熱加工工藝及設(shè)備現(xiàn)狀與分析

潘國良

(黑龍江省中能控制工程有限公司，黑龍江 哈爾濱150060）

現(xiàn)今在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，機(jī)械工業(yè)的發(fā)展可以說是和熱加工工藝的發(fā)展是分不開的，熱加工工藝也為輕工業(yè)、建筑工業(yè)、紡織工業(yè)、化工工業(yè)及冶金工業(yè)的發(fā)展提供工藝技術(shù)上的支持。熱加工工藝中金屬的鑄造、熱軋、焊接與金屬的熱處理等技術(shù)能夠在制作機(jī)械零件的同時改善它的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以達(dá)到改善零件機(jī)械性能的目的。

1 機(jī)械行業(yè)熱加工工藝及設(shè)備現(xiàn)狀分析

在過去的幾年里，我國機(jī)械制造工業(yè)普遍存在著“重產(chǎn)品輕工藝”的狀態(tài)，特別輕視熱加工工藝及設(shè)備的研究和發(fā)展，因此我國機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量與壽命明顯低于國外同類產(chǎn)品，可以說熱加工工藝及設(shè)備的先進(jìn)與否，決定著我國機(jī)械工業(yè)的發(fā)展水平、經(jīng)濟(jì)效益和生產(chǎn)效率。焊接技術(shù)與鉚接技術(shù)相比，具有生產(chǎn)率高、節(jié)約金屬原料、接頭強(qiáng)度高和減輕結(jié)構(gòu)重量等優(yōu)點，被廣泛地應(yīng)用于航空、船舶、車輛、鍋爐和國防等工業(yè)部門。在發(fā)達(dá)國家，焊接結(jié)構(gòu)用鋼占整個鋼產(chǎn)量的50%，由此可以說明機(jī)械工業(yè)的發(fā)展進(jìn)步是和焊接技術(shù)的發(fā)展密不可分的。

2 熱加工工藝設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

2.1 熱加工工藝設(shè)備要具有工藝性

在制作航空業(yè)的產(chǎn)品時，由于航空產(chǎn)品的熱加工零件品種較多、形狀復(fù)雜、技術(shù)要求高，所以熱加工工藝設(shè)備的設(shè)計，必須在確保產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，努力改善熱加工工藝設(shè)備制造的工藝性。評價工藝性的好壞，通常是以制造工藝設(shè)備的勞動量和材料的消耗量來衡量。改善熱加工工藝設(shè)備的的工藝性的重要環(huán)節(jié)之一，就是做好標(biāo)準(zhǔn)化工作。首先，工藝設(shè)備的所有零件應(yīng)最大限度的選用國標(biāo)；其次，材料的選擇最好限用品種規(guī)格。

2.2 熱加工工藝設(shè)備的精度要求

熱加工工藝設(shè)備的尺寸精度一般是按照以下的規(guī)定：鑄件尺寸公差和加工余量按HB0-7-67，砂型鑄造的鑄件精度不超過ZJ5,金屬型鑄造的鑄件精度不超過ZJ4。除模鍛件精壓表面的尺寸公差按一、二級精度外，其它都不超過三級精度。為了設(shè)計、制造和驗收方便，設(shè)計的砂型型板、金屬型等鍛造工藝設(shè)備，型腔內(nèi)部尺寸無特殊要求的一律不注公差。壓鑄模、高要求的熔模壓型、鍛模、高要求的塑料模的定位部分，按二級精度。砂型型板、砂芯盒、低壓鑄造金屬型、熔模壓型，壓型模各部件的配合，可按四級精度。

2.3 設(shè)備的光潔度及表面處理

為了提高熱加工工藝設(shè)備的抗腐蝕性盒耐磨性，還需要進(jìn)行一步表面的處理。對鋼制熔模壓型的模面，可以渡鉻，鍍層厚度為0.003-0.005毫米；對于不鍍鉻的熔模壓型零件、壓鑄模和鑄造用的模板等，可以進(jìn)行發(fā)藍(lán)處理。

3 熱加工工藝的應(yīng)用

3.1 柴油機(jī)連桿的熱加工工藝

一些柴油機(jī)的連桿是由18Cr2Ni4WA制造的，連桿是熱模鑄成型的，但由于設(shè)備能力及模具不合理，使得鍛坯的加工余量非常大，浪費(fèi)也很大，而精鍛則可以節(jié)省大量鋼材和加工工時，用低溫回火代替高溫回火避免強(qiáng)度儲存的損失，冷卻方式則選擇灰冷或者油冷。采取這種工藝既可以提高強(qiáng)度儲備、節(jié)省鋼材和工時，又能省去正火、高溫回火，縮短生產(chǎn)工期節(jié)省電能。鍛后灰冷保證在強(qiáng)韌性不變的前提下，降低硬度，改善切削加工性能。

3.2 高硅耐磨鑄鋼的熱處理工藝

硅是高硅鑄鋼的主要合金元素，如果硅含量過高，鋼的組織顯著粗化就會降低鋼的強(qiáng)韌性，而且也會顯著降低鋼的硬度；如果硅的含量過低，則組織中會出現(xiàn)馬氏體，容易在鋼結(jié)構(gòu)中形成裂紋，增加了鋼的脆性甚至造成嚴(yán)重的剝落失效。碳的含量決定鋼的硬度，在一定的范圍內(nèi)，碳的含量越高，其淬透性越好，淬火后硬度也越高。但是碳含量過高則會造成嚴(yán)重的問題，降低了鋼的韌性。為了保證鋼材料高的硬度和良好的沖擊韌性，一般碳的含量保證在0.3%-1.2%。當(dāng)?shù)葴卮慊饻囟鹊陀?80℃時，貝氏體鐵素體板條較為細(xì)小，而且取向十分雜亂，抗拉強(qiáng)度和硬度較高，但韌性和塑性較差。隨溫度的提高，貝氏體鐵素體的板條逐漸加寬，富碳?xì)堄鄪W氏體薄膜加厚，貝氏體鐵素體板條的取向也逐漸變得一致。在等溫淬火溫度到達(dá)320℃時，奧貝組織具有最佳的沖擊韌度，抗拉強(qiáng)度和硬度比等溫溫度更低時下降幅度不大，有一定的伸長率。高硅鑄鋼的化學(xué)成分，滿足在等溫淬火條件下獲得具有奧氏體與貝氏體的復(fù)相組織，有效地提高了高硅鑄鋼的斷裂韌性以及疲勞性能。高硅耐磨鑄鋼的質(zhì)量與鋼液的純凈度的關(guān)系非常大，鋼水中的非金屬夾雜物會導(dǎo)致產(chǎn)品性能的降低和內(nèi)在品質(zhì)的下降。于此同時，非金屬夾雜物能夠有利于形成氣孔，從而降低了鑄件的致密度。奧氏體化工藝為900℃×120 min，等溫淬火工藝為320℃×120 min時，可獲得較佳的綜合力學(xué)性能。

3.3 金屬粉末注射形成零件熱加工工藝及設(shè)備

金屬注射成形(MIM)是一種針對生產(chǎn)中小型復(fù)雜形狀零件的現(xiàn)代化的近凈形成形技術(shù)，但是與傳統(tǒng)粉末冶金工業(yè)相比，許多生產(chǎn)廠家仍停留在批量爐生產(chǎn)階段。為了增加批量式爐的效率，降低運(yùn)行成本，批量爐的尺寸就做得越來越大，但是這樣保證工藝過程的均勻性就越來越困難，除此之外，大尺寸的批量爐的操作與裝料等也很是復(fù)雜的。連續(xù)式的脫粘燒結(jié)爐設(shè)備能夠有效地避免上述的諸多問題，逐漸成為金屬注射成形工藝最先進(jìn)的設(shè)備之一。燒結(jié)MIM零件的關(guān)鍵因素就是溫度的精度，特別是燒結(jié)奧氏體不銹鋼，燒結(jié)溫度的一個微小變化都會導(dǎo)致密度產(chǎn)生變化，甚至局部表面熔化，可以通過可控硅控制加熱及一種特殊的鉬加熱元件的構(gòu)造，將溫度精度控制在±3℃。高溫精度的好處是可以在接近熔點的溫度進(jìn)行燒結(jié)，而不必?fù)?dān)心有表面熔化的危險，燒結(jié)時間通常較短。連續(xù)爐的燒結(jié)氣氛通常是任意比例的氫氣與氮氣混合物，為了保證原料中含有碳的零件不脫碳，氫氣的含量應(yīng)該少于5%。MIM鋼零件通常在1250℃到1370℃之間進(jìn)行燒結(jié)，因為在這個溫度下，燒結(jié)氣氛中的氫與零件中的碳反應(yīng)生成 CH4，導(dǎo)致脫碳現(xiàn)象的發(fā)生。與燒結(jié)爐平行的位置安裝1臺連續(xù)脫粘爐，加工的零件可由脫粘爐自動運(yùn)行到燒結(jié)爐，此過程可以防止由于人工接觸而導(dǎo)致的脫粘后零件的缺陷。

4 結(jié)語

熱加工工藝在國家的機(jī)械工業(yè)發(fā)展中占有非常重要的地位，人們充分意識到了這一點，并且一直努力在這一領(lǐng)域研究探索。從起初的生產(chǎn)設(shè)備落后、產(chǎn)品質(zhì)量與壽命明顯低于國外，到現(xiàn)在先進(jìn)設(shè)備逐步投入使用，各種新材料，新技術(shù)被不斷的研發(fā)出來，我國在熱加工工藝及設(shè)備方面已經(jīng)逐漸追趕上世界領(lǐng)先的技術(shù)水平。

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