對我國金屬材料深加工的探討

侯紅杰

（中鋼石家莊工程設(shè)計研究院有限公司，河北 石家莊 050020）

因為資源有限，不能夠支撐社會發(fā)展的需求，人們持續(xù)研究、開發(fā)及進(jìn)取，越來越多的加工方法誕生，依據(jù)不同金屬材料的特征，采用不同的加工方法，最大限度地發(fā)揮出金屬材料的效益，最小化材料的浪費金屬材料的加工方法及其工藝種類成為廣大研究者重點研究的課題。

1 金屬材料

（1）意義。人類文明的進(jìn)步與社會的發(fā)展與金屬材料之間的關(guān)系非常緊密。繼石器時代之后產(chǎn)生的銅器時代、鐵器時代，其時代最明顯的標(biāo)志是金屬材料的運(yùn)用。現(xiàn)如今，金屬材料種類繁多，且成為人類社會發(fā)展的關(guān)鍵物質(zhì)基礎(chǔ)。

（2）種類。如表1。

表1 金屬材料種類

2 金屬材料工藝類型

金屬材料工藝有如下幾種，每一種工藝的原理、要求等各不相同，對每一種工藝的適用性進(jìn)行掌握及了解，是金屬材料工藝的關(guān)鍵點，因為一旦加工工藝方法使用不當(dāng)，則會浪費大量的金屬材料，得不償失。

（1）鑄造工藝。通過高溫熔化金屬，待金屬熔化成液體時，在選好的模型中將其澆進(jìn)，再進(jìn)行一段時間的凝固冷卻，然后再進(jìn)行處理得到預(yù)想的形狀，預(yù)想的功能，即金屬鑄造工藝，該工藝能大幅度縮短金屬材料的加工時間，金屬經(jīng)過鑄造，穩(wěn)定性增強(qiáng)，廢品出現(xiàn)概率低，在鑄造期間要進(jìn)行排氣，還要注意在金屬融化成液體凝固定型時有可能產(chǎn)生裂紋現(xiàn)象。在小批量，形狀繁瑣的情況下，鑄造工藝不適用。在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中，鑄造工藝已成為一項基礎(chǔ)工藝。

（2）熱處理工藝。在一定介質(zhì)中放入金屬材料，加熱金屬材料、保溫金屬材料、冷卻金屬材料等，對金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，以改進(jìn)其性能，即熱處理工藝。該工藝在對金屬材料進(jìn)行處理時，對其加熱，對其保溫到一定時間后再對其冷卻，因為冷卻和加熱的速度存在差異，進(jìn)而金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，在加熱、保溫及冷卻期間持續(xù)銜接，減少造價。

（3）鍛壓工藝。鍛造技術(shù)與沖壓技術(shù)的結(jié)合產(chǎn)物是鍛壓工藝，具體是指采用鍛壓機(jī)械的錘頭來增加金屬胚料的壓力，進(jìn)而得到預(yù)想的形狀。通過鍛壓改變金屬組織，進(jìn)一步緊密金屬組織內(nèi)部，可大幅度提升其性能。鍛壓工藝的前提條件是金屬的可塑性，假設(shè)金屬的可塑性不高，在鍛壓工藝時會產(chǎn)生相反的效果。在批量生產(chǎn)中以及尺度精確的模具中，鍛壓工藝比較適用。

（4）切削工藝。在金屬材料加工中，切削工藝的地位不容小覷，該工藝主要指的是采用刀具切割金屬材料，進(jìn)而得到預(yù)想的形狀，針對切削刀具，切削工藝對其有著嚴(yán)格的要求，通常在精度要求較高的零件中，切削工藝比較適用，切削工藝對鍛壓工藝、鑄造工藝的精細(xì)化加工，得到精準(zhǔn)的零件。

（5）焊接工藝。焊接工藝的方法諸多，如埋弧焊等等，焊接工藝需要對金屬的材質(zhì)等進(jìn)行全面考慮，不同的金屬材質(zhì)需要選擇不同的焊接方式，焊接工藝整個流程相對比較復(fù)雜，在對焊接方法進(jìn)行明確后，還需對焊接參數(shù)、其他焊接需要的措施進(jìn)行明確，焊接工藝具有良好的密封性，在各種容器的制造中，焊接工藝比較適用，將鑄造工藝、焊接工藝、鍛壓工藝融合到一起，對提升經(jīng)濟(jì)效益具有非常重要的意義。

3 新型金屬材料

3.1 成型加工原則

在機(jī)械設(shè)備制造、航天及工程施工中，新型金屬材料的運(yùn)用范圍較廣。新型金屬材料的耐磨性較高，硬度較高，因此針對現(xiàn)代各種工程施工及機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)的質(zhì)量要求，新型金屬材料均能符合。由于此特征同時也使得在新型金屬材料成型加工中產(chǎn)生諸多問題。為此應(yīng)依據(jù)材料在加工期間的標(biāo)準(zhǔn)及特征，對符合成型加工方法進(jìn)行選擇。此外新型金屬材料加工復(fù)雜性較高，其加工過程比較細(xì)致，依據(jù)這些特征可分為擠壓成型、鑄造成型等成型加工方法，針對此種操作復(fù)雜的成型加工方法，在操作期間如果產(chǎn)生疏漏，則必定會嚴(yán)重干擾到新型金屬材料的加工技術(shù)。一個細(xì)微的細(xì)節(jié)好以及小發(fā)現(xiàn)，或者某一個遺漏均會改變符合原料，假設(shè)存有細(xì)節(jié)改變材料運(yùn)用在具體工程中，將會導(dǎo)致無法預(yù)估的嚴(yán)重結(jié)果，因此，應(yīng)對符合材料的本質(zhì)及可塑性進(jìn)行全面掌握，以及嚴(yán)格依據(jù)選材原則規(guī)范對適合的材料進(jìn)行選擇，這也是必須注重的一個問題。

3.2 成型技術(shù)

（1）粉末治金技術(shù)。粉末治金技術(shù)的零件制造形狀簡單，成型器件能夠依據(jù)需求來對提升所需的金屬含量進(jìn)行明確，提升其分布均衡性，具有工作效率高以及制作組織精密的優(yōu)勢。能夠?qū)π滦徒饘俨牧系慕饘俸窟M(jìn)行最大限度的提升，因此在小型零部件中，粉末治金技術(shù)的運(yùn)用前景比較廣闊，因為其耐磨性及強(qiáng)度較高，所以在自行車、零件、汽車中的應(yīng)用比較多。

（2）鑄造成型技術(shù)。鑄造成型技術(shù)主要適用于檢驗工作，在整個鑄造期間能夠符合設(shè)計的基礎(chǔ)要求，是現(xiàn)階段比較成熟的鑄造技術(shù)。同時在制造復(fù)核材料的零件中比較適用，因為現(xiàn)階段的加工工藝正努力的朝著復(fù)雜化方向發(fā)展，逐漸呈現(xiàn)出鑄造成型的滯后性。除此之外，還需對相關(guān)工藝方法及參數(shù)進(jìn)行改變，同時將其流動性提升，進(jìn)而實現(xiàn)溶體的粘度中顆粒數(shù)目標(biāo)準(zhǔn)要求。一般而言在高溫會轉(zhuǎn)變復(fù)核材料的化學(xué)性質(zhì)，因此在加工期間需要采用金屬型鑄造、壓鑄以及熔模制造的方式實施，進(jìn)而有效避免鑄造失誤現(xiàn)象。

4 針對金屬材料焊接工藝的相關(guān)研究

4.1 金屬材料焊接成型的主要缺陷

（1）未達(dá)到完全焊接的狀態(tài)。依據(jù)金屬材料焊接成型工作的經(jīng)驗，我們知道在某些情況下，焊接工作沒有達(dá)到徹底的狀態(tài)，原材料沒有熔化也是必然會出現(xiàn)的現(xiàn)象。對于母材，假設(shè)在初始時期焊接不徹底，則母材的材質(zhì)一定不會熔化，相應(yīng)的，金屬材料也不會延伸到基礎(chǔ)的接合處。焊接不能實現(xiàn)完全透徹的主要原因在于：坡口未按初始尺寸準(zhǔn)備好，針對其間距，技術(shù)人員沒有嚴(yán)格調(diào)控，針對母材根部含有細(xì)小雜質(zhì)，技術(shù)人員也沒有進(jìn)行嚴(yán)格控制。這些原因?qū)⒅苯訉?dǎo)致焊接不透徹問題，一旦產(chǎn)生焊接不透徹問題，焊接所占的總面積將直接減小，焊接接頭的穩(wěn)定性也會喪失，焊接間隙在一段時間內(nèi)會承受不住載荷。

（2）存在細(xì)微的焊接裂痕。通過焊接產(chǎn)生的金屬材料一般會出現(xiàn)微小的裂紋，此種缺陷十分常見。根據(jù)實踐經(jīng)驗，我們可以發(fā)現(xiàn)，金屬材料呈結(jié)晶狀態(tài)，產(chǎn)生偏熱態(tài)勢裂紋，結(jié)晶體的雜物同時也會存留在熔池中，這些雜質(zhì)具有熔點較低，凝點相對較高的特點。在這種狀態(tài)下，假設(shè)遇到外部應(yīng)力，則會拉伸結(jié)晶體，從而致使內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。從另一個角度出發(fā)，每道焊接工序完成后，大部分金屬材料都會產(chǎn)生較多的冷裂紋，其它金屬件焊接完成后，內(nèi)部后期將延伸條紋，焊接幾分鐘后，即使在一天之內(nèi)，也會包括在裂紋期內(nèi)，冷裂紋會對金屬材料的自身結(jié)構(gòu)造成直接損壞的結(jié)果。

4.2 金屬材料焊接工藝優(yōu)化策略

（1）金屬材料焊接裂縫缺陷問題處理方式。為了對金屬材料的焊接裂紋問題進(jìn)行有效解決，其主要的方式如下：第一，在實際工作中，針對焊接參數(shù)，相關(guān)金屬材料的焊接人員必須進(jìn)行有效控制，以保障冷卻速度達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，對熔池中的雜質(zhì)一定要徹底清除，并根據(jù)實際情況，盡量采用小電流開展焊接工作，采用多層和多道的焊接方法對焊接工作進(jìn)行開展，從而對熱裂紋發(fā)生的概率進(jìn)行有效地預(yù)防和控制。第二，針對焊接材料的質(zhì)量控制工作，相關(guān)金屬材料的焊接人員必須要加強(qiáng)，焊接原材料要嚴(yán)格分類保管，以免對材料質(zhì)量造成損壞的后果，同時，針對焊接方法和線能量，相關(guān)金屬材料的焊接人員必須進(jìn)行有效地選擇，進(jìn)而選出最適合的方法。

（2）金屬材料焊接氣孔缺陷問題處理方式。在焊接金屬材料的內(nèi)部、表面和接頭部位，通常會產(chǎn)生金屬材料的焊接氣孔缺陷，對焊接材料的質(zhì)量也有很大的影響，針對氣孔問題，我們也需要進(jìn)行有效預(yù)防和控制，其主要的方式方法如下：第一，相關(guān)金屬材料的焊接人員需對金屬材料坡口周圍區(qū)域進(jìn)行清污處理，對周圍零件干凈整潔進(jìn)行保障。第二，相關(guān)金屬材料的焊接人員要嚴(yán)格按照焊接標(biāo)準(zhǔn)，對電流和焊接速度進(jìn)行控制，避免出現(xiàn)電流過大、焊接速度過快的問題。第三，對焊條和焊劑的質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格審查，入庫前應(yīng)對焊條和焊劑的質(zhì)量進(jìn)行復(fù)核，一旦發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題，就需要更換。另外，假設(shè)選擇埋弧焊工藝，相關(guān)人員需要將線能量控制在盡可能小的范圍內(nèi)。

（3）金屬材料焊接夾渣缺陷問題處理方式。第一，在實際工作中，相關(guān)金屬材料的焊接人員需要對邊緣區(qū)的雜質(zhì)進(jìn)行有效的清理，確保邊緣區(qū)干凈整潔。第二，要對坡口角度進(jìn)行嚴(yán)格控制，嚴(yán)格按照焊接標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置。第三，相關(guān)金屬材料的焊接人員需要對運(yùn)條的擺動幅度進(jìn)行嚴(yán)格控制，以減少焊條芯偏差的問題產(chǎn)生。此外，還應(yīng)根據(jù)金屬材料的焊接標(biāo)準(zhǔn)，對焊接速度進(jìn)行有效控制，保證焊接速度適當(dāng)，以降低電流中夾渣的概率。

5 結(jié)語

金屬材料的加工方法逐漸趨于多樣化，加工效率也在不斷提高。它能全面發(fā)揮出金屬材料的實際作用。每一種金屬材料加工方法的歷史都非常悠久，幾千年前，人們對一些金屬制品開始有意識地制造，目前，在精密儀器、汽車、航空等交通工具上，金屬制品的加工技術(shù)得到廣泛運(yùn)用，在了解和掌握加工方法基礎(chǔ)上，還要有效地避免材料加工工藝中存在的問題和不足，以便不斷探索和改進(jìn)金屬材料加工工藝。