熱加工工藝及設備現狀與分析

潘國良

(黑龍江省中能控制工程有限公司，黑龍江 哈爾濱150060）

現今在工業發達的國家，機械工業的發展可以說是和熱加工工藝的發展是分不開的，熱加工工藝也為輕工業、建筑工業、紡織工業、化工工業及冶金工業的發展提供工藝技術上的支持。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能夠在制作機械零件的同時改善它的內部組織結構，以達到改善零件機械性能的目的。

1 機械行業熱加工工藝及設備現狀分析

在過去的幾年里，我國機械制造工業普遍存在著“重產品輕工藝”的狀態，特別輕視熱加工工藝及設備的研究和發展，因此我國機械產品的質量與壽命明顯低于國外同類產品，可以說熱加工工藝及設備的先進與否，決定著我國機械工業的發展水平、經濟效益和生產效率。焊接技術與鉚接技術相比，具有生產率高、節約金屬原料、接頭強度高和減輕結構重量等優點，被廣泛地應用于航空、船舶、車輛、鍋爐和國防等工業部門。在發達國家，焊接結構用鋼占整個鋼產量的50%，由此可以說明機械工業的發展進步是和焊接技術的發展密不可分的。

2 熱加工工藝設備的標準化設計

2.1 熱加工工藝設備要具有工藝性

在制作航空業的產品時，由于航空產品的熱加工零件品種較多、形狀復雜、技術要求高，所以熱加工工藝設備的設計，必須在確保產品質量的前提下，努力改善熱加工工藝設備制造的工藝性。評價工藝性的好壞，通常是以制造工藝設備的勞動量和材料的消耗量來衡量。改善熱加工工藝設備的的工藝性的重要環節之一，就是做好標準化工作。首先，工藝設備的所有零件應最大限度的選用國標；其次，材料的選擇最好限用品種規格。

2.2 熱加工工藝設備的精度要求

熱加工工藝設備的尺寸精度一般是按照以下的規定：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。為了設計、制造和驗收方便，設計的砂型型板、金屬型等鍛造工藝設備，型腔內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 設備的光潔度及表面處理

為了提高熱加工工藝設備的抗腐蝕性盒耐磨性，還需要進行一步表面的處理。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，可以進行發藍處理。

3 熱加工工藝的應用

3.1 柴油機連桿的熱加工工藝

一些柴油機的連桿是由18Cr2Ni4WA制造的，連桿是熱模鑄成型的，但由于設備能力及模具不合理，使得鍛坯的加工余量非常大，浪費也很大，而精鍛則可以節省大量鋼材和加工工時，用低溫回火代替高溫回火避免強度儲存的損失，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度儲備、節省鋼材和工時，又能省去正火、高溫回火，縮短生產工期節省電能。鍛后灰冷保證在強韌性不變的前提下，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，則組織中會出現馬氏體，容易在鋼結構中形成裂紋，增加了鋼的脆性甚至造成嚴重的剝落失效。碳的含量決定鋼的硬度，在一定的范圍內，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%。當等溫淬火溫度低于280℃時，貝氏體鐵素體板條較為細小，而且取向十分雜亂，抗拉強度和硬度較高，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，富碳殘余奧氏體薄膜加厚，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320℃時，奧貝組織具有最佳的沖擊韌度，抗拉強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。高硅耐磨鑄鋼的質量與鋼液的純凈度的關系非常大，鋼水中的非金屬夾雜物會導致產品性能的降低和內在品質的下降。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性能。

3.3 金屬粉末注射形成零件熱加工工藝及設備

金屬注射成形(MIM)是一種針對生產中小型復雜形狀零件的現代化的近凈形成形技術，但是與傳統粉末冶金工業相比，許多生產廠家仍停留在批量爐生產階段。為了增加批量式爐的效率，降低運行成本，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雜的。連續式的脫粘燒結爐設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的設備之一。燒結MIM零件的關鍵因素就是溫度的精度，特別是燒結奧氏體不銹鋼，燒結溫度的一個微小變化都會導致密度產生變化，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行燒結，而不必擔心有表面熔化的危險，燒結時間通常較短。連續爐的燒結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，氫氣的含量應該少于5%。MIM鋼零件通常在1250℃到1370℃之間進行燒結，因為在這個溫度下，燒結氣氛中的氫與零件中的碳反應生成 CH4，導致脫碳現象的發生。與燒結爐平行的位置安裝1臺連續脫粘爐，加工的零件可由脫粘爐自動運行到燒結爐，此過程可以防止由于人工接觸而導致的脫粘后零件的缺陷。

4 結語

熱加工工藝在國家的機械工業發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域研究探索。從起初的生產設備落后、產品質量與壽命明顯低于國外，到現在先進設備逐步投入使用，各種新材料，新技術被不斷的研發出來，我國在熱加工工藝及設備方面已經逐漸追趕上世界領先的技術水平。

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