淺談熱處理在機(jī)械制造過程中的作用

徐芳

摘要：熱處理是機(jī)械制造過程中一項必要的生產(chǎn)工藝，能有效改善金屬或合金材料零件中存在的性能缺陷，使金屬材料最終成為能滿足機(jī)械生產(chǎn)作業(yè)所需的零件。本文首先對機(jī)械制造中熱處理的概念進(jìn)行介紹，然后從機(jī)械制造工藝、零件毛坯質(zhì)量、零件切削加工性能、零件表面處理效果幾個方面闡述熱處理在機(jī)械制作過程中產(chǎn)生的作用，旨在為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞：熱處理;機(jī)械制造;作用

引言

機(jī)械制造為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供基礎(chǔ)技術(shù)保障，只有確保零件在綜合性能和質(zhì)量上達(dá)到預(yù)定指標(biāo)，才能保障工業(yè)生產(chǎn)效率。在機(jī)械制造過程中應(yīng)用熱處理工藝對零件進(jìn)行處理，能有效改善零件金屬材料本身和在制造過程中存在的缺陷，對實現(xiàn)機(jī)械制造目標(biāo)具有重要支撐意義。

1 ?機(jī)械制造中的熱處理

熱處理是指利用加熱、保溫和冷卻的工藝對固態(tài)材料進(jìn)行處理，以使固態(tài)材料具有符合工業(yè)生產(chǎn)要求的性能或預(yù)期組織，在機(jī)械制造中的應(yīng)用非常廣泛，與切削加工、鍛壓、焊接等同屬于機(jī)械制造的必要生產(chǎn)工藝[1]。熱處理能使金屬材料中金屬晶粒的大小和排列方式發(fā)生變化，機(jī)械制造中應(yīng)用的金屬材質(zhì)零件在用過熱處理后，在不改變零件形狀、大小、質(zhì)量的情況下使其內(nèi)部或表面化學(xué)成分發(fā)生變化，使其更加滿足機(jī)械制造零件性能要求。金屬材料在性能上的應(yīng)用潛力通過熱處理方式被進(jìn)一步發(fā)掘，切削加工性能得到改變，使用壽命得到延長，且零件生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本都得到不同程度的優(yōu)化。因此，在機(jī)械制造過程中，結(jié)合不同的生產(chǎn)目標(biāo)采用不同熱處理加工工藝對金屬材料進(jìn)行處理，對促進(jìn)機(jī)械制造行業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展都有積極的促進(jìn)作用。

2 ?熱處理在機(jī)械制造過程中的作用

2.1 ?對機(jī)械制造工藝產(chǎn)生的作用

機(jī)械制造屬工業(yè)生產(chǎn)部門，主要負(fù)責(zé)生產(chǎn)機(jī)床、工具、儀器、儀表、各類機(jī)械設(shè)備等，為國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供技術(shù)裝備，由于機(jī)械制造生產(chǎn)目的和應(yīng)用工序位置存在差別，可將其進(jìn)一步劃分為預(yù)先熱處理和最終熱處理兩類。其中預(yù)先熱處理通常應(yīng)用在毛坯生產(chǎn)和切削加工（或粗加工與半精加工）兩道工序之間，主要包含退火、正火、調(diào)質(zhì)、時效處理等步驟，應(yīng)用目的是為了對零件毛坯中存在的缺陷進(jìn)行改善，提高零件內(nèi)應(yīng)力。如采用均勻化退火可改善完成鑄型凝固后液態(tài)合金表面化學(xué)成分排布不均勻的偏析現(xiàn)行，鑄件冷卻過程中產(chǎn)生的應(yīng)力可通過去應(yīng)力退火消除，還可應(yīng)用去氫退火對毛坯鑄件中的氫含量進(jìn)行調(diào)整，通過熱處理使零件獲得更好的切削加工性能，使零件金屬晶粒得到細(xì)化，為下道工序的應(yīng)用創(chuàng)造良好的準(zhǔn)備條件。如等溫正火工藝是在機(jī)械制造過程中，將毛坯構(gòu)件加熱至形成奧氏體后，迅速降溫冷卻同時銜接珠光體等溫轉(zhuǎn)變，以此調(diào)整毛坯構(gòu)件的金相組織。大量生產(chǎn)實踐經(jīng)驗表明，由于等溫正火中增加了預(yù)處理步驟，以等溫正火方式替代正火，能更好地控制金屬材料的硬度，在生產(chǎn)大批量具有精度和性能要求的零件時，具有良好的應(yīng)用效果。

最終熱處理通常應(yīng)用在半精加工和精加工兩道工序之間，具體包含淬火、回火，表面熱處理，滲碳、氮化等方式，具體需要結(jié)合零件最終生產(chǎn)性能要求進(jìn)行應(yīng)用[2]。部分機(jī)械零件因在精密度等方面有更加嚴(yán)格的要求，還需要增加輔助熱處理工序，通過冷處理、蒸汽處理、時效處理等多種方式提高機(jī)械零件的精密度或其他性能參數(shù)。

2.2 ?對零件毛坯質(zhì)量產(chǎn)生的作用

我國機(jī)械制造行業(yè)正處于從傳統(tǒng)粗加工批量生產(chǎn)到精細(xì)化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)型階段，生產(chǎn)的零件在造型、性能等方面的要求都有所提升，應(yīng)用可控氣氛工藝成品進(jìn)行熱處理，能充分滿足不斷提高的機(jī)械制造需求，具體應(yīng)用流程如圖1所示。在機(jī)械制造過程中，通常采用焊接、鍛壓、鑄造等成型方式對零件毛坯進(jìn)行處理，但以上毛坯成型方式在應(yīng)用過程中會不可避免的對毛坯造成一定損害，使得實際生產(chǎn)的毛坯在質(zhì)量上存在一定不足。通過科學(xué)的應(yīng)用熱處理方法，能有效消除不同毛坯成型方法對毛坯質(zhì)量帶來的不良影響，如正火、退火等方式。應(yīng)用熱處理方式對零件存在的缺陷和問題進(jìn)行改善并消除，使零件達(dá)到預(yù)期性能標(biāo)準(zhǔn)[3]。

2.3 ?對零件切削加工性能產(chǎn)生的作用

在機(jī)械制造生產(chǎn)過程中，薄壁鋁合金管殼類零件由于整體抗剪切承載能力較弱，經(jīng)常發(fā)生變形問題，嚴(yán)重影響該類產(chǎn)品的成品率[4]。應(yīng)用熱處理工藝在薄壁鋁合金管殼類零件進(jìn)行剪切造型之前對其進(jìn)行處理，能有效提高該類零件的抗剪切承載能力，有效改善零件變形問題。先應(yīng)用淬火和失效固溶方法對零件毛坯進(jìn)行處理，提高材料的切削加工性能;利用粗加工后的再結(jié)晶時效熱處理消除零件中留存的應(yīng)力;半精加工后再進(jìn)行時效熱處理，保證零件內(nèi)部應(yīng)力完全消除;完成切削加工后，對零件最后進(jìn)行低溫?zé)崽幚?，使零件整體性能、強(qiáng)度等達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。通過以上方式對薄壁鋁合金管殼類零件進(jìn)行處理后，能有效改善零件在生產(chǎn)加工過程中存在的變形問題，確保零件能達(dá)到預(yù)期精度要求，在生產(chǎn)質(zhì)量和成品數(shù)量雙方面都有所保障。

衡量金屬材料切削加工性能的指標(biāo)主要包含生產(chǎn)率和刀具耐用度、切削力的大小、切削溫度高低、加工質(zhì)量等，金屬材料本身的物理性能、化學(xué)成分、力學(xué)性能等都會對其切削加工性能產(chǎn)生一定影響[5]。在機(jī)械制造生產(chǎn)加工的初始階段，金屬材料的力學(xué)性能、物理和化學(xué)成分等都是固定且統(tǒng)一的，只有應(yīng)用熱處理方式對其進(jìn)行處理，才能使金屬材料的內(nèi)部組織、力學(xué)性能等發(fā)生變化，使其具有更好的切削加工性能，最終得到滿足應(yīng)用指標(biāo)的零件。

2.4 ?對零件表面處理的作用

由于完成生產(chǎn)加工的金屬或合金零件最終工作環(huán)境工作強(qiáng)度較大，需要長期處于摩擦環(huán)境中，保證金屬或合金零件表面的硬度和耐磨水平，對我國工業(yè)行業(yè)的發(fā)展具有重要意義[6]。因此，在機(jī)械制造過程中，需要對該類金屬或合金零件的硬度、耐磨度、抗沖擊能力、芯部強(qiáng)度及韌性等都提出嚴(yán)格要求，才能使其適應(yīng)高強(qiáng)度的作業(yè)環(huán)境，為相關(guān)機(jī)械正常運(yùn)行提供保障。在實際機(jī)械制造過程中，若單純采用淬火和回火工藝對鋼材料進(jìn)行處理，難以保障完成生產(chǎn)的零件能達(dá)到預(yù)期性能指標(biāo)，通過應(yīng)用具有針對性的熱處理工藝，對零件表面進(jìn)行處理，使其在性能和強(qiáng)度上得到優(yōu)化，是當(dāng)前機(jī)械制造過程中對零件綜合性能進(jìn)行優(yōu)化的主要方式。如應(yīng)用熱處理工藝對連桿、軸承類零件進(jìn)行處理，利用調(diào)質(zhì)處理獲得回火索氏體組織，使連桿、軸承類零件的綜合機(jī)械性能得到增強(qiáng)，使其具有更好的韌性和強(qiáng)度，能適應(yīng)受力情況較為復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境。應(yīng)用淬火和低溫回火工藝對高硬度、高耐磨要求的模具類零件進(jìn)行處理，獲得回火馬氏體、細(xì)粒狀碳化物和少量參與奧氏體組織，能有效提高該類零件的硬度和耐磨性。通過此種方式對各類金屬或合金材質(zhì)的工具、模具和零部件進(jìn)行處理，能有效提高工具、模具和零部件的綜合性能，使其在實際作業(yè)環(huán)境中更好地發(fā)揮其應(yīng)用價值，延長工具、模具和零件的使用壽命，節(jié)省工業(yè)生產(chǎn)成本，提高相關(guān)企業(yè)的綜合效益。

3 ?結(jié)束語

綜上所述，熱處理工藝屬于一種必要的機(jī)械制造方法，隨著我國機(jī)械制造行業(yè)的不斷發(fā)展，熱處理工藝也更加成熟，在實際應(yīng)用中可根據(jù)應(yīng)用目標(biāo)的不同進(jìn)行針對性調(diào)整，以確保完成生產(chǎn)加工的零件達(dá)到預(yù)期性能指標(biāo)。對機(jī)械制造從業(yè)人員來說，只有深入了解熱處理工藝的應(yīng)用原理，掌握不同熱處理加工方式對不同金屬或合金材料產(chǎn)生的不同影響，在實際機(jī)械制造過程中科學(xué)的應(yīng)用熱處理加工方式，才能切實提高我國機(jī)械制造水平，促進(jìn)行業(yè)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[6] 王志宏， 薛子闖. 熱處理在機(jī)械制造過程中的作用[J]. 科技資訊， 2019（11）：69-69.