陷，并為以后切削加工及熱處理準(zhǔn)備良好的組織狀態(tài)，從而保證材料的切削性能、加工精度和減少變形。

　　舉例1：齒坯材料在切削加工中，當(dāng)齒坯硬度偏低時會產(chǎn)生粘刀現(xiàn)象，在前傾面上形成積屑瘤，使被加工零件的表面光潔度降低。而對齒坯材料進(jìn)行正火+不完全淬火處理，切屑容易碎裂，形成粘刀的傾向性減少。并隨著齒坯硬度的提高，切屑從帶狀向擠裂狀過渡，從而減少了粘刀現(xiàn)象，提高了切削性能。

　　舉例2：鋁合金在加工過程中，通常都是先經(jīng)強(qiáng)化處理(固溶處理+時效;時效)，這樣可以得到晶粒細(xì)小、均勻的組織，比鑄態(tài)或壓力加工狀態(tài)的切削性能好，不僅改善了切削性能，而且同時提高了機(jī)械加工精度。

　　二、提高金屬材料的斷裂韌性

　　金屬材料的斷裂韌性指含有裂紋的材料在外力作用下抵抗裂紋擴(kuò)展的性能。提高金屬斷裂韌性的關(guān)鍵是要減少金屬晶體中位錯，使金屬材料中的位錯密度下降，從而提高金屬強(qiáng)度，而減少金屬晶體中位錯的一種重要方法，就是細(xì)晶強(qiáng)化，其原理是通過細(xì)化晶粒使晶界所占比例增高而阻礙位錯滑移從而提高材料強(qiáng)韌性。而金屬組織的細(xì)晶強(qiáng)化的過程實際上就是金屬熱處理。

　　在金屬熱處理過程中，當(dāng)冷變形金屬加熱到足夠高的溫度以后，在一定的應(yīng)力和變形溫度的條件下，材料在變形過程中積累到足夠高的局部位錯密度級別，會在變形最劇烈的區(qū)域產(chǎn)生新的等軸晶粒來代替原來的變形晶粒，這個過程稱為再結(jié)晶。再結(jié)晶晶核的形成與長大都需要原子的擴(kuò)散，因此必須將變形金屬加熱到一定溫度之上，足以激活原子，使其能進(jìn)行遷移時，再結(jié)晶過程才能進(jìn)行。

　　那么，對于不同的金屬材料，我們就可以通過控制不同的熱處理的溫度，來提高金屬材料的斷裂韌性。

　　舉例：在SY鋼坯料上線切割適當(dāng)?shù)男A柱，機(jī)加工后，選擇在700℃，800℃，900℃、1000℃和1100℃在Cleeble-1500型熱模擬試驗機(jī)上以5×10-1的變形速率保溫30s壓縮變形50%，然后在空氣中冷至室溫，再進(jìn)行680℃×6hAC(空冷)的退火處理，再將壓縮后的試樣沿軸向線切割剖開，研磨拋光后用化學(xué)物質(zhì)顯示晶粒形貌。實驗現(xiàn)象為：在700℃時，扁平的晶粒開始逐漸向等軸晶粒的形狀變化。800℃變形的晶粒中等軸晶粒已經(jīng)有少量出現(xiàn)，但仍然以變形拉長的晶粒為主。在900℃變形開始，晶粒突然變得細(xì)小，幾乎全部為等軸晶粒，晶粒度達(dá)到Y(jié)Bl2級。在900℃以上.晶粒開始長大。因此，對此種鋼來說，900℃左右溫度進(jìn)行熱處理，可以提高其斷裂韌性。

　　三、減少金屬材料的應(yīng)力腐蝕開裂

　　金屬材料在拉伸應(yīng)力和特定腐蝕環(huán)境共同作用下發(fā)生的脆性斷裂破壞稱為應(yīng)力腐蝕開裂。大部分引起應(yīng)力腐蝕開裂的應(yīng)力是由殘余拉應(yīng)力引起的。殘余應(yīng)力是金屬在焊接過程中產(chǎn)生的。金屬在加熱時，以及加熱后冷卻處理時，改變了材料內(nèi)部的組織和性能，同時伴隨產(chǎn)生了金屬熱應(yīng)力和相變應(yīng)力。金屬材料在加熱和冷卻過程中，表層和心部的加熱及冷卻速度(或時間)不一致，由于溫差導(dǎo)致材料體積膨脹和收縮不均而產(chǎn)生應(yīng)力，即熱應(yīng)力。在熱應(yīng)力的作用下，由于冷卻時金屬表層溫度低于心部，收縮表面大于心部而使心部受拉應(yīng)力：另一方面材料在熱處理過程中由于組織的變化即奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變時，因比容的增大會伴隨材料體積的膨脹，材料各部位先后相變，造成體積長大不一致而產(chǎn)生組織應(yīng)力。組織應(yīng)力變化的最終結(jié)果是表層受拉應(yīng)力，心部受壓應(yīng)力，恰好與拉應(yīng)力相反。金屬熱處理的熱應(yīng)力和相變應(yīng)力疊加的結(jié)果就是材料中的殘余應(yīng)力，正是其存在造成了應(yīng)力腐蝕開裂。

　　舉例：金屬熱處理中，通過控制淬火冷卻速度，可以顯著地控制淬火裂紋，為了達(dá)到淬火的目的，通常必須加速材料在高溫段內(nèi)的冷卻速度，并使之超過材料的臨界淬火冷卻速度才能得到馬氏體組織。就殘余應(yīng)力而論，這樣做由于能增加抵消組織應(yīng)力作用的熱應(yīng)力值，故能減少工件表面上的拉應(yīng)力而達(dá)到抑制縱裂的目的。

　　3、結(jié)論

　　金屬材料的熱處理在機(jī)械零件制造中占有十分重要的地位，在金屬材料加工的整個工藝流程中，如果將切削加工工藝與熱處理工藝進(jìn)行密切配合，將有效地提高金屬零件的制造水平。

　　參 考 文 獻(xiàn)

　　[1] 雷聲，齒輪熱處理變形的控制.機(jī)械工程師.2008年5期.

　　[2] 王斌武，周曉艷.淺談金屬零件的設(shè)計、切削加工及熱處理的關(guān)系，桂林航天工業(yè)高等專科學(xué)校學(xué)報，2006(4)

　　[3] 魏強(qiáng)、劉曉清，熱處理淬火變形的控制.汽車工藝與材料.2008年7期

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