時(shí)間：2022-05-14 09:05:37
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在實(shí)際熱處理中，較多的是采用連續(xù)冷卻熱處理。為了對(duì)在連續(xù)冷卻條件下過(guò)冷奧氏體的轉(zhuǎn)變進(jìn)行定性分析，可以將鑄鐵的冷卻曲線繪制到C曲線上。如圖4所示，當(dāng)冷卻速度為V1時(shí)，冷卻曲線與C曲線有b1和a1兩個(gè)交點(diǎn)，分別表示珠光體轉(zhuǎn)變結(jié)束和開始。將冷卻速度提高到V2，轉(zhuǎn)變溫度降低，轉(zhuǎn)變開始和結(jié)束時(shí)間都縮短。如果將冷卻速度提高到臨界冷卻速度V''''c以上，則冷卻曲線與轉(zhuǎn)變終了線不相交，這說(shuō)明一部分奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，而其余部分被過(guò)冷到Ms點(diǎn)以下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。雖然應(yīng)用C曲線可以定性地分析過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變，但是由于連續(xù)冷卻時(shí)奧氏體轉(zhuǎn)變的孕育期與等溫轉(zhuǎn)變有所不同，上述分析在數(shù)值上存在著一定的偏差。因此，在分析過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻時(shí)比較多的是采用過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCT曲線）。圖5是共析成分奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，為便于對(duì)比，圖中還畫出了C曲線。與其C曲線相比，連續(xù)冷卻時(shí)轉(zhuǎn)變開始時(shí)間和開始溫度降低。圖中CC''''線為轉(zhuǎn)變中止線，表示冷卻曲線與此線相交時(shí)轉(zhuǎn)變并未完成，但奧氏體分解停止，剩余部分被冷卻到更低的溫度下轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。許多因素都會(huì)影響奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，如奧氏體化溫度、化學(xué)成分、加熱速度。因此，實(shí)際鑄鐵的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線與圖5有比較大的出入。圖6是一種球墨連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線，冷卻曲線下面的數(shù)據(jù)為硬度（HV10）。
鑄鐵的正火處理主要是為了增強(qiáng)其強(qiáng)度和耐磨性，主要用于灰鑄鐵、球墨鑄鐵和蠕墨鑄鐵。下面重點(diǎn)探討灰鑄鐵、球墨鑄鐵的正火處理。（1）灰口鑄鐵的正火工藝灰口鑄鐵在提高加熱溫度后，可使奧氏體碳含量增加，從而使冷卻后珠光體量增加，具體的加熱溫度根據(jù)灰口鑄鐵共晶滲碳體量不同而有所不同，當(dāng)共晶滲碳體較多時(shí)，溫度為900~950℃；當(dāng)較少時(shí)，溫度為850~900℃。保溫時(shí)間一般為1~3小時(shí)。保溫后采用冷卻，這樣可以使珠光體含量增加，冷卻方式可采用噴霧冷卻、風(fēng)冷或空氣冷卻。（2）球墨鑄鐵的正火處理球墨鑄鐵的正火處理主要分四種：高溫奧氏體化正火和兩階段正火所得到的基體組織都為少量鐵素體（牛眼狀）和少量鐵素體；部分奧氏體化正火和高溫不保溫正火所得到的基體組織都為鐵素體（破碎狀）和珠光體。這四種球墨鑄鐵正火處理的目的和處理規(guī)范，如圖7所示。
淬火是為了提高鑄件的各種性能，如提高其耐磨性、硬度等。而回火是為了降低淬火中產(chǎn)生的應(yīng)力，是一種后處理方法。（1）抗磨白口鑄鐵的淬火及回火工藝以不同牌號(hào)的抗磨白口鑄鐵為例。KmT-BCr2Mo1Cu1抗磨白口鑄鐵，轉(zhuǎn)化退火工藝為：940~960℃保溫1~6h，緩冷至760~780℃保溫4~6h，緩冷至600℃以下出爐空冷，淬火工藝：960~1000℃保溫1~6h，出爐空冷；回火工藝為：200~300℃保溫4~6h，出爐空冷；KmTBCr15Mo2-DT抗磨白口鑄鐵，轉(zhuǎn)化退火工藝：920~960℃保溫1~8h，緩冷至700~750℃保溫4~8h，緩冷至600℃以下出爐空冷，淬火工藝：920~1000℃保溫2~6h，出爐空冷，回火工藝：200~300℃保溫2~8h，出爐空冷；KmT-BCr20Mo2Cu1抗磨白口鑄鐵，轉(zhuǎn)化退火工藝：920~960℃保溫1~8h，緩冷至700~750℃保溫4~10h，緩冷至600℃以下出爐空冷，淬火工藝：960~1020℃保溫2~6h，出爐空冷，回火工藝：200~300℃保溫2~8h，出爐空冷。（2）球墨鑄鐵的淬火及回火工藝球墨鑄鐵的淬火分為部分及完全奧氏體化后淬火兩種。部分奧氏體化后淬火：加熱到共析轉(zhuǎn)變溫度范圍內(nèi)（即加熱時(shí)共析轉(zhuǎn)變的上、下限之間），在淬火后為馬氏體和少量分散分布的鐵素體，再回火。270~350HB，aK20~40J/cm2；完全奧氏體化后淬火：一般加熱到Ac1（加熱時(shí)共析轉(zhuǎn)變溫度）上限以上30~50℃，普通球墨鑄鐵850~880℃，淬火后為馬氏體組織，再回火。HRC＞50，aK10~20J/cm2。球墨鑄鐵的回火分為以下三種：低溫回火（140~250℃）：馬氏體逐漸分解，析出碳化物微粒，形成含碳量比淬火馬氏體少的回火馬氏體。最終組織為球墨、殘余奧氏體和細(xì)針狀回火馬氏體；中溫回火（350~500℃）：馬氏體分解終了，形成一種混合組織，又稱屈氏體，為細(xì)小彌散滲碳體質(zhì)點(diǎn)和鐵素體的混合物；高溫回火（500~600℃，一般550~600℃）：馬氏體析出的滲碳體顯著地聚集長(zhǎng)大，稱為索氏體或回火索氏體。（3）等溫淬火等溫淬火可以最大限度地發(fā)揮材料潛力，使其具有較高的韌性、硬度、塑性和強(qiáng)度。等溫淬火在白口鑄鐵生產(chǎn)過(guò)程中，可用于多種鑄件的熱處理，如襯板、犁鏵、拋丸機(jī)葉片等。白口鑄鐵等溫淬火的工藝：先將其在900℃奧氏體化，然后在等溫轉(zhuǎn)變溫度下等溫1~1.5小時(shí)后空冷。等溫淬火在灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵及球墨鑄鐵生產(chǎn)過(guò)程中主要是來(lái)獲得殘余奧氏體基體組織和貝氏體。要掌握好等溫淬火時(shí)間，時(shí)間過(guò)短會(huì)使轉(zhuǎn)化的貝氏體不足；時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)對(duì)材料的韌性產(chǎn)生影響。灰鑄鐵、蠕墨鑄鐵、球墨鑄鐵等溫淬火工藝是將鑄鐵加熱到奧氏體化溫度，保溫后進(jìn)行等溫淬火。等溫淬火溫度要根據(jù)過(guò)冷奧氏體等溫轉(zhuǎn)變動(dòng)力學(xué)曲線確定，提高奧氏體化溫度，有利于形成上貝氏體組織，增加奧氏體化保溫時(shí)間，可以提高材料的韌性。
總而言之，在改變基體組織時(shí)，必須嚴(yán)格按照有關(guān)理論知識(shí)和相關(guān)工藝，控制好正火、淬火和回火才能夠有效增強(qiáng)基體組織的強(qiáng)度和耐磨性，提高鑄件的各種性能（耐磨性、硬度等）。由此可知，改變基體組織熱處理是鑄鐵熱處理主要方法之一。
本文作者：王群陳志堅(jiān)房應(yīng)榮工作單位：科美（杭州）機(jī)械有限公司
的熱處理：是將固態(tài)鋼材采用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織結(jié)構(gòu)與性能的工藝。熱處理不僅可用于強(qiáng)化鋼材，提高機(jī)械零件的使用性能，而且還可以用于改善鋼材的工藝性能。其共同點(diǎn)是：只改變內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，不改變表面形狀與尺寸。
第一節(jié)鋼的熱處理原理
熱處理的目的是改變鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以改善鋼的性能，通過(guò)適當(dāng)?shù)臒崽幚砜梢燥@著提高鋼的機(jī)械性能，延長(zhǎng)機(jī)器零件的使用壽命。熱處理工藝不但可以強(qiáng)化金屬材料、充分挖掘材料性能潛力、降低結(jié)構(gòu)重量、節(jié)省和能源，而且能夠提高機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量、大幅度延長(zhǎng)機(jī)器零件的使用壽命。
熱處理工藝分類：（根據(jù)熱處理的目的、要求和工藝方法的不同分類如下）
1、整體熱處理：包括退火、正火、淬火、回火和調(diào)質(zhì)；
2、表面熱處理：包括表面淬火、物理氣相沉積(PVD)和化學(xué)氣相沉積(CVD)等；
3、化學(xué)熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲等。
熱處理的三階段：加熱、保溫、冷卻
一、鋼在加熱時(shí)的轉(zhuǎn)變
加熱的目的：使鋼奧氏體化
（一）奧氏體（A）的形成
奧氏體晶核的形成以共析鋼為例A1點(diǎn)則Wc＝0.0218％（體心立方晶格F）Wc＝6.69％（復(fù)雜斜方滲碳體）當(dāng)T上升到Ac1后Wc＝0.77％（面心立方的A）由此可見轉(zhuǎn)變過(guò)程中必須經(jīng)過(guò)C和Fe原子的擴(kuò)散，必須進(jìn)行鐵原子的晶格改組，即發(fā)生相變，A在鐵素體和滲碳體的相界面上形成。有兩個(gè)有利條件①此相界面上成分介于鐵素體和滲碳體之間②原子排列不規(guī)則，空位和位錯(cuò)密度高。
珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變示意圖
a)形核b)長(zhǎng)大c)剩余滲碳體溶解d)奧氏體均勻化
（二）奧氏體晶粒的長(zhǎng)大
奧氏體大小用奧氏體晶粒度來(lái)表示。分為00，0，1，2…10等十二個(gè)等級(jí)，其中常用的1～10級(jí)，4級(jí)以下為粗晶粒，5-8級(jí)為細(xì)晶粒，8級(jí)以上為超細(xì)晶粒。
影響A晶粒粗大因素
1、加熱溫度越高，保溫時(shí)間愈長(zhǎng)，奧氏體晶粒越粗大。因此，合理選擇加熱和保溫時(shí)間。以保證獲得細(xì)小均勻的奧氏體組織。（930～950℃以下加熱，晶粒長(zhǎng)大的傾向小，便于熱處理）
2、A中C含量上升則晶粒長(zhǎng)大的傾向大。
二、鋼在冷卻時(shí)的轉(zhuǎn)變
生產(chǎn)中采用的冷卻方式有：等溫冷卻和連續(xù)冷卻
（一）過(guò)冷奧氏體的等溫轉(zhuǎn)變
A在相變點(diǎn)A1以上是穩(wěn)定相，冷卻至A1以下就成了不穩(wěn)定相。
1、共析碳鋼奧氏體等溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能
共析鋼過(guò)冷奧氏體等溫
轉(zhuǎn)變曲線的建立示意圖
1）高溫珠光體型轉(zhuǎn)變：A1～550℃
（1）珠光體（P）A1～650℃粗層狀約0.3μm<25HRC
（2）索氏體（S）650～600℃細(xì)層狀0.1～0.3μm，25～35HRC
（3）屈氏體（T）600～550℃極細(xì)層狀約0.1μm，35～40HRC
2）中溫貝氏體型轉(zhuǎn)變：550℃～Ms
（1）上貝氏體（B上）550～350℃羽毛狀40～45HRC脆性大，無(wú)使用價(jià)值
（2）下貝氏體（B下）350~Ms黑色針狀45～55HRC韌性好，綜合力學(xué)性能好
（3）低溫馬氏體型轉(zhuǎn)變：Ms～Mf當(dāng)A被迅速過(guò)冷至Ms以下時(shí)，則發(fā)生馬氏體（M）轉(zhuǎn)變，主要形態(tài)是板條狀和片狀。（當(dāng)Wc＜0.2％時(shí)，呈板條狀，當(dāng)Wc＞1.0％呈針片狀，當(dāng)Wc＝0.2％～1.0％時(shí)，呈針片狀和板條狀的混合物）
（二）過(guò)冷奧氏體的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變
1．共析碳鋼過(guò)冷奧氏體連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變產(chǎn)物的組織和性能
（1）隨爐冷P170～220HBS（700～650℃）
（2）空冷S25～35HRC（650～600℃）
\共析碳鋼連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線應(yīng)用等溫轉(zhuǎn)變曲線分析奧氏體在連續(xù)冷卻中的轉(zhuǎn)變
2．馬氏體轉(zhuǎn)變
當(dāng)冷速>馬氏體臨界冷卻速度VK時(shí)，奧氏體發(fā)生M轉(zhuǎn)變，即碳溶于α—Fe中的過(guò)飽和固溶體，稱為M（馬氏體）。
1）轉(zhuǎn)變特點(diǎn)：M轉(zhuǎn)變是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行（Ms～Mf）,M轉(zhuǎn)變是在一個(gè)非擴(kuò)散型轉(zhuǎn)變(碳、鐵原子不能擴(kuò)散）,M轉(zhuǎn)變速度極快（大于Vk）,M轉(zhuǎn)變具有不完全性（少量的殘A）,M轉(zhuǎn)變只有α－Fe、γ－Fe的晶格轉(zhuǎn)變.
（2）M的組織形態(tài)
Wc（％）M形態(tài)σb/Mpaσs/MPaδ(%)Ak/JHRC
0.1-0.25板條狀1020－1530820－13309－1760－18030－50
0.77片狀2350204011066
(3)M的力學(xué)性能
①M(fèi)的強(qiáng)度與硬度隨C的上升M的硬度、強(qiáng)度上升
②M的塑性與韌性：低碳板條狀M良好；板條狀M具有較高的強(qiáng)度、硬度和較好塑性和韌性相配合的綜合力學(xué)性能；針片狀M比板條M具有更高硬度，但脆性較大，塑、韌性較差。
第二節(jié)鋼的退火
1、概念：將鋼件加熱到適當(dāng)溫度(Ac1以上或以下)，保持一定時(shí)間，然后緩慢冷卻以獲得近于平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝稱為退火。
2、目的：
（1）降低硬度，提高塑性，
（2）細(xì)化晶粒，消除組織缺陷
（3）消除內(nèi)應(yīng)力
（4）為淬火作好組織準(zhǔn)備
3、類型：根據(jù)加熱溫度可分為在臨界溫度（Ac1或Ac3）以上或以下的退火，前者又稱相變重結(jié)晶退火，包括完全退火、擴(kuò)散退火、均勻化退火、不完全退火、球化退火；后者包括再結(jié)晶退火及去應(yīng)力退火。
（1）完全退火：
1）概念：將亞共析鋼（Wc＝0.3％～0.6％）加熱到AC3+（30～50）℃，完全奧氏體化后，保溫緩冷（隨爐、埋入砂、石灰中），以獲得接衡狀態(tài)的組織的熱處理工藝稱為完全退火。
2）目的：細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力、降低硬度、改善切削加工性能。
3）工藝：完全退火采用隨爐緩冷可以保證先共析鐵素體的析出和過(guò)冷奧氏體在Ar1以下較主溫度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w。工件在退火溫度下的保溫時(shí)間不僅要使工件燒透，即工件心部達(dá)到要求的加熱溫度，而且要保證全部看到均勻化的奧氏體，達(dá)到完全重結(jié)晶。完全退火保溫時(shí)間與鋼材成分、工件厚度、裝爐量和裝爐方式等因素有關(guān)。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，為了提高生產(chǎn)率，退火冷卻至600℃左右即可出爐空冷。
4）適用范圍：中碳鋼和中碳合金鋼的鑄、焊、鍛、軋制件等。
（2）球化退火
1）概念：使鋼中碳化物球狀化而進(jìn)行的退火工藝稱為球化退火。
2）工藝：一般球化退火工藝Ac1+(10～20)℃隨爐冷至500～600℃空冷。
3）目的：降低硬度、改善組織、提高塑性和切削加工性能。
4）適用范圍：主要用于共析鋼、過(guò)共析鋼的刃具、量具、模具等。
（3）均勻化退火（擴(kuò)散退火）
1）工藝：把合金鋼鑄錠或鑄件加熱到Ac3以上150～100℃，保溫10～15h后緩慢冷卻以消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象的熱處理工藝。
2）目的：消除結(jié)晶過(guò)程中的枝晶偏析，使成分均勻化。由于加熱溫度高、時(shí)間長(zhǎng)，會(huì)引起奧氏體晶粒嚴(yán)重粗化，因此一般還需要進(jìn)行一次完全退火或正火，以細(xì)化晶粒、消除過(guò)熱缺陷。
3）適用范圍：主要用于質(zhì)量要求高的合金鋼鑄錠、鑄件、鍛件。
4）注意：高溫?cái)U(kuò)散退火生產(chǎn)周期長(zhǎng)，消耗能量大，工件氧化、脫碳嚴(yán)重，成本很高。只是一些優(yōu)質(zhì)合金鋼及偏析較嚴(yán)重的合金鋼鑄件及鋼錠才使用這種工藝。對(duì)于一般尺寸不大的鑄件或碳鋼鑄件，因其偏析程度較輕，可采用完全退火來(lái)細(xì)化晶粒，消除鑄造應(yīng)力。
（4）去應(yīng)力退火
1)概念：為去除由于塑性變形加工、焊接等而造成的應(yīng)力以及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的退火稱為去應(yīng)力退火。
2)工藝：將工件緩慢加熱到Ac1以下100～200℃（500～600℃）保溫一定時(shí)間（1～3h）后隨爐緩冷至200℃，再出爐冷卻。
鋼的一般在500～600℃；鑄鐵一般在500～550℃超過(guò)550℃容易造成珠光體的石墨化；焊接件一般為500～600℃。
3）適用范圍：消除鑄、鍛、焊件，冷沖壓件以及機(jī)加工工件中的殘余應(yīng)力，以穩(wěn)定鋼件的尺寸，減少變形，防止開裂。
第三節(jié)鋼的正火
1、概念：將鋼件加熱到Ac3(或Accm)以上30～50℃，保溫適當(dāng)時(shí)間后；在靜止空氣中冷卻的熱處理工藝稱為正火。
2、目的：細(xì)化晶粒，均勻組織，調(diào)整硬度等。
3、組織：共析鋼P(yáng)、亞共析鋼F+P、過(guò)共析鋼Fe3CⅡ＋P
4、工藝：正火保溫時(shí)間和完全退火相同，應(yīng)以工件透燒，即心部達(dá)到要求的加熱溫度為準(zhǔn)
，還應(yīng)考慮鋼材、原始組織、裝爐量和加熱設(shè)備等因素。正火冷卻方式最常用的是將鋼件從加熱爐中取出在空氣中自然冷卻。對(duì)于大件也可采用吹風(fēng)、噴霧和調(diào)節(jié)鋼件堆放距離等方法控制鋼件的冷卻速度，達(dá)到要求的組織和性能。
5、應(yīng)用范圍：
1）改善鋼的切削加工性能。碳的含量低于0.25％的碳素鋼和低合金鋼，退火后硬度較低，切削加工時(shí)易于“粘刀”，通過(guò)正火處理，可以減少自由鐵素體，獲得細(xì)片狀P，使硬度提高，改善鋼的切削加工性，提高刀具的壽命和工件的表面光潔程度。
2）消除熱加工缺陷。中碳結(jié)構(gòu)鋼鑄、鍛、軋件以及焊接件在加熱加工后易出現(xiàn)粗大晶粒等過(guò)熱缺陷和帶狀組織。通過(guò)正火處理可以消除這些缺陷組織，達(dá)到細(xì)化晶粒、均勻組織、消除內(nèi)應(yīng)力的目的。
3）消除過(guò)共析鋼的網(wǎng)狀碳化物，便于球化退火。過(guò)共析鋼在淬火之前要進(jìn)行球化退火，以便于機(jī)械加工并為淬火作好組織準(zhǔn)備。但當(dāng)過(guò)共析鋼中存在嚴(yán)重網(wǎng)狀碳化物時(shí)，將達(dá)不到良好的球化效果。通過(guò)正火處理可以消除網(wǎng)狀碳化物。
4）提高普通結(jié)構(gòu)零件的機(jī)械性能。一些受力不大、性能要求不高的碳鋼和合金鋼零件采用正火處理，達(dá)到一定的綜合力學(xué)性能，可以代替調(diào)質(zhì)處理，作為零件的最終熱處理。第四節(jié)鋼的淬火
1、定義：將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上某一溫度，保持一定時(shí)間。然后以適當(dāng)速度冷卻獲得M或B組織的熱處理工藝。2、目的：顯著提高鋼的強(qiáng)度和硬度。
3、淬火溫度的選擇
1）碳鋼的淬火加熱溫度由Fe－Fe3C相圖來(lái)確定，其目的是為了①淬火后得到全部細(xì)小的M；②淬火后希望硬度高。
①亞共析鋼Ac3+(30～50)℃,可獲得細(xì)小的均勻的M，如溫度過(guò)高則有晶粒粗化現(xiàn)象，淬火后獲得粗大的M，使鋼的脆性增大；如溫度過(guò)低則淬火后M+F，有鐵素體出現(xiàn)，淬火硬度不足。
②共析鋼與過(guò)共析鋼Ac1+(30～50)℃，由于有高硬度的滲碳體和M存在，能保證得到高的硬度和耐磨性。如果加熱溫度超過(guò)Accm將會(huì)使碳化物全部溶入A中，使A中的含碳量增加，淬火后殘余奧氏體量增多，降低鋼的硬度和耐磨性；淬火溫度過(guò)高，奧氏體晶粒粗化、含碳量又高，淬火后易得到含有顯微裂紋的粗片狀馬氏體，使鋼的脆性增大。
2）合金鋼
①對(duì)含有阻礙奧氏體晶粒長(zhǎng)大的強(qiáng)碳化物形成元素（如Ti、Nb等），淬火溫度可以高一些，以加速其碳化物的溶解，獲得較好的淬火效果.
②對(duì)含有促進(jìn)奧氏體晶粒長(zhǎng)大的元素（如Mn等），淬火加熱溫度應(yīng)低一些，以防止晶粒粗大。
理想冷卻速度：650℃以上應(yīng)當(dāng)慢冷，以盡量降低淬火熱應(yīng)力。650～400℃之間應(yīng)當(dāng)快速冷卻，以通過(guò)過(guò)冷奧氏體最不穩(wěn)定的區(qū)域，避免發(fā)生珠光體或貝氏體轉(zhuǎn)變。400以下至Ms點(diǎn)附近應(yīng)當(dāng)緩以盡量減小馬氏體轉(zhuǎn)變時(shí)產(chǎn)生的組織應(yīng)力。具有這種冷卻特性的冷卻介質(zhì)可以保證在獲得M組織條件下減少淬火應(yīng)力、避免工件產(chǎn)生變形或開裂。
4、淬火介質(zhì)
淬火介質(zhì)：鋼從奧氏體狀態(tài)冷至Ms點(diǎn)以下所用的冷卻介質(zhì)。常用的有三種：
水：650～400℃范圍內(nèi)冷卻速度較小，不超過(guò)200℃/s，但在需要慢冷的馬氏體轉(zhuǎn)變溫度區(qū)，其冷卻速度又太大，在340℃最大冷卻速度高達(dá)775℃/s，很容易引起工件變形和開裂。此外，水溫對(duì)水的冷卻特性影響很大，水溫升高，高溫區(qū)的冷卻速度顯著下降，而低溫區(qū)的冷卻速度仍然很高。因此淬火時(shí)水溫不應(yīng)超過(guò)30℃，加強(qiáng)水循環(huán)和工件的攪動(dòng)可以加速工件在高溫區(qū)的冷卻速度。水雖不是理想淬火介質(zhì)，但卻適用于尺寸不大、形狀簡(jiǎn)單的碳鋼工件淬火。
油：在650～550℃內(nèi)冷卻較慢，不適用于碳鋼，300～200℃范圍內(nèi)冷很慢，有利于淬火工件的組織應(yīng)力，減少工件變形和開裂傾向。與水相反，提高油溫可以降低粘度，增加流動(dòng)性，故可以提高高溫區(qū)的冷卻能力。但是油溫過(guò)高易著火，一般應(yīng)控制在60～80℃。適用于對(duì)過(guò)冷奧氏體比較穩(wěn)定的合金鋼。
水與油作為淬火介質(zhì)各有優(yōu)缺點(diǎn)，但均不是屬于理想的冷卻介質(zhì)。水的冷卻能力很大，但冷卻特性不好；油冷卻特性較好，但其冷卻能力又低。由于水是價(jià)廉、容易獲得、性能穩(wěn)定的淬火介質(zhì)，因此
目前世界各國(guó)都在發(fā)展有機(jī)水溶液作為淬火介質(zhì)。美國(guó)應(yīng)用濃度為15％聚乙烯醇、0.4％抗粘附劑、0.1％防泡劑的淬火介質(zhì)，以及國(guó)內(nèi)使用比較廣泛的新型淬火介質(zhì)有過(guò)飽和硝鹽水溶液等。它們的共同特點(diǎn)是冷卻能力介于水、油之間，接近于理想淬火介質(zhì)。主要用于貝氏體等溫淬火，馬氏體分級(jí)淬火，常用于處理形狀復(fù)雜、尺寸較小和變形要求嚴(yán)格的工件。
5、淬火方法（常用的淬火方法：?jiǎn)谓橘|(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級(jí)淬火、貝氏體等溫淬火）
1、單介質(zhì)淬火
優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、應(yīng)用廣泛。
缺點(diǎn)：水中淬火變形與開裂傾向大；油中淬火冷卻速度小，淬透直徑小，大件無(wú)法淬透。
2、雙介質(zhì)淬火
優(yōu)點(diǎn)：減少熱應(yīng)力與相變應(yīng)力，從而減少變形、防止開裂。
缺點(diǎn)：工藝不易掌握，要求操作熟練。
適用于中等形狀復(fù)雜的高碳鋼和尺寸較大的合金鋼工件。
3、局部淬火
為了避免工件其它部分產(chǎn)生變形或開裂，即可用局部淬火。
4、馬氏體分級(jí)淬火
優(yōu)點(diǎn)：使過(guò)冷奧氏體在緩冷條件下轉(zhuǎn)變成馬氏體，從而減少變形。
缺點(diǎn)：只適用于尺寸較小的零件，否則淬火介質(zhì)冷卻能力不足，溫度也難于控制。
5、馬氏體等溫度淬火優(yōu)點(diǎn)：下貝氏體的硬度略低于馬氏體，但綜合力學(xué)性能較好，應(yīng)用廣泛。
6、鋼的淬透性與淬硬性
（一）淬透性：決定鋼材淬硬深度和硬度分布的特性，即應(yīng)該是全淬成馬氏體的深度。
1.影響淬透性因素
（1）鋼的化學(xué)成分。除Co以外的合金元素溶于奧氏體后，均能增加過(guò)冷奧氏體穩(wěn)定性，降低馬氏體臨界冷卻速度，從而提高鋼的淬透性。
（2）奧氏體化條件。提高奧氏體的溫度，延長(zhǎng)保溫時(shí)間，使奧氏體晶粒粗大，成分均勻，殘余滲碳體和碳化物的溶解徹底，使過(guò)冷奧氏體起穩(wěn)定，使C曲線越向右移，馬氏體臨界冷卻速度就越小，則鋼的淬透性越好。
2.淬透性表示方法。常用臨界直徑大小來(lái)定理的比較不同鋼種的淬透性大小。臨界直徑是指鋼材在某種介質(zhì)中淬冷后，心部得到全部馬氏體（或50％馬氏體）組織的最大直徑。用Dc表示。在同一冷卻介質(zhì)中，鋼的臨界直徑越大，其淬透性越好；但同一鋼種在冷卻能力大的介質(zhì)中，比冷卻能力小的介質(zhì)中所得的臨界直徑要大些。
牌號(hào)臨界直徑/mm
淬水淬油
4513～16.55～9.5
20Cr12～196～12
3.淬透性的實(shí)用意義：
1）淬透——性能均勻一致
2）未淬透——韌性降低
（二）鋼的淬硬性：鋼在理想條件下進(jìn)行淬火硬化所能達(dá)到的最高硬度的能力。
值得注意的：鋼的淬透性與淬硬性是兩個(gè)不同的概念。淬透性好的鋼其淬硬性不一定高，而淬火后硬度低的鋼也可能是具有高的淬透性。
7、鋼的淬火缺陷及其防止措施
1.淬火工件的過(guò)熱和過(guò)燒
過(guò)熱：工件在淬火加熱時(shí)，由于溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成奧氏體晶粒粗大的缺陷。
由于過(guò)熱不僅在淬火后得到粗大馬氏體組織，而且易于引起淬火裂紋，因此，淬火過(guò)熱的工件強(qiáng)度和韌性降低，易于產(chǎn)生脆性斷裂。輕微的過(guò)熱可用延長(zhǎng)回火時(shí)間補(bǔ)救。嚴(yán)重的過(guò)熱則需進(jìn)行一次細(xì)化晶粒退火，然后再重新淬火。
過(guò)燒：淬火加熱溫度太高，使奧氏體晶界局部熔化或者發(fā)生氧化的現(xiàn)象。
過(guò)燒是嚴(yán)重的加熱缺陷，工件一旦過(guò)燒無(wú)法補(bǔ)救，只能報(bào)廢。過(guò)燒的原因主要是設(shè)備失靈或操作不當(dāng)造成的。高速鋼淬火溫度高容易過(guò)燒，火焰爐加熱局部溫度過(guò)高也容易造成過(guò)燒。
2.淬火加熱時(shí)的氧化和脫碳
淬火加熱時(shí)，鋼件與周圍加熱介質(zhì)相互作用往往會(huì)產(chǎn)生氧化和脫碳等缺陷。氧化使工件尺寸減小，表面光潔度降低，并嚴(yán)重影響淬火冷卻速度，進(jìn)而使淬火工件出現(xiàn)軟點(diǎn)或硬度不足等新的缺陷。工件表面脫碳會(huì)降低淬火后鋼的表面硬度、耐磨性，并顯著降低其疲勞強(qiáng)度。因此，淬火加熱
時(shí)，在獲得均勻化奧氏體時(shí)，必須注意防止氧化和脫碳現(xiàn)象。在空氣介質(zhì)爐中加熱時(shí)，防止氧化和脫碳最簡(jiǎn)單的方法是在爐子升溫加熱時(shí)向爐內(nèi)加入無(wú)水分的木炭，以改變爐內(nèi)氣氛，減少氧化和脫碳。此外，采用鹽爐加熱、用鑄鐵屑覆蓋工件表面，或是在工件表面熱涂硼酸等方法都可有效地防止或減少工件的氧化和脫碳。
3.淬火時(shí)形成的內(nèi)應(yīng)力
有兩種情況：①工作在加熱或冷卻時(shí)，引起的熱應(yīng)力。
②由于熱處理過(guò)程中各部位冷速的差異引起的相變應(yīng)力。
當(dāng)兩力相復(fù)合超過(guò)鋼的屈服強(qiáng)度時(shí)，工件就變形；當(dāng)復(fù)合力超過(guò)鋼的抗拉強(qiáng)度時(shí)，工件就開裂。
解決辦法：①工件在加熱爐中安放時(shí)，要盡量保證受熱均勻，防止加熱時(shí)變形；
②對(duì)形狀復(fù)雜或?qū)嵝圆畹母吆辖痄摚瑧?yīng)緩慢加熱或多次預(yù)熱，以減少加熱中產(chǎn)生的熱應(yīng)力；
③選擇合適的淬火冷卻介質(zhì)和淬火方法，以減少冷卻中熱應(yīng)力和相變應(yīng)力。
但淬火不是最終熱處理，為了消除淬火鋼的殘余內(nèi)應(yīng)力，得到不同強(qiáng)度、硬度和韌性配合的性能，需要配以不同溫度的回火。鋼淬火后再經(jīng)回火，是為了使工件獲得良好的使用性能，以充發(fā)揮材料的潛力。所以淬火和回火是不可分割的、緊密銜接在一起的兩種熱處理工藝。
第五節(jié)鋼的回火
1、定義：鋼件淬火后，再加熱到A1以下某一溫度，保持一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝稱為回火。
2、目的：
1）穩(wěn)定組織，消除淬火應(yīng)力
2）調(diào)整硬度、強(qiáng)度、塑性、韌性
3、淬火鋼在回火時(shí)組織的轉(zhuǎn)變
1）馬氏體的分解（＞100℃）
2）殘余奧氏體的轉(zhuǎn)變（200～300℃）
3）碳化物的轉(zhuǎn)變（250～450℃）
4）滲碳體的聚集長(zhǎng)大和鐵素體再結(jié)晶（＞450℃）
4、鋼在回火時(shí)性能變化
1）回火方法：
（1）低溫回火（150～250℃），組織是回火馬氏體，和淬火馬氏體相比，回火馬氏體既保持了鋼的高硬度、高強(qiáng)度和良好耐磨性，又適當(dāng)提高了韌性。硬度為58～64HRC，主要用于高碳鋼，合金工具鋼制造的刃具、量具、模具及滾動(dòng)軸承，滲碳、碳氮共滲和表面淬火件等。
（2）中溫回火（350～500℃），組織為回火屈氏體，對(duì)于一般碳鋼和低合金鋼，中溫回火相當(dāng)于回火的第三階段，此時(shí)碳化物開始聚集，基體開始回復(fù)，淬火應(yīng)力基本消除。硬度為35～50HRC，具有高的彈性極限，有良好的塑性和韌性，主用于彈性件及模具處理。
（3）高溫回火（500～650℃），組織為回火索氏體，硬度為220～330HBS。淬火和隨后的高溫回火稱為調(diào)質(zhì)處理，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，鋼具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能。因此，高溫回火主要適用于中碳結(jié)構(gòu)鋼或低合金結(jié)構(gòu)鋼，用來(lái)制作汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床等承受較大載荷的結(jié)構(gòu)零件，如曲軸、連桿、螺栓、機(jī)床主軸及齒
輪等重要的機(jī)器零件。鋼經(jīng)正火后和調(diào)質(zhì)后的硬度很相近，但重要的結(jié)構(gòu)件一般都要進(jìn)行調(diào)質(zhì)而不采用正火。在抗拉強(qiáng)度大致相同情況下，經(jīng)調(diào)質(zhì)后的屈服點(diǎn)、塑性和韌性指標(biāo)均顯著超過(guò)正火，尤其塑性和韌性更為突出。
2）回火時(shí)間：一般為1～3h
3）回火冷卻：一般空冷。一些重要的機(jī)器和工模具，為了防止重新產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和變形、開裂，通常都采用緩慢的冷卻方式。對(duì)于有高溫回火脆性的鋼件，回火后應(yīng)進(jìn)行油冷或水冷，以抑制回火脆性。
5、回火脆性
第一類回火脆性：300℃左右，無(wú)法消除，低溫回火脆性。產(chǎn)生這類回火脆性的原因，一般認(rèn)為在此回火溫度范圍內(nèi)碳化物以斷續(xù)的薄片沿馬氏體片或馬氏體條的界面析出，這樣硬而脆的薄片與馬氏體間結(jié)合較弱，降低了馬氏體晶界處強(qiáng)度，因而使沖擊韌性降低。
第二類回火脆性：400～500℃，，高溫回火脆性。產(chǎn)生這類原因是由于經(jīng)高溫回火后緩冷通過(guò)脆化溫度區(qū)所產(chǎn)生的脆性。辦法：快冷；提高鋼的純潔度，減少有害元素的含量等。
第六節(jié)實(shí)習(xí)心得
“紙上得來(lái)終覺(jué)淺，絕知此事需躬行”通過(guò)這次到工廠參觀實(shí)習(xí)讓我了解了很多。真的，有許多東西看似已經(jīng)懂了，但真正到了實(shí)際卻又是另一種情況。有時(shí)自己認(rèn)為自己已掌握的東西可能僅是一些膚淺的表面或總體的一個(gè)方面，甚至有時(shí)是錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，而如果沒(méi)有實(shí)地考察實(shí)踐，我們是無(wú)法發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題的。這次實(shí)習(xí)給我們每個(gè)人一個(gè)很好的機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)那些書本上不能學(xué)到的知識(shí)，通過(guò)我們自己的參觀，還查找各種圖書資料以及到網(wǎng)上搜尋相關(guān)資料，使我們的知識(shí)得以鞏固和完善，不僅增長(zhǎng)了我們的見識(shí)，而且對(duì)生產(chǎn)操作有了一定的直觀認(rèn)識(shí)，對(duì)工人也有了一中全新的認(rèn)識(shí)。感謝領(lǐng)導(dǎo)、老師給我們這次充實(shí)自己、增長(zhǎng)見識(shí)的機(jī)會(huì)！同時(shí)我也希望系里能為我們提供更多的實(shí)習(xí)機(jī)會(huì)，讓我們?cè)趯?shí)際生產(chǎn)中得到鍛煉。
電刷在集電環(huán)上運(yùn)行時(shí)，在其接觸面上形成一層均勻、適度、穩(wěn)定的氧化膜，這是電機(jī)運(yùn)行良好的主要標(biāo)志之一。因?yàn)檫@層氧化膜的存在，改變了電刷與集電環(huán)的接觸特性、減少了摩擦、降低磨損、延長(zhǎng)使用壽命。氧化膜是一種復(fù)合薄膜，其組成成分與電刷型號(hào)及集電環(huán)的材料成分有關(guān)。氧化膜的正常厚度在8－100nm的范圍內(nèi)，一般為25nm.用電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，電刷與集電環(huán)接觸面是由無(wú)數(shù)個(gè)點(diǎn)相接觸，一般接觸面只有電刷總面積的千分之幾左右。接觸面積的大小，由電機(jī)的轉(zhuǎn)速、集電環(huán)材質(zhì)的硬度、加工精度、偏擺度、電刷的材質(zhì)、電刷上的壓力大小等因素來(lái)決定。
有研究發(fā)現(xiàn)，外加電壓小時(shí)，氧化膜絕緣，當(dāng)電壓升高到一定值時(shí)，氧化膜被擊穿。當(dāng)擊穿后，不管電流如何增加，由于導(dǎo)電點(diǎn)的增加、導(dǎo)電面積的擴(kuò)大，則接觸電壓保持恒定。
氧化膜具有非常好的潤(rùn)滑性能，電刷與集電環(huán)接觸表面起潤(rùn)滑作用的潤(rùn)滑層主要是石墨膜，這層石墨膜，將電刷與集電環(huán)分開，使摩擦在石墨潤(rùn)滑層間進(jìn)行，降低了摩擦系數(shù)，減少了摩擦熱的產(chǎn)生，減少了電刷的磨損。電刷的過(guò)熱故障，很多情況是由于氧化膜被破壞且無(wú)法重新建立導(dǎo)致的。
一、電刷及集電環(huán)常見故障的原因及解決辦法
電刷在運(yùn)行中最常見的故障為發(fā)熱、產(chǎn)生火花、嚴(yán)重的燒損電刷刷握及集電環(huán)。從產(chǎn)生過(guò)熱故障的原因看，主要有以下幾個(gè)方面：
1、由于通風(fēng)不良導(dǎo)致的發(fā)熱：通風(fēng)不良主要是因?yàn)槔鋮s風(fēng)道堵塞，集電環(huán)表面通風(fēng)溝、通風(fēng)孔堵塞、循環(huán)風(fēng)扇風(fēng)量下降等原因，尤其是當(dāng)運(yùn)行中集電環(huán)表面溫度過(guò)高時(shí)，導(dǎo)致電刷磨損加劇，碳粉積聚增加，有可能會(huì)堵塞上述集電環(huán)表面的散熱通道。因此在大小修時(shí)，應(yīng)對(duì)集電環(huán)表面通風(fēng)溝、孔以及冷卻風(fēng)道濾網(wǎng)進(jìn)行清理，保持通暢。對(duì)于經(jīng)過(guò)多次車削的集電環(huán)，如果集電環(huán)表面的通風(fēng)溝高度不到5mm，已經(jīng)車削到徑向限制孔時(shí)，就應(yīng)當(dāng)按照說(shuō)明書根據(jù)最小使用外徑進(jìn)行更換，以保證集電環(huán)的機(jī)械及散熱可靠性。
2、由于接觸電阻過(guò)大或分布不均勻而產(chǎn)生的發(fā)熱：集電環(huán)和電刷是通過(guò)相互滑動(dòng)接觸導(dǎo)通勵(lì)磁電流的，根據(jù)容量及型號(hào)的不同，每個(gè)集電環(huán)上大約分布著數(shù)十只電刷，由于接觸電阻的不同，電流分配的差異，會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱不均勻，有以下幾個(gè)原因：（1）電刷與滑環(huán)表面接觸電阻、電刷與刷辮接觸電阻、刷辮與刷架引線接觸電阻過(guò)大?？赏ㄟ^(guò)測(cè)量單個(gè)電刷總壓降、電刷接觸壓降、刷體壓降、聯(lián)結(jié)壓降、刷辮壓降進(jìn)行相互間對(duì)比來(lái)檢查。同時(shí)檢查回路中各螺絲是否緊固。檢查電刷接觸面的清潔程度，是否存在油污污染。（2）電刷壓力不均勻或不符合要求，可能有電刷過(guò)短、彈簧由于過(guò)熱變軟老化失去彈性等原因。應(yīng)使用彈簧秤檢查電刷壓力。恒壓彈簧應(yīng)完整無(wú)機(jī)械損傷，壓力應(yīng)符合其產(chǎn)品的規(guī)定，同一極上的彈簧壓力偏差不宜超過(guò)5％；非恒壓的電刷彈簧，有規(guī)定時(shí)壓力應(yīng)符合其產(chǎn)品的規(guī)定，當(dāng)無(wú)規(guī)定時(shí)，應(yīng)調(diào)整到不使電刷冒火的最低壓力，一般為140－250g/cm2，同一刷架上每個(gè)電刷的壓力應(yīng)均勻。（3）集電環(huán)與轉(zhuǎn)子引線接觸電阻過(guò)大，這種情況應(yīng)對(duì)集電環(huán)與轉(zhuǎn)子引線間的緊固螺絲進(jìn)行加固。（4）電刷材質(zhì)不良、導(dǎo)電性能差、使用的型號(hào)不符合要求或者使用了不同型號(hào)的電刷。同一電機(jī)上應(yīng)使用同一型號(hào)、同一制造廠的電刷，對(duì)于外觀檢查有明顯差異的電刷應(yīng)更換。
3、由于機(jī)械及摩擦等原因造成的過(guò)熱：集電環(huán)與電刷過(guò)熱故障中，很大一部分是由于機(jī)械及摩擦等原因?qū)е碌倪^(guò)熱，如果在開機(jī)時(shí)還未加勵(lì)磁，就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)集電環(huán)與電刷溫度高，或者在運(yùn)行中溫度過(guò)高，拔出幾只電刷后，溫度反而降低，那就基本可以肯定是由于機(jī)械及摩擦原因?qū)е碌摹C(jī)械及摩擦導(dǎo)致發(fā)熱的情況很復(fù)雜，主要有以下幾個(gè)方面：（1）電刷接觸面研磨不良或運(yùn)行中一次更換過(guò)多的電刷。運(yùn)行中更換電刷，在同一時(shí)間內(nèi)，每個(gè)刷架上只允許更換1－2個(gè)電刷。換上的新電刷應(yīng)事先在與集電環(huán)直徑相同的模型上研磨好，且新舊牌號(hào)須一致。如果在大修時(shí)一次更換的電刷很多，應(yīng)當(dāng)在投運(yùn)前沖轉(zhuǎn)時(shí)，為電刷表面形成氧化膜留夠充足的時(shí)間。（2）電刷與集電環(huán)接觸面過(guò)小，接觸面積一般不應(yīng)小于單個(gè)電刷截面的75％。（3）電刷在刷盒中搖擺或動(dòng)作卡澀。電刷在刷握內(nèi)應(yīng)能上下自由移動(dòng)，其間隙應(yīng)符合產(chǎn)品的規(guī)定，當(dāng)無(wú)規(guī)定時(shí)，其間隙可為0.10－0.20mm.電刷外形要方正，上下端尺寸誤差不得大于0.05mm.（4）刷握與集電環(huán)表面間隙過(guò)大。由于電刷材質(zhì)較脆，當(dāng)刷握與集電環(huán)表面間隙過(guò)大時(shí)，運(yùn)行中電刷不能整體接觸集電環(huán)，與集電環(huán)呈斜面接觸，容易造成電刷崩裂的情況。刷握與集電環(huán)表面的間隙應(yīng)符合產(chǎn)品技術(shù)要求，當(dāng)產(chǎn)品無(wú)規(guī)定時(shí)，其間隙可調(diào)整為2－3mm.調(diào)整間隙時(shí)，可使用一層2－3mm厚的橡膠墊附在集電環(huán)表面，將刷握抵到橡膠墊上，然后上緊定位螺絲，取出橡膠墊。
二、幾起集電環(huán)、電刷故障的分析及建議
1、加強(qiáng)對(duì)電刷表面氧化膜的認(rèn)識(shí)，創(chuàng)建其形成和正常工作的條件：近期發(fā)生的幾起故障，主要原因是因?yàn)殡娝⒈砻娴难趸?rùn)滑層無(wú)法形成，氧化膜的形成需要一些條件，當(dāng)條件不滿足時(shí)，氧化膜無(wú)法形成或形成不良，主要有以下幾個(gè)原因：（1）溫度過(guò)高：電刷的氧化膜一般在70℃左右較易形成，當(dāng)集電環(huán)、電刷出現(xiàn)過(guò)熱故障時(shí)，通常溫度都在150℃以上，此時(shí)即便換上新的電刷，氧化膜也不易形成，無(wú)法起到潤(rùn)滑作用，電刷磨損將加劇，導(dǎo)致溫度繼續(xù)升高，成為惡性循環(huán)。此時(shí)可采取外部強(qiáng)迫降溫的方法，譬如涂抹凡士林、大功率風(fēng)扇通風(fēng)等手段，使集電環(huán)溫度降到正常范圍內(nèi)，持續(xù)一段時(shí)間，讓電刷表面氧化膜逐漸形成，使之進(jìn)入良性循環(huán)狀態(tài)。（2）冷卻空氣中有污染性雜質(zhì)：空氣中的雜質(zhì)對(duì)電刷表面氧化膜的形成將帶來(lái)不利影響，這些雜質(zhì)包括：硫化物或鹵族元素的腐蝕性氣體、空氣中油氣混合物、粉塵、鐵屑、鐵銹粉塵、碳粉等其他雜質(zhì)。電刷磨損時(shí)，本身會(huì)產(chǎn)生碳粉的粉塵雜質(zhì)，可采用在刷架罩冷卻通風(fēng)循環(huán)通道上安裝過(guò)濾裝置來(lái)改善刷架罩內(nèi)的空氣質(zhì)量。（3）空氣濕度太低或含氧量太低：電刷表面氧化膜的形成需要空氣中有一定的水分含量，即空氣濕度不能太低，但也不能太高。另外，氧化膜的形成主要與空氣中的氧氣發(fā)生氧化作用而產(chǎn)生，當(dāng)含氧量過(guò)低時(shí)也不利于氧化膜的形成。
氧化膜無(wú)法形成或形成不良除與上述因素有關(guān)外，還有電刷過(guò)度研磨、使用溶劑進(jìn)行擦拭、集電環(huán)表面光潔度不良以及碳刷材質(zhì)不合格等原因。
2、電刷及刷架產(chǎn)品在選購(gòu)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制質(zhì)量：目前同一品牌的電刷，都是在各個(gè)不同的地方、不同的工廠加工的。這就要求我們?cè)谶M(jìn)貨過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量嚴(yán)格把關(guān)，對(duì)生產(chǎn)廠家的工藝和質(zhì)量檢測(cè)手段及程序進(jìn)行了解。
3、生產(chǎn)運(yùn)行中加強(qiáng)對(duì)集電環(huán)及電刷的維護(hù)管理：加強(qiáng)電刷、集電環(huán)系統(tǒng)的專職維護(hù)制度，提高專責(zé)人的技術(shù)水平，嚴(yán)格按照《汽輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行規(guī)程》的要求對(duì)集電環(huán)、電刷進(jìn)行檢查和運(yùn)行維護(hù)，一次更換電刷的數(shù)量要嚴(yán)格控制。另外要積極運(yùn)用紅外熱成像技術(shù)進(jìn)行集電環(huán)、電刷日常的巡檢檢查以及對(duì)故障部位有懷疑時(shí)作為輔助分析的工具。
另外，本次會(huì)議還就定子絕緣引水管結(jié)垢提出分析建議：
1、當(dāng)發(fā)現(xiàn)絕緣引水管結(jié)垢很嚴(yán)重時(shí)，或者已經(jīng)影響到常規(guī)預(yù)試結(jié)果時(shí)，建議全部更換新的絕緣引水管。
2、發(fā)電機(jī)每次大修結(jié)束后，開機(jī)前定子水系統(tǒng)應(yīng)使用除鹽水進(jìn)行帶壓力反復(fù)沖洗，直至排水清澈無(wú)顆粒，電導(dǎo)率合格。
3、發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行期間累積運(yùn)行時(shí)間達(dá)到兩個(gè)月遇有停機(jī)機(jī)會(huì)時(shí)，對(duì)定、轉(zhuǎn)子內(nèi)冷水系統(tǒng)進(jìn)行反沖洗。
4、完善發(fā)電機(jī)整個(gè)冷卻水系統(tǒng)，應(yīng)盡可能使其密閉循環(huán)，運(yùn)行中水質(zhì)含銅量高，絕緣引水管內(nèi)壁臟污結(jié)垢主要成分為銅，是因?yàn)樗凡幻荛]，長(zhǎng)期氧化腐蝕銅管導(dǎo)致。
5、加強(qiáng)運(yùn)行中水質(zhì)監(jiān)控，內(nèi)冷水質(zhì)應(yīng)嚴(yán)格按照運(yùn)行規(guī)程執(zhí)行。
6、對(duì)于水系統(tǒng)問(wèn)題的解決應(yīng)主要從平時(shí)運(yùn)行維護(hù)抓起，各專業(yè)間應(yīng)進(jìn)行必要的溝通交流，對(duì)相互專業(yè)交叉知識(shí)部分應(yīng)當(dāng)有一定的了解。發(fā)電機(jī)是一個(gè)綜合設(shè)備，關(guān)系到很多的專業(yè)層面，在某一個(gè)專業(yè)看來(lái)很重要的問(wèn)題，也許并不能得到其他專業(yè)的重視，這就對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行造成了很多隱患。
摘要：隨著社會(huì)不斷發(fā)展，人們對(duì)機(jī)械制造行業(yè)的重視程度逐漸提升，其根本原因在于機(jī)械制造行業(yè)與其他行業(yè)之間存在一定關(guān)聯(lián)性，這也從側(cè)面說(shuō)明，保證機(jī)械制造行業(yè)穩(wěn)定發(fā)展，對(duì)提升當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展水平起到不可忽視的作用。金屬材料作為機(jī)械制造行業(yè)中常見材料，對(duì)促使機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展有著無(wú)可替代的作用。對(duì)于機(jī)械制造行業(yè)再來(lái)說(shuō)，熱處理是金屬材料加工過(guò)程中常用手段，這項(xiàng)技術(shù)手段能夠?qū)崿F(xiàn)金屬材料自身性能優(yōu)化改善的目的。當(dāng)前金屬材料熱處理技術(shù)已然成為機(jī)械制造行業(yè)重點(diǎn)研究對(duì)象，在實(shí)施金屬材料熱處理過(guò)程中引入新型工藝手段和設(shè)備，能夠避免金屬材料熱處理過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)促使機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展具有一定現(xiàn)實(shí)意義。
關(guān)鍵詞：金屬材料；熱處理；現(xiàn)狀；發(fā)展
在機(jī)械制造行業(yè)不斷發(fā)展的條件下，我國(guó)環(huán)境問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，能源消耗速度大幅度提升，這對(duì)我國(guó)社會(huì)發(fā)展等方面都有很大的影響。而金屬材料熱處理能夠有效緩解環(huán)境污染和能源物質(zhì)消耗速率過(guò)大等問(wèn)題，有效實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的目的。
1金屬材料的應(yīng)用金屬材料
根據(jù)用途以及自身性能可分為多種類型。大多數(shù)金屬材料具有較強(qiáng)的硬度以及優(yōu)良的可塑性，同時(shí)在耐高壓、耐冷熱、可導(dǎo)性、可塑造和鍛造等方面都具有其他材料不可比擬的優(yōu)勢(shì)。金屬材料是國(guó)家的重要物資，是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。以下以多孔金屬材料和納米金屬材料的應(yīng)用來(lái)做簡(jiǎn)單分析。
1.1多孔金屬材料
在目前所有金屬材料的應(yīng)用中，多孔金屬材料的使用占有金屬材料主要市場(chǎng)，同時(shí)它也是在眾多金屬材料中發(fā)展最快的一種，由于多孔金屬材料自身的多功能性，使得它能夠較容易的進(jìn)行孔徑大小的調(diào)節(jié)而形成良好的“承受力度”，尤其在耐腐蝕、耐高溫以及耐高壓方面表現(xiàn)的尤為優(yōu)異。因此，多孔金屬材料被大量生產(chǎn)于防燃防爆、高性能的過(guò)濾器以及各種液體試液容器中，應(yīng)用于現(xiàn)代醫(yī)療、能源、原子能等方面。
1.2納米金屬材料
納米金屬材料是由納米技術(shù)所支持，制造出具有納米和金屬性能的材料，可以說(shuō)納米金屬材料的產(chǎn)生是對(duì)金屬材料性能進(jìn)行了一次“革命”，納米技術(shù)融入金屬材料中，從而大幅度提高了金屬材料的綜合力學(xué)性能以及理化性能。從性能的提升方面看，納米金屬材料具有更高的強(qiáng)度以及耐磨性，納米技術(shù)改變金屬材料的內(nèi)在構(gòu)造和組織，以至于納米金屬材料的摩擦力幾乎為零，大大減少了材料在使用過(guò)程中的損耗。另外納米技術(shù)材料由于表面及其的“光滑”，使大多數(shù)的接觸物不能附著在上面。納米金屬材料所具有的這些優(yōu)良的特性，已被廣泛的應(yīng)用于精密產(chǎn)品的生產(chǎn)中，尤其是航空、醫(yī)療、機(jī)械等方面的需求。
2我國(guó)金屬材料熱處理技術(shù)的現(xiàn)狀
眾所周知，金屬材料熱處理的根本作用在于改善金屬材料自身屬性和結(jié)構(gòu)狀態(tài)，使得金屬材料符合機(jī)械制造行業(yè)全部需求。一般來(lái)說(shuō)，在實(shí)施金屬材料熱處理技術(shù)時(shí)，還需要在其中添加一些特殊材料，確保金屬材料穩(wěn)定性、剛性等性能指數(shù)有所提升。對(duì)于金屬材料熱處理技術(shù)來(lái)說(shuō)，不僅僅包括對(duì)金屬材料進(jìn)行加熱處理，還包括保溫和冷卻處理兩個(gè)方面，因此，在實(shí)施金屬材料熱處理時(shí)，需要對(duì)金屬材料原有性能綜合分析，并按照機(jī)械制造行業(yè)要求制定金屬材料熱處理方案，降低金屬材料在熱處理工程中出現(xiàn)問(wèn)題的可能。就目前來(lái)看，我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)在實(shí)施金屬熱處理技術(shù)時(shí)，還存在一些不完善的地方，這對(duì)金屬材料熱處理效果和材料自身性能等方面都有難以磨滅的影響，以下筆者將針對(duì)于金屬材料熱處理過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)的論述。
2.1能源消耗大，能源利用率低
相關(guān)數(shù)據(jù)表明，在社會(huì)不斷發(fā)展的過(guò)程中，國(guó)有金屬材料熱處理企業(yè)的數(shù)量呈現(xiàn)秩序上漲的趨勢(shì)，迄今為止，我國(guó)現(xiàn)存金屬材料熱處理企業(yè)已經(jīng)達(dá)到2萬(wàn)多家。這一數(shù)據(jù)表明在金屬材料熱處理企業(yè)同時(shí)運(yùn)行過(guò)程中，勢(shì)必造成資源消耗速度提升，對(duì)國(guó)有資源儲(chǔ)量等方面有著不可忽視的影響。加上金屬材料屬于有限資源的一種，在金屬材料不斷消耗的條件下，勢(shì)必造成金屬材料供不應(yīng)求現(xiàn)象，對(duì)各個(gè)企業(yè)發(fā)展也有很大的影響。理論上來(lái)說(shuō)，我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在一定差距，而且我國(guó)各個(gè)行業(yè)對(duì)資源利用率的重視程度不高，諸多因素導(dǎo)致各個(gè)行業(yè)在實(shí)施金屬材料熱處理過(guò)程中消耗大量能源物質(zhì)，對(duì)生態(tài)環(huán)境和企業(yè)整體效益等方面都有非常嚴(yán)重的影響。
2.2設(shè)備落后，技術(shù)水平較低
在進(jìn)行金屬材料熱處理時(shí)，按照金屬材料原有性能選取適當(dāng)?shù)脑O(shè)備至關(guān)重要，這樣能夠避免金屬材料在熱處理過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)提升金屬材料熱處理效率也起到不可忽視的作用。由于金屬材料熱處理設(shè)備昂貴，很多企業(yè)在實(shí)施金屬材料熱處理過(guò)程中僅僅采用較為陳舊的設(shè)備，而且相應(yīng)工作人員對(duì)金屬材料熱處理技術(shù)的了解程度不足，實(shí)施設(shè)備操作技術(shù)水平低下，種種因素都會(huì)影響金屬材料熱處理效果。由于大多數(shù)金屬材料熱處理企業(yè)的規(guī)模較小，在實(shí)施金屬材料熱處理過(guò)程中，受到企業(yè)規(guī)模和企業(yè)資金持有量的限制，導(dǎo)致金屬材料熱處理技術(shù)不能發(fā)揮自身最大的作用，對(duì)我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)發(fā)展產(chǎn)生阻礙。另外，利用落后的設(shè)備進(jìn)行金屬材料熱處理，還會(huì)加大環(huán)境污染力度，造成金屬能源物質(zhì)大規(guī)模消耗，不符合金屬可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略要求。
2.3專業(yè)技術(shù)人員匱乏
對(duì)于金屬材料熱處理來(lái)說(shuō)，這一技術(shù)手段本身涵蓋多個(gè)環(huán)節(jié)，因此，在實(shí)施金屬材料熱處理之前，需要相關(guān)工作人員對(duì)金屬材料內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)和金屬材料物理形態(tài)等方面有一個(gè)全面的了解，嚴(yán)格控制金屬材料熱處理過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的可能。除此之外，相關(guān)人員在實(shí)施金屬材料熱處理技術(shù)之前，需要對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行綜合培訓(xùn)，培訓(xùn)目的在于提升相關(guān)人員專業(yè)技術(shù)水平，確保金屬材料熱處理技術(shù)效果能夠充分發(fā)揮出來(lái)。但是大多數(shù)企業(yè)為了減少員工培訓(xùn)支出。沒(méi)有按照相關(guān)規(guī)定對(duì)工作人員進(jìn)行培訓(xùn)，導(dǎo)致相關(guān)工作人員技術(shù)水平低下，甚至有部分小型企業(yè)缺乏金屬材料熱處理專業(yè)技術(shù)人員，影響金屬材料熱處理技術(shù)效果。就目前來(lái)看，機(jī)械制造行業(yè)相關(guān)人員專業(yè)技術(shù)水平較低，老員工數(shù)量較多，這些工作人員對(duì)新型設(shè)備的了解嚴(yán)重不足，在實(shí)施金屬材料熱處理技術(shù)時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題的可能性大大提升。而且，新老技術(shù)人員之間的溝通力度不強(qiáng)，一旦金屬材料熱處理技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，由于技術(shù)人員之間的溝通力度不足，會(huì)導(dǎo)致金屬材料熱處理技術(shù)問(wèn)題無(wú)限擴(kuò)大，影響該項(xiàng)技術(shù)手段實(shí)施效果。針對(duì)于這一點(diǎn)，在機(jī)械制造行業(yè)不斷發(fā)展的過(guò)程中，必須引進(jìn)專業(yè)技術(shù)人才，實(shí)現(xiàn)企業(yè)改革創(chuàng)新的目的，確保金屬材料熱處理技術(shù)在機(jī)械制造行業(yè)中發(fā)揮自身最大的作用。
3金屬材料熱處理技術(shù)的發(fā)展
傳統(tǒng)的金屬材料熱處理技術(shù)在本質(zhì)上還存在一些問(wèn)題，這些問(wèn)題對(duì)金屬材料熱處理技術(shù)效果和技術(shù)處理的順利性等方面都有很大的影響，基于此，在實(shí)施金屬材料熱處理技術(shù)時(shí)，需要按照機(jī)械制造行業(yè)要求引入金屬材料熱處理新技術(shù)和新型處理設(shè)備，降低金屬材料熱處理過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題的可能，借以促使金屬材料熱處理技術(shù)得到更好的發(fā)展。
3.1金屬材料熱處理新工藝
在社會(huì)和科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，傳統(tǒng)金屬材料熱處理技術(shù)有很大的創(chuàng)新，金屬材料熱處理新工藝逐漸取代傳統(tǒng)金屬材料熱處理技術(shù)，在我國(guó)機(jī)械制造行業(yè)中占據(jù)舉足輕重的地位。而且引用新型金屬材料熱處理技術(shù)，能夠改善金屬材料固有性能的同時(shí)，使得金屬材料隱藏性能顯現(xiàn)出來(lái)，確保金屬材料在機(jī)械制造行業(yè)中有更加廣泛的應(yīng)用。大多數(shù)機(jī)械制造企業(yè)在實(shí)施金屬材料熱處理技術(shù)時(shí)，要求保留金屬材料化學(xué)成分，在這個(gè)過(guò)程中需要應(yīng)用到離子束表面改性技術(shù)，其根本原因在于這項(xiàng)技術(shù)手段能夠在實(shí)現(xiàn)金屬材料熱處理的過(guò)程中，保留材料固有性質(zhì)，降低金屬材料損耗度。對(duì)金屬材料表面進(jìn)行離子束改造，使得金屬材料表面性能得以改善，借以滿足機(jī)械制造行業(yè)的全部需求。除了離子束表面改性技術(shù)，金屬材料熱處理新工藝還包括化學(xué)熱處理薄層滲透技術(shù)、激光熱處理技術(shù)和真空熱處理技術(shù)這三種，這三種技術(shù)能夠在一定條件下實(shí)現(xiàn)金屬材料整體性能提升的目的，降低機(jī)械制造過(guò)程中金屬材料出現(xiàn)形變現(xiàn)象的可能。為提升相關(guān)工作人員對(duì)這三項(xiàng)金屬材料熱處理新工藝的了解程度，以下筆者將對(duì)這三項(xiàng)新型技術(shù)手段進(jìn)行詳細(xì)的論述。
3.1.1化學(xué)熱處理薄層滲透技術(shù)
在對(duì)化學(xué)熱處理薄層滲透技術(shù)深入研究中，明確這一技術(shù)手段能夠在根本的角度上保證金屬材料整體性能。對(duì)于傳統(tǒng)金屬材料熱處理技術(shù)來(lái)說(shuō)，在實(shí)施金屬材料熱處理時(shí)所添加的化學(xué)元素，會(huì)導(dǎo)致金屬材料本身性能受到影響。而化學(xué)熱處理薄層滲透技術(shù)的出現(xiàn)，能夠從一定程度上降低化學(xué)元素對(duì)金屬材料造成對(duì)的影響，確保金屬材料在機(jī)械制造加工過(guò)程中有廣泛的應(yīng)用。而且化學(xué)熱處理薄層滲透技術(shù)，還能夠在一定程度上減少金屬材料熱處理過(guò)程中產(chǎn)生對(duì)的化學(xué)污染，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)金屬材料熱處理節(jié)能減排效果，對(duì)于推動(dòng)機(jī)械制造行業(yè)可持續(xù)發(fā)展也起到不可忽視的作用。
3.1.2激光熱處理技術(shù)
激光熱處理技術(shù)顧名思義就是利用激光手段實(shí)施金屬材料熱處理，這種技術(shù)手段只能改對(duì)金屬材料表面性質(zhì)進(jìn)行改善處理。也就是說(shuō)采取激光熱處理技術(shù)，能夠在一定程度上避免金屬材料整體性能發(fā)生改變，實(shí)現(xiàn)保障金屬材料自身性能的目的。另外，在實(shí)施激光熱處理技術(shù)的同時(shí)，金屬材料表面性質(zhì)發(fā)生很大的改變，使得金屬材料的硬度、強(qiáng)度和其他物理性質(zhì)得以優(yōu)化，在一定程度上彌補(bǔ)傳統(tǒng)金屬熱處理技術(shù)上的不足。將激光熱處理技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合，能夠在保證金屬材料熱處理效果的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)金屬材料熱處理技術(shù)向著自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變的目的，減少金屬材料熱處理過(guò)程中人力和時(shí)間的投入量。
3.1.3真空熱處理技術(shù)金屬氧化現(xiàn)象
作為金屬熱處理工藝中常見問(wèn)題，這種現(xiàn)象對(duì)金屬材料自身性質(zhì)和加工穩(wěn)定性等方面都有很大的影響。為降低金屬材料在熱處理加工時(shí)出現(xiàn)金屬氧化現(xiàn)象的可能，應(yīng)在真空條件下進(jìn)行金屬材料熱處理工藝，這樣不僅僅能夠避免金屬材料氧化，還能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)約金屬資源的目的。對(duì)于真空熱處理技術(shù)來(lái)說(shuō)，具體做法在于對(duì)金屬材料熱處理環(huán)境進(jìn)行空氣抽取，并在這個(gè)過(guò)程中添加適當(dāng)?shù)亩栊詺怏w，從根本的角度上降低金屬材料熱處理過(guò)程中出現(xiàn)金屬氧化現(xiàn)象的可能。
3.2金屬材料熱處理新設(shè)備為保證新型工藝手段
在金屬材料熱處理中發(fā)揮自身最大的作用，引入適當(dāng)?shù)男滦驮O(shè)備至關(guān)重要。在實(shí)施金屬材料熱處理新工藝時(shí)，需要對(duì)新型設(shè)備結(jié)構(gòu)和設(shè)備所處環(huán)境等因素綜合分析，確保新型設(shè)備具備真空和耐高溫高壓的特性，借以滿足金屬材料熱處理新工藝的全部需求。另外，不同金屬材料熱處理設(shè)備所表現(xiàn)的形式和熱處理效果不盡相同，因此在實(shí)施金屬材料熱處理技術(shù)之前，應(yīng)按照機(jī)械加工行業(yè)要求選取適當(dāng)?shù)慕饘俨牧蠠崽幚硇略O(shè)備，降低金屬材料熱處理過(guò)程出現(xiàn)問(wèn)題的可能。目前熱處理設(shè)備的使用來(lái)看，低壓離子滲碳爐能夠進(jìn)行離子碳氮的滲透、冷卻、淬煉等；低壓滲碳雙室高壓氣淬爐能夠快速的進(jìn)行產(chǎn)品冷卻以及準(zhǔn)確的淬煉；密封滲碳高壓氣淬爐、涌泉式淬火槽等都是金屬材料熱處理的常用設(shè)備，這些設(shè)備都有各自的特點(diǎn)，能夠針對(duì)某一金屬特性進(jìn)行加工生產(chǎn)。
3.3熱處理的新型輔助材料
目前的金屬材料熱處理不僅具有新工藝和新設(shè)備，而且還有新的熱處理材料。如生態(tài)淬火劑，是利用植物油生產(chǎn)的一種天然的淬火劑，因而在進(jìn)行催化燃燒淬煉的時(shí)候能夠進(jìn)行充分的燃燒，從而提供巨大的能量。還有一種Ni3AL金屬間化合物，節(jié)能效果顯著，在降低材料以及設(shè)備的損耗方面有著重要的作用。結(jié)束語(yǔ)熱處理技術(shù)的發(fā)展，大大提升了機(jī)械制造水平與能力。目前金屬材料的熱處理不再遵循傳統(tǒng)的技術(shù)，進(jìn)一步突破金屬材料屬性的限制，讓其性能發(fā)揮到了極致。
作者：王婷 單位：咸陽(yáng)師范學(xué)院
摘要：鋼絲冷加工后，其硬度與強(qiáng)度會(huì)越來(lái)越高，塑性、韌性明顯降低，阻止鋼絲進(jìn)一步形變，所以，鋼絲冷加工后，需經(jīng)過(guò)熱處理才可以塑性，但熱處理需要建立明火爐控制系統(tǒng)。本篇文章是以鋼絲熱處理明火爐控制系統(tǒng)為切入點(diǎn)，分析其設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。
關(guān)鍵詞：鋼絲熱處理；明火爐控制系統(tǒng)；設(shè)計(jì)；實(shí)現(xiàn)
0引言
熱處理爐是工業(yè)爐的一種，用于金屬制品的生產(chǎn)，決定產(chǎn)品的生產(chǎn)的數(shù)量與質(zhì)量，以及投入的成本，并設(shè)計(jì)出控制系統(tǒng)，但其存在的問(wèn)題是：產(chǎn)量、種類變化時(shí)不易控制，有高能耗的特點(diǎn)，所以需提高設(shè)計(jì)的水平與質(zhì)量，并在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用。
1鋼絲熱處理明火爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
對(duì)鋼絲熱處理過(guò)程中明火的控制，會(huì)直接影響最后的生產(chǎn)效率與質(zhì)量，而控制中會(huì)受到很多因素的影響，比如煤氣流量、空燃比等，需克服這些因素的影響，提高燃燒率，讓鋼絲均勻加熱。由此，需優(yōu)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
1.1總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
該控制系統(tǒng)使用的是兩種控制系統(tǒng)，即基礎(chǔ)與過(guò)程控制，可自動(dòng)調(diào)節(jié)爐內(nèi)溫度、壓力、空燃比等。整個(gè)系統(tǒng)中，基礎(chǔ)控制的設(shè)計(jì)是控制實(shí)際操作的設(shè)備的運(yùn)行與遠(yuǎn)程控制，以現(xiàn)場(chǎng)總線為媒介，和系統(tǒng)的PLC與CPU通訊，而PLC和HMI之間則會(huì)用以太網(wǎng)連接，傳輸數(shù)據(jù)。過(guò)程與基礎(chǔ)控制都用工業(yè)以太網(wǎng)通訊。同時(shí)，其軟件設(shè)計(jì)是把整個(gè)系統(tǒng)分成四個(gè)部分。第一個(gè)是人機(jī)交互，動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備的操作，第二個(gè)是通信模塊，把工藝參數(shù)傳動(dòng)到底層設(shè)備中，由計(jì)算機(jī)操作完成，第三個(gè)是自動(dòng)燃燒控制，根據(jù)參數(shù)與用戶提出的要求，決定控制數(shù)據(jù)，以控制明火的燃燒，第四個(gè)是維護(hù)知識(shí)庫(kù)[1]。
1.2部分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
（1）溫度控制的設(shè)計(jì)。該控制系統(tǒng)內(nèi)有很多變量，如果采用一種控制方式，很難保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，無(wú)法把控系統(tǒng)響應(yīng)花費(fèi)的時(shí)間與精度差，所以，為了達(dá)到生產(chǎn)工藝的要求，其會(huì)使用PID控制、改進(jìn)型雙交叉限幅控制等，設(shè)計(jì)溫度控制系統(tǒng)。
（2）爐壓控制設(shè)計(jì)。爐壓控制是，如果爐壓控制不當(dāng)，冷氣會(huì)進(jìn)入燃燒爐，這些冷空氣只有加熱后才會(huì)從爐內(nèi)排出，增加燃燒系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，且燃料過(guò)度消耗，無(wú)法控制爐內(nèi)壓力，而爐膛內(nèi)壓力的增加，也會(huì)減少明火爐的使用時(shí)間。由此，爐壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是用線路把壓力控制器、調(diào)節(jié)發(fā)與熱處理爐連接，再用壓力檢測(cè)、變動(dòng)器檢測(cè)壓力值，并把壓力指?jìng)鬏數(shù)娇刂普尽?
（3）控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)?？刂葡到y(tǒng)使用的硬件包括PLC柜、儀表柜等，其設(shè)計(jì)方式是：PLC柜有主站與從站之分，包含多個(gè)輸入與輸出的模板，互相配合；儀表柜是使用多個(gè)智能手操器，主站與從站會(huì)用總線連接，完成數(shù)據(jù)交換，當(dāng)控制系統(tǒng)不響應(yīng)時(shí)，可以手動(dòng)控制。
2鋼絲熱處理明火爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)
工業(yè)控制軟件在整個(gè)控制系統(tǒng)中有非常重要的作用，負(fù)責(zé)管理、決策與控制，適應(yīng)不同的環(huán)境，搜集并處理數(shù)據(jù)，并顯示在屏幕上，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。所以，軟件的品質(zhì)直接影響系統(tǒng)運(yùn)行的效果，間接影響產(chǎn)品質(zhì)量，由此，鋼絲熱處理明火控制系統(tǒng)會(huì)實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，控制明火爐的燃燒[2]。
2.1上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的功能
人機(jī)交互的進(jìn)行有利于實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)的對(duì)話，有便捷的操作。其功能實(shí)現(xiàn)主要體現(xiàn)在以下幾方面：隨著生產(chǎn)的進(jìn)行，實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)過(guò)程的數(shù)據(jù)與設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)，檢測(cè)控制參數(shù)，及時(shí)發(fā)出預(yù)警并修改信息，確保手動(dòng)控制與自動(dòng)控制可隨意切換。即整個(gè)系統(tǒng)頁(yè)面會(huì)顯示各空氣調(diào)節(jié)閥的運(yùn)行狀態(tài)，包括預(yù)熱段、加熱墊、均熱鍛等，查看實(shí)際運(yùn)行的參數(shù)，并與設(shè)定參數(shù)對(duì)比，同時(shí)，隨著情況的變化，選擇不同的控制方式。
2.2燃燒控制算法
控制算法模塊可以處理采集的數(shù)據(jù)，根據(jù)既定算法運(yùn)算。其第一次運(yùn)行后，會(huì)按照初始程序的設(shè)計(jì)，計(jì)算控制爐溫的周期與流量跟蹤周期的參數(shù)，輸入到計(jì)算表中，而為了保證爐溫測(cè)量參數(shù)的準(zhǔn)確，會(huì)采用三段爐溫測(cè)量法，設(shè)定在30s后，讀取測(cè)量值。同時(shí)，為及時(shí)接收升溫、降溫的指令，定時(shí)器設(shè)定的時(shí)間多為10秒鐘。如果爐溫的偏差在60°的范圍內(nèi)，使用模糊PID控制與改進(jìn)型雙交叉限幅控制[3]。
2.3熱處理明火爐系統(tǒng)的調(diào)試
該控制系統(tǒng)是以WinCC系統(tǒng)平臺(tái)為基礎(chǔ)，控制系統(tǒng)的操作，并提高了自動(dòng)化控制的水平。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)調(diào)試后，會(huì)得到良好的控制效果，自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果各參數(shù)被外界干擾，系統(tǒng)能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)，確保明火燃燒達(dá)到最佳的狀態(tài)。
2.3.1鋼絲金相組織均勻，提高生產(chǎn)質(zhì)量
原有的鋼絲熱處理結(jié)束后，鋼絲出爐的溫差在40°左右，有些溫差甚至?xí)^(guò)100°，但鋼絲經(jīng)過(guò)明火爐的熱加工后，溫差可以控制在5°以內(nèi)，爐內(nèi)溫度平均分布，鋼絲的金相組織也更加穩(wěn)定。
2.3.2縮小鋼絲強(qiáng)度的散差
明火爐鋼絲熱處理后，鋼絲的強(qiáng)度雖然有散差，但范圍在30MPa以內(nèi)，明顯小于原有鋼絲熱處理后的強(qiáng)度散差，為后續(xù)生產(chǎn)打下基礎(chǔ)，使鋼絲更具穩(wěn)定性與耐疲勞性。
2.3.3實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排
該控制系統(tǒng)運(yùn)用后，空燃比的比率在1.02到1.1之間，提高了設(shè)備的燃燒率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。即實(shí)際操作中，可把爐溫控制在一定的范圍內(nèi)，控制的溫差變小，減少了燃料的使用。同時(shí)，它也提高了系統(tǒng)的性能，縮小系統(tǒng)參數(shù)的誤區(qū)，讓系統(tǒng)更具優(yōu)越性。
3結(jié)語(yǔ)
熱處理明火爐控制系統(tǒng)具有一定的復(fù)雜性，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)與功能的實(shí)現(xiàn)，可提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，降低各類因素對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響，自動(dòng)控制，提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低能耗，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的要求。但該系統(tǒng)仍需不斷調(diào)試，進(jìn)一步完善。
作者：趙斌 單位：無(wú)錫盛力達(dá)科技股份有限公司
摘要：經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展帶動(dòng)了科技的進(jìn)步，此時(shí)我們國(guó)家的很多行業(yè)都開始使用新技術(shù)和新工藝，比如工業(yè)生產(chǎn)中的無(wú)縫鋼管熱處理工藝。作者具體闡述了該工藝的處理目的以及制度和流程等等的相關(guān)知識(shí)，并且闡述了處理原理以及它的優(yōu)勢(shì)和缺陷等等。其目的在于為廣大的投資人和有關(guān)的技術(shù)工作者提供一定的參考。
關(guān)鍵詞：無(wú)縫鋼管；熱處理工藝；設(shè)備選型；產(chǎn)品大綱；優(yōu)化設(shè)計(jì)
眾所周知，無(wú)縫鋼管自身的品質(zhì)會(huì)受到很多要素的影響，比如它的生產(chǎn)方法和成分以及組織形態(tài)等等。要想提升其品質(zhì)的話就要從這幾方面入手。一般來(lái)講，如果保持它的生產(chǎn)方法和成分組成不改變的前提之下，要想提升它的品質(zhì)，完善它的性能的話就只能改變它的形態(tài)，而使用熱處理工藝就能夠發(fā)揮這一功效，符合生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)以及技術(shù)規(guī)定。
1無(wú)縫鋼管熱處理目的
第一，確保產(chǎn)品性能符合規(guī)定。比如石油油管、石油套管、鉆桿、高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管等經(jīng)過(guò)熱處理的鋼管，能夠直接的被用到項(xiàng)目之中。第二，符合深加工規(guī)定。像是軸承鋼管以及機(jī)械用管之類，使用人可以依據(jù)使用方向?qū)ζ溥M(jìn)行深加工。第三，提升鋼級(jí)性能指數(shù)。借助該技術(shù)，確保一些鋼級(jí)較低的管線能夠提升鋼級(jí)，通過(guò)此方法能夠明顯節(jié)省合金材料的使用量，能夠縮減成本。
2常用的無(wú)縫鋼管熱處理工藝
目前市面上有種類繁多的鋼管，其運(yùn)用的鋼種也有很大差別，就算是相同類型的鋼管它們的化學(xué)組成也有明顯的不同之處，不過(guò)再經(jīng)過(guò)熱處理以后它們的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)都符合規(guī)定。具體來(lái)講，按照產(chǎn)品生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，目前的熱處理工藝有如下幾種類型。
（1）淬火+高溫回火（又稱調(diào)質(zhì)處理）：把鋼管加熱直至其符合淬火所需的氣溫，此時(shí)鋼管組織會(huì)變成奧氏體，以設(shè)定好的氣溫高速冷卻，這時(shí)候鋼管的組織就會(huì)變成馬氏體，借助高溫回火使得它的組織最終變成我們所需的回火索氏體組織。該工藝的優(yōu)勢(shì)非常明顯，不但能夠明顯的提升材料的強(qiáng)度，還能夠增加硬度，同時(shí)還可以把材料的強(qiáng)度以及韌性等完美融合，符合生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)定。
（2）正火（又稱?；壕唧w來(lái)講該工藝指的是加熱鋼管直至其符合正火溫度，此時(shí)它的組織變?yōu)閵W氏體，然后借助空氣對(duì)其冷卻。經(jīng)由正火處理之后我們會(huì)得到類型不一的金屬組織，像是貝氏體以及珠光體或是其混合體等。它的優(yōu)點(diǎn)是能夠?qū)⒕Я＜?xì)化，而且能夠保證成分一致，最主要的是可以提升它的硬度，強(qiáng)化切削能力。
（3）正火+回火：具體來(lái)講該工藝是加熱鋼管直至其符合正火溫度，此時(shí)它的組織變?yōu)閵W氏體，然后借助空氣對(duì)其冷卻，最后對(duì)其進(jìn)行回火處理的一種工藝。它的組織類型多樣，比如回火鐵素體+珠光體，或鐵素體+貝氏體，或回火貝氏體，或回火馬氏體，或回火索氏體。它的優(yōu)點(diǎn)是能夠提升組織的穩(wěn)定性，同時(shí)還能夠增加塑性以及韌度。
（4）退火：該工藝指的是把鋼管加熱直到其符合退火溫度為止，然后對(duì)其適當(dāng)保溫一段時(shí)間，之后逐漸冷卻到所需的氣溫然后再出爐的一種處理方法。鋼管退火工藝可分為：球化退火、完全退火、去應(yīng)力退火等。它的優(yōu)勢(shì)是能夠降低材料硬度，提升它的塑性指數(shù)。同時(shí)還能夠使得晶粒變小，確保組織成分均勻，提升材料性能。最關(guān)鍵的是能夠消除應(yīng)力，避免變形現(xiàn)象發(fā)生。
（5）固溶處理（主要應(yīng)用于18-8型奧氏體不銹鋼的生產(chǎn)）：該工藝指的是將鋼管升溫到固溶所需的氣溫，此時(shí)碳化物以及其他的元素等都會(huì)溶解，然后冷卻處理，確保其中的元素不被析出，這時(shí)候得到的就是我們所需的單一奧氏體組織。它的優(yōu)點(diǎn)是能夠確保組織結(jié)構(gòu)均勻，能夠避免硬化，最關(guān)鍵的是具有強(qiáng)大的抗腐蝕能力。當(dāng)前市面上的無(wú)縫鋼管的類型非常多，不一樣的級(jí)別其對(duì)熱處理的要求也完全不一樣，要想確保新生產(chǎn)線符合所有品質(zhì)的生產(chǎn)規(guī)定，就要認(rèn)真研究熱處理制度。
3熱處理工藝流程及平面布置、設(shè)備選型
3.1工藝流程及平面布置
在開展生產(chǎn)線的建設(shè)等工作的時(shí)候，必須結(jié)合大綱規(guī)定的鋼管類型以及規(guī)格等全方位分析熱處理生產(chǎn)線的工藝流程及平面布置。在開展熱處理工作的時(shí)候，其所有的工序都由對(duì)應(yīng)的設(shè)備完成。其平面布置形式有兩種。第一種主要適合用于小規(guī)模生產(chǎn)，具體來(lái)講指的是依據(jù)工藝步驟單獨(dú)布置單體設(shè)備，當(dāng)設(shè)備完成本身的工序之后借助行車把管材運(yùn)輸?shù)搅硗獾脑O(shè)備上開展后續(xù)的工序處理活動(dòng)。第二種方式適合用于大規(guī)模生產(chǎn)，即按照次序?qū)⑺械膯误w設(shè)備串聯(lián)到一起，組成一個(gè)統(tǒng)一的生產(chǎn)線。在布置平面的時(shí)候必須認(rèn)真分析品種結(jié)構(gòu)以及工藝類型等要素。
3.2設(shè)備選型
根據(jù)無(wú)縫鋼管熱處理制度及無(wú)縫鋼管檢驗(yàn)、檢測(cè)等要求，熱處理生產(chǎn)線的設(shè)備一般有加熱爐、冷卻系統(tǒng)、矯直機(jī)、探傷機(jī)、切斷機(jī)、檢查裝置、標(biāo)記機(jī)、打捆包裝裝置等。
3.2.1加熱爐（淬火爐、回火爐）。在鋼管熱處理工藝中，對(duì)鋼管加熱質(zhì)量要求為：淬火爐加熱溫差±10℃，回火爐加熱溫差±5℃，而且要依據(jù)工藝規(guī)定和鋼材類型等進(jìn)行對(duì)應(yīng)溫度的保溫和加熱等活動(dòng)。目前使用幾率較高的加熱設(shè)備有兩種，分別是步進(jìn)橫移式加熱爐、縱向通過(guò)式加熱爐。
3.2.2高壓水除鱗裝置。為了確保鋼管能夠均勻的淬火，通常在淬火以前要使用高壓水將其表層的氧化鐵皮除掉。高壓水安裝在淬火加熱爐出口處。
3.2.3淬火裝置。對(duì)于整個(gè)熱處理生產(chǎn)線來(lái)講，淬火裝置有著其獨(dú)特的存在意義。只有正確選擇淬火工藝以及裝置，才可以確保鋼管的淬透能力強(qiáng)大，才能夠得到我們所需的組織特性。對(duì)于淬火裝置我們有著嚴(yán)格的規(guī)定，要確保淬火之后肉眼不會(huì)發(fā)現(xiàn)彎曲現(xiàn)象，保證氣溫<70℃、硬度均勻性≤3HRC，而且不能有任何新增缺陷。由于標(biāo)準(zhǔn)不同因此具體的規(guī)定有細(xì)微差別。
3.2.4定徑機(jī)。在加熱鋼管的時(shí)候，其直徑以及圓度等會(huì)改變，為了確保上述指標(biāo)符合規(guī)定，就要對(duì)回火處理之后的鋼管定徑，定徑機(jī)型式為3機(jī)架三輥定徑機(jī)。定徑機(jī)布置在回火爐后，鋼管定徑溫度在500～680℃，定徑后鋼管外徑精度滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
3.2.5冷床。冷床是對(duì)鋼管表面質(zhì)量、管體直線度影響較大的輔助設(shè)備，熱處理生產(chǎn)線冷床有以下4類。（1）步進(jìn)式冷床。（2）雙鏈?zhǔn)嚼浯?。?）單鏈?zhǔn)嚼浯?。?）螺旋桿冷床。
3.2.6矯直機(jī)。通常鋼管受熱或是受冷的話就會(huì)發(fā)生變形，為了確保其制度符合規(guī)定，就要在熱處理以后對(duì)其適當(dāng)矯直。由于矯直的氣溫不一樣，因此其可以分成冷矯直和熱矯直兩個(gè)類型。石油油管、石油套管類鋼管對(duì)鋼管矯直溫度有特殊要求，在熱處理生產(chǎn)線矯直機(jī)的選型上尤為重要。假如方案中的鋼管的使用方向和石油有關(guān)的話，在矯直的時(shí)候最好是以熱矯直機(jī)為主，冷矯直機(jī)為輔，如果資金較為緊張的話，可以把冷矯直機(jī)當(dāng)成預(yù)留設(shè)備，將熱矯直機(jī)放到加熱爐出口的地方；相反的情況下，可以只設(shè)置冷矯直機(jī)。矯直機(jī)選擇立式斜置六輥全傳動(dòng)液壓快開機(jī)型。
3.2.7吸灰裝置。在對(duì)鋼管探傷以前一定要將其表層的氧化鐵皮去除，這主要是因?yàn)殍F皮的存在會(huì)對(duì)探傷的精確性等產(chǎn)生很大的干擾。此時(shí)就需要用到吸灰裝置。吸灰裝置有兩種形式：吸灰方式；吹灰+吸灰方式。
3.2.8管體探傷機(jī)。為了確保熱處理之后的產(chǎn)品品質(zhì)達(dá)標(biāo)，就要認(rèn)真檢查管材表面以及內(nèi)在的品質(zhì)，常用的檢查形式是鋼管全長(zhǎng)探傷。假如大綱中的鋼管的使用方向和石油有關(guān)的話，管體探傷裝置可采用超聲波+漏磁探傷方式組合或采用超聲波+渦流探傷方式組合；相反的情況下管體探傷裝置可采用單一的超聲波、漏磁或渦流中的任何一種。
3.2.9管端探傷機(jī)。當(dāng)利用探傷機(jī)處理鋼管的時(shí)候，兩側(cè)有大約長(zhǎng)度200～300mm的管端盲區(qū)，對(duì)此只可以縮短禁止消除。為了確保鋼管的品質(zhì)符合規(guī)定，就要對(duì)該區(qū)域探傷。具體探傷的時(shí)候要依據(jù)產(chǎn)品大綱規(guī)定來(lái)開展配置工作。如果是鋼管的用途和石油有關(guān)的話，就需要使用磁粉探傷；相反的就要使用電磁超聲方法。
3.2.10取樣鋸。要想獲知熱處理性能，必須對(duì)其取樣處理。為了節(jié)省投資，可以使用帶鋸機(jī)取樣。除此之外，其還可以被用來(lái)切除有缺陷區(qū)域。
3.2.11測(cè)長(zhǎng)/稱重/噴印裝置。要想確保成品管材在存儲(chǔ)以及輸送等的過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)混亂情況，且便于我們查詢信息，就要對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)度測(cè)量、重量稱取以及噴印處理。具體來(lái)講，對(duì)于那些必須在廠區(qū)進(jìn)行深加工的管材，只需要噴印就可以了，目的是為了便于識(shí)別。對(duì)于那些出廠的管材則必須進(jìn)行整套的測(cè)長(zhǎng)、稱重、噴印。
4結(jié)束語(yǔ)
經(jīng)過(guò)熱處理之后的鋼管的組織形態(tài)會(huì)發(fā)生很大的變化，能夠明顯的提升它的使用性能，而且還可以節(jié)省合金元素的使用量，能夠?yàn)橄嚓P(guān)企業(yè)創(chuàng)造更多的價(jià)值。在實(shí)際的工作中，我們必須依據(jù)它的類型以及級(jí)別和使用方向等選擇對(duì)應(yīng)的熱處理工藝。作為企業(yè)的投資者或是技術(shù)工作者，更是要結(jié)合大綱做好相關(guān)工作，確保產(chǎn)品符合使用規(guī)定。當(dāng)確定好處理制度以及布置好工藝平面以后，還要結(jié)合企業(yè)當(dāng)前的狀態(tài)做好設(shè)計(jì)優(yōu)化，確保相關(guān)要素配合最佳化，只有這樣才能夠獲取更多利潤(rùn)。
作者：劉興權(quán) 單位：哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司
【摘要】隨中國(guó)科技的發(fā)展，中國(guó)航天技術(shù)已躋身進(jìn)入世界領(lǐng)域，航天技術(shù)的發(fā)展使得我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域都有很大的進(jìn)步，對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人民生活水平提高具有重大意義，在各個(gè)領(lǐng)域的成果也是十分豐富。在我國(guó)航天領(lǐng)域中，金屬材料的應(yīng)用以及熱處理都有很大的作用，優(yōu)秀的金屬材料是我國(guó)航天技術(shù)發(fā)展的前提，本文針對(duì)航天領(lǐng)域的金屬材料進(jìn)行舉例并陳述，例如鈦合金、鋁合金、鎂合金等進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，以及其熱處理工藝。
【關(guān)鍵詞】金屬材料；航天領(lǐng)域；熱處理；應(yīng)用
1前言
航天技術(shù)的發(fā)展不僅帶動(dòng)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而且還提高人民生活質(zhì)量，增強(qiáng)我國(guó)國(guó)防力量，當(dāng)今經(jīng)濟(jì)全球化，信息交往、各地之間業(yè)務(wù)往來(lái)，通信、交通等等都離不開航天技術(shù)所帶來(lái)的科技成果。金屬材料是我國(guó)航天領(lǐng)域發(fā)展不可或缺的材料，它比其他分子材料硬度高，耐熱性能好，與無(wú)機(jī)非金屬材料相比，金屬材料有具有很好的韌性，因此在我國(guó)航天領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛，為了更加了解用于航天技術(shù)的金屬材料，本文選擇了幾種常見的金屬進(jìn)行講述其在航天領(lǐng)域當(dāng)中的應(yīng)用以及相應(yīng)的熱處理工藝。
2鋁合金
2．1鋁合金在航天領(lǐng)域的應(yīng)用
鋁合金材料是航天領(lǐng)域用量最大的金屬材料，隨著科技的發(fā)展，各種復(fù)合材料都在不斷的發(fā)展，其性能也是優(yōu)越與一般金屬材料，雖然如此，但在航天領(lǐng)域鋁合金的使用依然占有很大比例，鋁合金具有優(yōu)越的耐磨性以及良好的抗撞擊性能總體性能優(yōu)越于一般金屬材料，，并且價(jià)格便宜，一般在航天領(lǐng)域的承載結(jié)構(gòu)中都使用鋁合金比如一些承載壁板，艙體結(jié)構(gòu)等。所以在航天領(lǐng)域具有很大的用處。
2．2鋁合金的熱處理工藝
在我國(guó)科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的前提下，航天技術(shù)對(duì)鋁合金的要求越來(lái)越嚴(yán)格，如何提高鋁合金的綜合性能是非常重要的任務(wù)之一，在研究過(guò)程中一方面是設(shè)計(jì)新型合金，一方面是對(duì)其熱處理的更新，利用先進(jìn)技術(shù)通過(guò)對(duì)鋁合金加熱處理，使得在高溫環(huán)境下變形，在經(jīng)過(guò)擠壓，使得鋁合金內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)更加緊密化，內(nèi)部的結(jié)晶程度更高，從而使得鋁合金在應(yīng)用中綜合性能更加優(yōu)秀。
3鈦合金
3．1鈦合金在航天領(lǐng)域的應(yīng)用
鈦合金在航天領(lǐng)域中具有很多用處，他與一般金屬相比，具有耐高溫、耐磨性能強(qiáng)，抗疲勞性能等優(yōu)點(diǎn)，一般在航天領(lǐng)域中，鈦合金運(yùn)用于機(jī)艙的主承力結(jié)構(gòu)，壓氣機(jī)葉片等等，在鈦合金的試用下，無(wú)論是高溫環(huán)境，還是超低溫環(huán)境都能保證長(zhǎng)時(shí)間持久的工作。因此隨著航天領(lǐng)域科技的不斷發(fā)展，鈦合金的使用量也是逐漸增多，是具有前景的一種金屬材料。
3．2鈦合金的熱處理工藝
鈦合金的熱處理工藝十分復(fù)雜，根據(jù)航天領(lǐng)域的不同需求，鈦合金的熱處理工藝也就不同，比如普通退火會(huì)使得鈦合金內(nèi)部的可塑性變高但與此同時(shí)也使得其強(qiáng)度變小，一般適用于一些飛行機(jī)器的零件，再比如雙重退火，其工藝應(yīng)用相比較而言稍微麻煩，處理之后的鈦合金硬度會(huì)升高，但其可塑性相對(duì)降低，適用于需求較高的飛行零件。鈦合金的熱處理工藝還包括等溫退火和固溶時(shí)效，根據(jù)航天領(lǐng)域不同需求以及應(yīng)用的不同領(lǐng)域，來(lái)選擇不同的熱處理工藝。
4超高強(qiáng)度鋼
4．1超高強(qiáng)度鋼在航天領(lǐng)域的應(yīng)用
超高強(qiáng)度鋼具有很強(qiáng)的硬度及韌性，正因?yàn)槠湫阅芤彩沟迷摻饘僭诤教祛I(lǐng)域的應(yīng)用量保持持續(xù)上升，一般該金屬適用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的殼體，飛行裝備的推動(dòng)器等所需高硬度的地方，正因如此對(duì)于在這種高壓強(qiáng)度下的金屬材料，其耐腐蝕性成為審核金屬實(shí)用性的一項(xiàng)重大指標(biāo)，如何提高超高強(qiáng)度鋼的韌性是當(dāng)前研究金屬工藝的重要課題。
4．2超高強(qiáng)度鋼的熱處理工藝
一般超高強(qiáng)度鋼都應(yīng)保持其高強(qiáng)度的特性，針對(duì)該金屬材料進(jìn)行熱處理時(shí)一般先進(jìn)行淬火，在960度左右的高溫下進(jìn)行淬取，使其內(nèi)部的含碳量降至最低，然后進(jìn)行低溫回火，提高材料的強(qiáng)度，隨著科技的發(fā)展，在高強(qiáng)度鋼的熱處理工藝中也有先進(jìn)的技術(shù)提高金屬的性能，比如奧氏體加工、馬氏加工，誘發(fā)相變等等。在經(jīng)過(guò)熱處理后的金屬一般適用于機(jī)器的整體構(gòu)架，高強(qiáng)度的零件等等。
5鎂合金
5．1鎂金屬材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用
鎂金屬材料在航天領(lǐng)域具有自身獨(dú)特的性能良好的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能以及對(duì)電磁的屏蔽性能使得鎂金屬在眾多金屬材料中脫穎而出，但鎂金屬卻又一定的缺陷，那就是不耐腐蝕，也正是因?yàn)樵撊秉c(diǎn)使得鎂金屬在應(yīng)用當(dāng)中，一些領(lǐng)域不能涉及當(dāng)中，比如產(chǎn)品的儲(chǔ)存、產(chǎn)品出制造都會(huì)帶來(lái)影響，鎂金屬適用于工藝復(fù)雜的大型鑄件，是我國(guó)金屬材料航天領(lǐng)域非常重要的文件，比如通信衛(wèi)星所使用的天線等等。
5．2鎂金屬材料的熱處理工藝
鎂金屬材料的處理工藝非常復(fù)雜，根據(jù)所需性能的不同其熱處理的加工工藝也就不同。一般鎂金屬的處理分為退火和固溶時(shí)效兩大類。在實(shí)際應(yīng)用中不同的淬火能力會(huì)使鎂金屬的性能得到不同程度的增減，從而應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。
6結(jié)語(yǔ)
我國(guó)航天技術(shù)的飛速發(fā)展，使得我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平并不斷提高，人民生活水平得到翻天覆地的變化，軍事力量也躋身進(jìn)入世界前列，是我國(guó)國(guó)防實(shí)力的一大利器，由此可見航天技術(shù)的重要性，本文講述了關(guān)于航天領(lǐng)域的幾種金屬，以及其性能，作用等等，隨著科技的發(fā)展，航天技術(shù)的不斷提高，我們應(yīng)研發(fā)更加適合航天技術(shù)的金屬材料，比如金屬間化合物、高溫合金等等，使得我國(guó)真正成為航天大國(guó)，實(shí)現(xiàn)中國(guó)的偉大復(fù)興。
作者：喻天罡 單位：中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所
摘要：對(duì)S38MnSiV驅(qū)動(dòng)輪工藝軸的3種結(jié)構(gòu)形式（光軸工藝軸，帶齒條、鍵槽工藝軸，去齒條、鍵槽工藝軸），在JB－50型靜扭試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行驅(qū)動(dòng)輪工藝軸靜扭試驗(yàn)．試驗(yàn)得出：光軸工藝軸的扭矩水平最高，去齒條、鍵槽工藝軸的扭矩水平次之，帶齒條、鍵槽工藝軸的扭矩水平最低．對(duì)引起扭矩變化的熱處理工藝分析可知，零件存在淬火過(guò)渡區(qū)時(shí)扭矩水平急劇下降，且其扭矩水平低于未經(jīng)表面淬火的零件．表面淬火和回火能夠減緩尖角效應(yīng)，而噴丸處理降低了表面壓應(yīng)力，致使拋丸零件的扭矩水平低于低溫回火的零件．
關(guān)鍵詞：驅(qū)動(dòng)輪工藝軸；靜扭矩；淬火過(guò)渡區(qū)；回火
驅(qū)動(dòng)輪軸是拖拉機(jī)的關(guān)鍵零部件，使用中要承受復(fù)雜的彎曲－扭轉(zhuǎn)載荷和較大的沖擊載荷，服役條件比較苛刻，是失效頻次較高和失效類型較多的零部件［1］．其不同部位經(jīng)常發(fā)生諸如脆斷或疲勞、扭轉(zhuǎn)或彎曲、正應(yīng)力或剪切應(yīng)力斷裂等失效形式．因此，驅(qū)動(dòng)輪軸本身必須具有較高的疲勞強(qiáng)力、較高的硬度和良好的耐磨性．隨著拖拉機(jī)載重量的提高和實(shí)際工況的改變，驅(qū)動(dòng)輪軸的直徑和感應(yīng)淬火有效硬化層深度也逐步被加大［2－3］．扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)雖不能顯示金屬的體積缺陷，但能夠反映表面硬化層的性能及表面缺陷，可用于研究各種表面強(qiáng)化工藝，檢查零件熱處理的表面質(zhì)量．在零件表面機(jī)加工質(zhì)量符合技術(shù)要求的情況下，表面硬化層深度對(duì)靜扭強(qiáng)力和扭轉(zhuǎn)疲勞壽命的影響較大．因此，本文擬通過(guò)靜扭試驗(yàn)為驅(qū)動(dòng)輪軸表面感應(yīng)淬火工藝設(shè)計(jì)及表面硬化層深度的合理確定提供依據(jù)．
1S38MnSiV工藝軸靜扭試驗(yàn)
1．1試驗(yàn)用工藝軸設(shè)計(jì)原則
由于原驅(qū)動(dòng)輪軸扭矩的一端是靠花鍵傳遞，另一端是靠驅(qū)動(dòng)輪軸與相關(guān)件（軸瓦）之間的摩擦力來(lái)實(shí)現(xiàn)的，與試驗(yàn)機(jī)夾具之間無(wú)法實(shí)施連接，進(jìn)行試驗(yàn)扭矩的傳遞，因此必須根據(jù)試驗(yàn)機(jī)夾具的結(jié)構(gòu)重新設(shè)計(jì)出可以和試驗(yàn)機(jī)之間進(jìn)行扭矩傳遞的試驗(yàn)工藝軸．試驗(yàn)工藝軸的設(shè)計(jì)原則為：軸兩端都為花鍵結(jié)構(gòu)，且進(jìn)行加粗；花鍵底徑尺寸不小于齒條外圓尺寸；花鍵模數(shù)與原結(jié)構(gòu)花鍵模數(shù)相同，使試驗(yàn)工藝軸的薄弱部位與驅(qū)動(dòng)輪軸實(shí)際使用中斷裂部位相符，即薄弱部位為軸的齒條根部、凸緣處和鍵槽尾部．
1．2試驗(yàn)材料與結(jié)構(gòu)
新設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)輪軸工藝試驗(yàn)用軸簡(jiǎn)稱驅(qū)動(dòng)輪工藝軸．驅(qū)動(dòng)輪工藝軸所用材料為S38MnSiV非調(diào)質(zhì)鋼．S38MnSiV驅(qū)動(dòng)輪工藝軸包括3種結(jié)構(gòu)形式：光軸工藝軸（圖1），帶齒條、鍵槽工藝軸，去齒條、鍵槽工藝軸．后兩種被統(tǒng)稱為鍵槽工藝軸（圖2）．
1．3試驗(yàn)過(guò)程
在國(guó)家拖拉機(jī)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心強(qiáng)力試驗(yàn)室進(jìn)行驅(qū)動(dòng)輪工藝軸靜扭試驗(yàn)．驅(qū)動(dòng)輪工藝軸靜扭試驗(yàn)是在JB－50型靜扭試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行的（圖3）．該試驗(yàn)機(jī)能實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、扭轉(zhuǎn)曲線的自動(dòng)繪制以及數(shù)據(jù)顯示和報(bào)告打印等功能．試驗(yàn)機(jī)機(jī)械部分由主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（扭矩輸出）、裝夾機(jī)構(gòu)、角度及扭矩測(cè)量系統(tǒng)組成．進(jìn)行扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，將驅(qū)動(dòng)輪工藝軸一端安裝在試驗(yàn)機(jī)的扭矩輸出端，另一端安裝在試驗(yàn)機(jī)平臺(tái)支撐尾座上，使試驗(yàn)軸的軸線與試驗(yàn)機(jī)軸線同軸．試驗(yàn)時(shí)按一定的方向緩慢連續(xù)施加扭矩，用檢測(cè)裝置自動(dòng)記錄扭矩及相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)角，并繪制扭矩－扭轉(zhuǎn)角曲線，直至軸發(fā)生破壞．
2試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析
2．1光軸工藝
軸光軸工藝軸（無(wú)鍵槽、臺(tái)階、齒條工藝軸）共6組15件．光軸工藝軸靜扭試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示．圓柱形試樣在扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)時(shí)，整個(gè)試樣長(zhǎng)度方向的塑性變形始終是均勻的，沒(méi)有頸縮現(xiàn)象．其截面及平行長(zhǎng)度基本上保持了原尺寸．與試樣軸線成45°的兩個(gè)斜面上承受最大正應(yīng)力，與試樣軸線平行和垂直的平面上承受最大切應(yīng)力．扭轉(zhuǎn)時(shí)試樣中的正應(yīng)力與切應(yīng)力在數(shù)值上大體相等，二者的比值接近于1．正火態(tài)未感應(yīng)淬火的光軸工藝軸及存在感應(yīng)淬火過(guò)渡區(qū)的光軸工藝軸斷裂位置均在未感應(yīng)淬火無(wú)淬硬層處．其斷裂面與試件軸線垂直，斷口平整，有回旋狀塑性變形痕跡，是由切應(yīng)力造成的切斷．表面感應(yīng)淬火通淬的光軸工藝軸，斷口起始于表面感應(yīng)淬火層．其斷裂面與試件軸線約成45°螺旋狀，是在正應(yīng)力作用下產(chǎn)生的正斷，為扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力的脆性斷裂，表現(xiàn)出對(duì)較深的有效硬化層深和高的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力相關(guān)性，是一種硬化層內(nèi)高聚集的彈性變形能量釋放結(jié)果．對(duì)光軸工藝軸不同感應(yīng)淬火區(qū)靜扭試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知：光軸工藝軸表面感應(yīng)淬火通淬后扭矩水平最高；正火態(tài)未感應(yīng)淬火的次之．表面感應(yīng)淬火是將鋼的表層加熱至臨界溫度以上，然后快速冷卻，得到硬的馬氏體表層．該硬層的體積較基體大，在零件表層形成殘余壓應(yīng)力，而殘余壓應(yīng)力的存在可抵消零件表面實(shí)際承受的一部分拉應(yīng)力即殘余壓應(yīng)力，能夠提高材料的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)力，因此零件抗扭水平提高．
2．2帶齒條、鍵槽工藝
軸帶齒條、鍵槽工藝軸（共6組17件）的靜扭試驗(yàn)數(shù)據(jù).對(duì)帶齒條、鍵槽工藝軸靜扭試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知：由于缺口效應(yīng)（零件表面的溝槽、棱角、截面的急劇變化處產(chǎn)生應(yīng)力集中，使強(qiáng)力下降，即缺口效應(yīng)）［4－5］，帶齒條、鍵槽工藝軸的齒條尾部、鍵槽底部的尖角是軸桿最薄弱的部位，成為扭轉(zhuǎn)斷裂的裂紋源．表面感應(yīng)淬火和拋丸強(qiáng)化均在零件表層形成殘余壓應(yīng)力．拋丸強(qiáng)化使材料表面產(chǎn)生的強(qiáng)化層深度有限，約為0．2～0．5mm，在強(qiáng)化層內(nèi)形成殘余壓應(yīng)力，強(qiáng)化層－未強(qiáng)化層之間為過(guò)渡拉應(yīng)力區(qū)，而表面感應(yīng)淬火產(chǎn)生的硬化層深度遠(yuǎn)大于拋丸強(qiáng)化，表面感應(yīng)淬火硬化層內(nèi)的殘余壓應(yīng)力因與拋丸強(qiáng)化層過(guò)渡區(qū)的拉應(yīng)力抵消而降低，即拋丸強(qiáng)化反而使表面感應(yīng)淬火硬化層殘余壓應(yīng)力有所降低．因此，帶齒條、鍵槽工藝軸表面通淬＋拋丸處理后的扭矩水平比表面感應(yīng)淬火通淬后的扭矩水平有所降低．表面感應(yīng)淬火可降低缺口敏感度，提高抗扭強(qiáng)力，而且?guī)X條、鍵槽工藝軸表面感應(yīng)淬火的過(guò)渡區(qū)相對(duì)于淬硬層而言，同樣是薄弱部位，成為扭轉(zhuǎn)斷裂的裂紋源．因此，帶齒條、鍵槽工藝軸在鍵槽底部、齒條尾部存在表面感應(yīng)淬火過(guò)渡區(qū)的扭矩水平均低于表面感應(yīng)淬火通淬后的扭矩水平，在相同斷裂部位與正火態(tài)未感應(yīng)淬火的扭矩水平相接近．通過(guò)表面感應(yīng)局部淬火來(lái)提高零件扭矩水平的作法不可取，設(shè)計(jì)零件表面感應(yīng)淬火工藝時(shí)應(yīng)盡量避免過(guò)渡區(qū)．
2．3去齒條、鍵槽工藝
軸去齒條、鍵槽工藝軸（共7組17件）的靜扭試驗(yàn)數(shù)據(jù).對(duì)去齒條、鍵槽工藝軸靜扭試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知：去齒條、鍵槽工藝軸表面感應(yīng)淬火通淬后硬化層深符合方案要求的，其扭矩水平最高，且在低溫回火磨削后其扭矩水平有所降低；表面通淬＋拋丸處理后，其扭矩水平降低；表面感應(yīng)淬火通淬后硬化層淺而不符合方案要求的工藝軸扭矩水平較低；正火態(tài)未感應(yīng)淬火的扭矩水平最低．由于缺口效應(yīng)，去齒條、鍵槽工藝軸的鍵槽底部尖角以及試件回火磨削終端臺(tái)階處是軸桿最薄弱的部位，成為扭轉(zhuǎn)斷裂的裂紋源．在去齒條、鍵槽工藝軸表面感應(yīng)淬火通淬后且硬化層符合方案要求的前提下，試件回火磨削后的扭矩水平降低且斷裂位置均位于回火磨削終端臺(tái)階處，說(shuō)明回火磨削終端臺(tái)階處應(yīng)力集中程度大于鍵槽底部尖角處應(yīng)力集中程度．表面感應(yīng)淬火硬化層深度對(duì)靜扭強(qiáng)力的影響規(guī)律為：隨著硬化層深度的增加，殘余壓應(yīng)力相應(yīng)增大，極限扭轉(zhuǎn)強(qiáng)力上升，承擔(dān)扭矩的能力大幅度提高；表面感應(yīng)淬火形成的殘余壓應(yīng)力可降低缺口敏感度，降低應(yīng)力集中程度．
拋丸強(qiáng)化在零件表層形成的殘余壓應(yīng)力，也能起到降低表面缺口效應(yīng)的作用［6－7］．去齒條、鍵槽工藝軸表面通淬＋拋丸處理后扭矩水平比表面感應(yīng)淬火通淬后扭矩水平有所降低的原因在于：表面感應(yīng)淬火和拋丸強(qiáng)化均在零件表層形成殘余壓應(yīng)力；拋丸強(qiáng)化使材料表面產(chǎn)生的強(qiáng)化層深度有限，約為0．2～0．5mm，在強(qiáng)化層內(nèi)形成殘余壓應(yīng)力，強(qiáng)化層－未強(qiáng)化層之間為過(guò)渡拉應(yīng)力區(qū)，而表面感應(yīng)淬火產(chǎn)生的硬化層深度遠(yuǎn)大于拋丸強(qiáng)化，表面感應(yīng)淬火硬化層內(nèi)殘余壓應(yīng)力因與拋丸強(qiáng)化層過(guò)渡區(qū)拉應(yīng)力抵消而降低，即拋丸強(qiáng)化反而使表面感應(yīng)淬火硬化層殘余壓應(yīng)力有所降低．由于拋丸強(qiáng)化使表面感應(yīng)淬火硬化層殘余壓應(yīng)力的降低大于低溫回火減少的殘余壓應(yīng)力，因此去齒條、鍵槽工藝軸表面通淬＋拋丸處理后的扭矩水平低于表面感應(yīng)淬火通淬低溫回火后的扭矩水平．
3靜扭試驗(yàn)結(jié)論
驅(qū)動(dòng)輪工藝軸不同結(jié)構(gòu)相同處理狀態(tài)下靜扭試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：光軸工藝軸的扭矩水平最高，去齒條、鍵槽工藝軸的扭矩水平次之，帶齒條、鍵槽工藝軸的扭矩水平最低．從試驗(yàn)結(jié)果可得出如下結(jié)論：①表面淬火零件的過(guò)渡區(qū)相對(duì)于淬硬層而言是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，是扭曲斷裂的裂紋源．零件存在的淬火過(guò)渡區(qū)扭矩水平急劇下降，其扭矩水平低于未經(jīng)表面淬火的零件，零件設(shè)計(jì)者和工藝人員在設(shè)計(jì)零件表面淬火要求時(shí)，應(yīng)盡量避免過(guò)渡區(qū)．②含有鍵槽、齒條的零件存在尖角敏感度，是裂紋的起源．其表面通淬后表層形成了壓應(yīng)力，降低了尖角敏感度，減緩了尖角效應(yīng)．同時(shí)，零件回火后，降低了尖角敏感度，減緩了尖角效應(yīng)．因此，存在尖角的零件必須回火，技術(shù)要求允許時(shí)應(yīng)提高回火溫度．③表面淬火后，拋丸處理降低了表面壓應(yīng)力；拋丸減少的壓應(yīng)力大于低溫回火減少的壓應(yīng)力，致使拋丸零件的扭矩水平低于低溫回火的零件．
作者：張曉偉1；張沈潔2 單位：1．機(jī)械工業(yè)第六設(shè)計(jì)研究院有限公司，2．第一拖拉機(jī)股份有限公司
[摘要]在石油鉆桿制造中，焊接區(qū)域的熱處理工藝至關(guān)重要，決定了產(chǎn)品制造是否合格。本文結(jié)合熱處理工藝，利用鐵碳合金相圖進(jìn)行分析，以便掌握熱處理工藝對(duì)焊區(qū)的影響。
[關(guān)鍵詞]鉆桿焊接；熱處理；淬火；高溫回火
石油鉆桿制造是在一根鉆桿管體的兩端采用摩擦焊接技術(shù)，分別焊接內(nèi)螺紋接頭和外螺紋接頭，并通過(guò)機(jī)械加工、熱處理、無(wú)損檢測(cè)和防腐等工藝完成鉆桿制造過(guò)程。摩擦對(duì)焊鉆桿主要以5英寸G105鉆桿為主。生產(chǎn)工藝流程成熟，其中焊接區(qū)域的熱處理工藝至關(guān)重要，決定了產(chǎn)品制造是否合格。現(xiàn)結(jié)合熱處理工藝，利用鐵碳合金相圖進(jìn)行分析，以便掌握熱處理工藝對(duì)焊區(qū)的影響。
1鉆桿焊區(qū)熱處理工藝簡(jiǎn)述
在完成G級(jí)鉆桿對(duì)焊后，通過(guò)中頻爐加熱方式對(duì)焊區(qū)進(jìn)行熱處理。焊區(qū)熱處理是鉆桿生產(chǎn)制造過(guò)程中的關(guān)鍵工藝，目的是使產(chǎn)品達(dá)到符合要求的機(jī)械性能，良好地應(yīng)用于鉆井生產(chǎn)。因此，熱處理工藝水平的高低直接決定了鉆桿對(duì)焊結(jié)果的優(yōu)劣，決定了鉆桿的質(zhì)量性能。
1.1鉆桿產(chǎn)品對(duì)焊制造過(guò)程經(jīng)過(guò)慣性
摩擦焊機(jī)對(duì)焊，管體和接頭熔為一體，并在焊縫區(qū)域產(chǎn)生兩條焊接飛邊。
1.2熱處理工藝
鉆桿焊區(qū)熱處理工藝依次為退火（之后切削掉焊接飛邊）、淬火、高溫回火。①退火：將焊區(qū)加熱到680℃，保溫190s左右，然后在空氣中冷卻至室溫。目的是降低硬度，改善切削性能，同時(shí)消除部分金屬內(nèi)應(yīng)力。②淬火：飛邊切削完成后，將焊區(qū)加熱到890℃（臨界溫度以上的某一溫度），保溫90s后，在淬火介質(zhì)中急速噴淋冷卻。目的是顯著提高硬度，但此時(shí)塑性和韌性都較差。③高溫回火：將焊區(qū)加熱到680℃（臨界溫度以下的某一溫度，高于500℃已屬于高溫回火），保溫360s后，隨爐冷至室溫。目的是消除內(nèi)應(yīng)力，降低脆性，提高韌性，達(dá)到使用性能（既有一定的強(qiáng)度、硬度，又有一定的塑性、韌性）。
1.3后序檢驗(yàn)
經(jīng)過(guò)熱處理工序后，對(duì)焊縫區(qū)域進(jìn)行打磨，加工至適當(dāng)?shù)拇植诙?。?jīng)過(guò)目視檢驗(yàn)和幾何尺寸測(cè)量后，檢定硬度，最終經(jīng)過(guò)磁粉和超聲探傷后，完成產(chǎn)品。按照相應(yīng)要求，定期定量選取試樣送檢，通過(guò)試驗(yàn)，對(duì)拉伸、彎曲、沖擊功、硬度、化學(xué)成分、金相分析等六項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，以此檢定產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)也是對(duì)熱處理工藝的檢定。
2鉆桿焊區(qū)熱處理工藝分析
鉆桿焊區(qū)熱處理工藝基于合理準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)，依靠穩(wěn)定的中頻爐設(shè)備和管體接頭材料，形成一套完整細(xì)致的熱處理流程。在已知管體和接頭材料以及熱處理流程的設(shè)計(jì)參數(shù)下，結(jié)合鐵碳合金相圖，簡(jiǎn)要分析焊縫區(qū)域在熱處理過(guò)程中隨溫度而變化的情況。管體材料為26CrMo4Si2，通常C元素含量（%）為0.23～0.29，Cr元素含量（%）為0.75～1.2，S和P的含量低于0.03，在圖3中，柱狀陰影部分為C元素含量（%）為0.23～0.29鋼件在淬火和回火過(guò)程中的溫度變化區(qū)域。點(diǎn)M為淬火過(guò)程中，管體鋼件加熱到臨界溫度以上的大致區(qū)域點(diǎn)（890℃），點(diǎn)N為高溫回火過(guò)程中，管體鋼件加熱到臨界溫度以下的大致區(qū)域點(diǎn)（680℃）?，F(xiàn)對(duì)淬火和高溫回火過(guò)程中，金相組織情況進(jìn)行分析。
2.1淬火過(guò)程分析。在淬火過(guò)程中，當(dāng)加熱溫度達(dá)到890℃時(shí)，M點(diǎn)已經(jīng)落入A區(qū)（即奧氏體區(qū)域），奧氏體是一種高溫組織，穩(wěn)定存在于圖示區(qū)域內(nèi)，此時(shí)表現(xiàn)出的主要特點(diǎn)是硬度低，塑性較高，經(jīng)過(guò)保溫過(guò)程，使鋼件完全奧氏體化后，在淬火介質(zhì)中迅速冷卻，目的是在溫度降至F（鐵素體）+P（珠光體）獲得馬氏體組織以及貝氏體組織（在260～400℃溫度區(qū)域）。獲得馬氏體組織后，馬氏體是一種不太穩(wěn)定相，是產(chǎn)生淬火應(yīng)力，導(dǎo)致變形開裂的主要原因，表現(xiàn)出硬度高，塑性、韌性差的特點(diǎn)，所以，淬火后的鋼件不能直接使用，需通過(guò)回火才能使用。
2.2高溫回火過(guò)程分析。在高溫回火過(guò)程中，再次加熱溫度達(dá)到680℃（低于727℃這一臨界溫度），在F（鐵素體）區(qū)域，淬火后獲得的馬氏體經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間保溫和緩慢冷卻過(guò)程后，演變成一種回火組織，即回火索氏體，是一種平衡穩(wěn)定組織，是熱處理過(guò)程后，想要獲得的組織。此時(shí)鋼件表現(xiàn)出良好的韌性和塑性，同時(shí)具有較高的強(qiáng)度，力學(xué)性能良好。在試樣的金相分析中，還會(huì)反映正常存在鐵素體組織和存在少量貝氏體組織以及良好的晶粒度情況。在分析熱處理工藝后，通過(guò)不斷優(yōu)選和調(diào)試參數(shù)，可以達(dá)到提高生產(chǎn)效率、擴(kuò)大產(chǎn)品系列和強(qiáng)化產(chǎn)品合格率的目的。
作者：徐剛 單位：大慶鉆探工程公司鉆技一公司
摘要：主要介紹了6061鋁合金的塑性成形技術(shù)和熱處理技術(shù)，并分析這兩種技術(shù)對(duì)高壓氣瓶性能的影響。此外，對(duì)各種固溶時(shí)效模式下制造的高壓氣瓶鋁內(nèi)膽進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)得內(nèi)膽的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度和延展率；并研究了在不同的熱處理時(shí)間和溫度下內(nèi)膽性能的改變。
關(guān)鍵詞：熱處理；固溶時(shí)效處理；拉伸強(qiáng)度；屈服強(qiáng)度；高壓氣瓶
0引言
目前，高壓氣瓶在航空航天、建筑、汽車制造等領(lǐng)域都得到廣泛的應(yīng)用，所以工程中對(duì)高壓氣瓶制造技術(shù)的要求越來(lái)越嚴(yán)格，企業(yè)需要制造性能更好、使用壽命更長(zhǎng)、成本更低的高壓氣瓶以滿足市場(chǎng)需求。影響高壓氣瓶壽命和制造成本的因素包括材料的塑性成形工藝、熱處理工藝、旋壓收口工藝和纖維鋪層等。由于鋁合金具有良好塑性成形技術(shù)，因此其逐漸取代了鋼材作為內(nèi)膽材料。高壓氣瓶的熱處理技術(shù)是指固溶時(shí)效處理，在高壓氣瓶的制造中，固溶時(shí)效熱處理可提高高壓氣瓶?jī)?nèi)膽的塑性成形能力和強(qiáng)度。
16061鋁合金塑性成形性能
為了提高高壓氣瓶的壽命和工作壓力，在高壓氣瓶的制造過(guò)程中，需要對(duì)其進(jìn)行自緊。當(dāng)對(duì)高壓氣瓶施加自緊壓力（約為1．5倍的工作壓力）時(shí)，如果自緊壓力超過(guò)內(nèi)膽的屈服極限，內(nèi)膽將發(fā)生塑性變形［1］。因?yàn)樽跃o，所以選取具有良好的塑性成形能力的6061鋁合金作為內(nèi)膽材料。6061鋁合金是經(jīng)熱處理預(yù)拉伸工藝生產(chǎn)的高品質(zhì)鋁合金產(chǎn)品，具有加工性能極佳、抗腐蝕性良好、韌性高及加工后不變形、材料致密無(wú)缺陷、氧化效果極佳等優(yōu)良特點(diǎn)。6061除了含有鎂和硅兩種合金元素，還含有一定的錳與鉻，能夠抵抗鐵的壞作用；此外，有時(shí)還含有少量的銅或鋅，可以提高合金強(qiáng)度。由于6061鋁合金優(yōu)良的塑性加工性能，因此各國(guó)的制造企業(yè)普遍采用6061鋁合金作為CNG－3型氣瓶的內(nèi)襯，其作用主要包括兩方面：①支撐芯模，為外層纖維提供形狀芯模以及纏繞時(shí)作為支撐工裝；②防止?jié)B漏，為瓶?jī)?nèi)高壓存儲(chǔ)的氣體介質(zhì)提供密封內(nèi)襯，以及為瓶口閥門連接提供金屬螺紋密封。內(nèi)襯的主要機(jī)械加工成形過(guò)程為：鋁錠擠壓拉伸成杯形體旋壓減薄齊口裁切旋壓收口熱處理螺紋加工?？梢?，內(nèi)襯塑性加工的步驟較多，且變形較大。另一方面，作為特種設(shè)備的高壓氣瓶，需要在服役期內(nèi)經(jīng)受多達(dá)15000次以上的高低壓充裝過(guò)程，且不得出現(xiàn)泄漏和開裂失效。由此可見，內(nèi)襯的塑形加工質(zhì)量是氣瓶整體使用性能的重要保障，使用6061鋁合金作為內(nèi)膽，不僅可提高高壓氣瓶的使用壽命，而且節(jié)約了原材料。
2熱處理工藝分析
熱處理技術(shù)對(duì)高壓氣瓶的壽命有著很大的影響。對(duì)鋁內(nèi)膽的設(shè)計(jì)要求為：抗拉強(qiáng)度大于325MPa，屈服強(qiáng)度大于276MPa，延伸率大于12％，對(duì)所選的6061鋁合金內(nèi)膽進(jìn)行固溶時(shí)效處理［2］。鋁合金的固溶熱處理是將鋁合金加熱至高溫單相區(qū)恒溫保持，使過(guò)剩相充分溶解并快速冷卻的熱處理工藝方法。在固溶過(guò)程中，使各相成分相互溶解，強(qiáng)化固溶體，消除軟化。進(jìn)行固溶熱處理主要是為了改善鋁合金的韌性和塑性并為以后沉淀硬化處理做準(zhǔn)備。鋁合金熱處理中的固溶熱處理和鋼的淬火在工藝上是相似的，淬火是為了獲得馬氏體，從而提高工件的強(qiáng)度和硬度，往往與回火在一起成為一道工序，而固溶熱處理主要為了消除析出相。時(shí)效熱處理分為自然時(shí)效和人工時(shí)效［3］兩種方法，自然時(shí)效是將工件置于露天的場(chǎng)地半年以上，使其慢慢地發(fā)生變形，從而使殘余應(yīng)力減少或消除；人工時(shí)效是將鑄件加熱到550℃～650℃進(jìn)行殘余應(yīng)力去除，它比自然時(shí)效去除應(yīng)力的時(shí)間短，去除的較為徹底，獲得的零件性能更好，所以在鋁內(nèi)膽熱處理時(shí)采用人工時(shí)效方法。時(shí)效強(qiáng)化是鋁合金在固溶熱處理后進(jìn)行的，可以很大程度地提高鋁合金的強(qiáng)度，固溶時(shí)效強(qiáng)化是高壓氣瓶制造中重要的技術(shù)之一。
3熱處理工藝對(duì)鋁內(nèi)膽性能的影響
固溶時(shí)效處理影響著鋁合金內(nèi)膽的力學(xué)性能，本文對(duì)不同的固溶時(shí)效熱處理模式下制造的高壓氣瓶進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，測(cè)試內(nèi)膽的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延展率。
4結(jié)論
本文分析了6061鋁合金的塑性成形技術(shù)和熱處理技術(shù)與高壓氣瓶?jī)?nèi)膽性能的關(guān)系，研究了固溶時(shí)效熱處理工藝對(duì)高壓氣瓶?jī)?nèi)膽性能的影響，并選擇合適的固溶時(shí)效熱處理，使所試制的高壓氣瓶金屬內(nèi)膽能夠獲得更好的性能，對(duì)于低壓或高壓氣瓶的制造都有很大的幫助，降低了在制造過(guò)程中的不良品率，節(jié)約了成本，提高了氣瓶?jī)?nèi)膽的使用壽命。
作者：陳瀟灑；盧敏 單位：南京航空航天大學(xué)
摘要：近些年來(lái)，《金屬材料與熱處理》該門課程教學(xué)水平得到了進(jìn)一步提升，但仍然存在一些問(wèn)題，例如學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高，注意力不集中等等，這些問(wèn)題的存在，嚴(yán)重阻礙了學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，不利于學(xué)生今后的學(xué)習(xí)和就業(yè)。本人系統(tǒng)的闡述了《金屬材料與熱處理》該門課程的教學(xué)改革路徑旨在進(jìn)一步提高課堂教學(xué)水平，實(shí)現(xiàn)高職院校的全面發(fā)展。
關(guān)鍵詞：金屬材料；教學(xué)改革；學(xué)習(xí)興趣
作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課程，《金屬材料與熱處理》對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，其主要研究的是金屬材料的相關(guān)知識(shí)，包括金屬材料成分以及組織等等。金屬材料熱處理，通常情況下是通過(guò)改變金屬材料的成分和組織形式來(lái)實(shí)現(xiàn)金屬材料的熱處理，從而達(dá)到我們預(yù)期的目的。通過(guò)該門課程，學(xué)生能夠?qū)饘俨牧系男阅苡兴私?，并在此基礎(chǔ)上熟練掌握金屬材料熱處理的工藝方式。因此我們必須對(duì)《金屬材料與熱處理》該門課程進(jìn)行教學(xué)改革，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，實(shí)現(xiàn)教學(xué)的可持續(xù)發(fā)展。
1培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生注意力
教師在具體教學(xué)活動(dòng)中，應(yīng)當(dāng)從學(xué)生的實(shí)際情況出發(fā)，靈活的應(yīng)用多元的教學(xué)方式，使學(xué)生掌握金屬材料熱處理的相關(guān)技能。例如教師在教學(xué)活動(dòng)中，可以通過(guò)舉例論證和類比論證等方式實(shí)現(xiàn)教學(xué)，將教學(xué)內(nèi)容從學(xué)生的生活實(shí)際有機(jī)結(jié)合在一起。在向?qū)W生介紹金屬材料時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)避免概念的照搬，應(yīng)從學(xué)生的生活情況出發(fā)舉例論證，例如易拉罐是用鋁做的，電視線是銅芯的，金項(xiàng)鏈?zhǔn)墙鹱龅牡鹊?，這樣可以使廣大學(xué)生了解金屬材料的性質(zhì)，并明確金屬材料的應(yīng)用范圍。與此同時(shí)，教師還一可以將所要教授的內(nèi)容同我國(guó)歷史實(shí)際情況結(jié)合在一起。眾所周知，“淬火”這一概念早在我國(guó)古代時(shí)期就已經(jīng)興起，并以熱處理的發(fā)展史為線索得到了進(jìn)一步的發(fā)展，在講述著一支試試，教師就可以引用三國(guó)時(shí)期諸葛亮帶兵打仗這一典故，將這一支是灌輸給學(xué)生。這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)一步提高學(xué)生學(xué)習(xí)的注意力，使學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。
2加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，打造校企合作教學(xué)模式
《金屬材料與熱處理》單門課程存在較為嚴(yán)重的重理論輕實(shí)踐現(xiàn)象。理論課程占所有課程的比重為3/4以上，而實(shí)踐課程的學(xué)時(shí)占所有課時(shí)的比重僅為1/4，這種現(xiàn)象導(dǎo)致學(xué)生實(shí)踐能力不強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不高的現(xiàn)象。很多學(xué)生表示，在其看來(lái)《金屬材料與熱處理》這門課程僅僅是一門理論課程，考試時(shí)僅注意理論知識(shí)的學(xué)習(xí)就可以達(dá)到很高的分?jǐn)?shù)，這在一定程度上造成了學(xué)生對(duì)該門課程的認(rèn)識(shí)偏差。為此，各院校應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，為廣大學(xué)生添置大量的實(shí)習(xí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，并在此基礎(chǔ)上將教室搬到實(shí)驗(yàn)室，這樣做一方面可以滿足學(xué)生不斷提升自身實(shí)踐能力的需求，另一方面，也可以進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的培訓(xùn)力度，可以說(shuō)是一舉多得。與此同時(shí)，各院校還應(yīng)當(dāng)與企業(yè)進(jìn)行聯(lián)系，打造校企合作教學(xué)模式。之所以這樣做的主要原因在于，該門課程的絕大多數(shù)實(shí)驗(yàn)難以在學(xué)校實(shí)現(xiàn)，需要企業(yè)參與到教學(xué)活動(dòng)中來(lái)，這樣可以彌補(bǔ)院校實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Σ蛔愕膯?wèn)題。教師在校企合作模式中，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮自身的作用，帶領(lǐng)學(xué)生到企業(yè)進(jìn)行實(shí)習(xí)，了解企業(yè)的運(yùn)行模式以及企業(yè)在金屬材料熱處理中的發(fā)展趨勢(shì)，并其帶頭作用，與學(xué)生進(jìn)行廣泛的溝通和交流，了解學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的問(wèn)題并給予解決，這樣學(xué)生能夠快速的掌握該門技術(shù)。
3建立全方面的評(píng)價(jià)體系，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)
傳統(tǒng)考核評(píng)價(jià)大多以知識(shí)評(píng)價(jià)為主，紀(jì)在學(xué)期末的時(shí)候，通過(guò)一張?jiān)嚲砹私鈱W(xué)生的學(xué)習(xí)情況，這種考核模式雖然能夠體現(xiàn)學(xué)期內(nèi)該門課程的教學(xué)水平，但也暴露出一些問(wèn)題，例如導(dǎo)致學(xué)生對(duì)該門課程存在認(rèn)識(shí)偏差，對(duì)學(xué)生考核不全面等問(wèn)題。在這種考核模式下，學(xué)生僅會(huì)死讀書，而不會(huì)將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到具體實(shí)踐當(dāng)中去，這樣做不利于學(xué)生的成長(zhǎng)。筆者通過(guò)長(zhǎng)期的研究與實(shí)踐認(rèn)為，評(píng)價(jià)體系應(yīng)當(dāng)成為公認(rèn)的衡量教學(xué)效果的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)對(duì)學(xué)生的實(shí)際情況進(jìn)行全面考核，只有這樣才能夠發(fā)揮其應(yīng)有的作用。為此應(yīng)當(dāng)建立健全評(píng)價(jià)體系，將課堂考察和課堂提問(wèn)以及口頭測(cè)驗(yàn)和實(shí)踐活動(dòng)等內(nèi)容融入到課堂評(píng)價(jià)體系中，增強(qiáng)廣大學(xué)生的自律意識(shí)，進(jìn)一步提高其主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，使學(xué)生做到認(rèn)識(shí)自我，不斷的調(diào)整自我，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展。除此之外，在考核命題上，廣大教師應(yīng)當(dāng)做到與職業(yè)資格考試接軌，盡可能的減少理論考核內(nèi)容，增加主觀分析類型的考核，使學(xué)生在學(xué)習(xí)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，能夠?qū)π袠I(yè)資格考試有所了解，并實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)生理論與實(shí)踐技能的全方面考察。
4結(jié)語(yǔ)
總而言之，我們可以通過(guò)舉例教學(xué)和類比教學(xué)等方式實(shí)現(xiàn)學(xué)生注意力的集中，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，活躍課堂氣氛。當(dāng)然我們也應(yīng)當(dāng)充分意識(shí)到，羅馬非一日建成，《金屬材料與熱處理》該門課程的教學(xué)改革也非一日之功，但千里之行始于足下，我們可以從點(diǎn)滴小事做起，通過(guò)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性等方式使學(xué)生感知知識(shí)，牢固的掌握知識(shí)。
作者：蔡英 單位：柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院
摘要：對(duì)比幾種不同的熱處理工藝，通過(guò)選擇合適的感應(yīng)線圈，選用PAG水溶性淬火劑并匹配PAG水溶性淬火劑濃度，同時(shí)改進(jìn)最終高頻淬火工藝，使軸的相關(guān)性能滿足產(chǎn)品要求。
關(guān)鍵詞：高頻淬火工藝；PAG水溶性淬火劑；PAG水溶性淬火劑濃度；感應(yīng)線圈
雨刮軸主要用于傳遞刮水器電機(jī)輸出力矩給雨刮機(jī)構(gòu)直至雨刮臂，軸材料一般為SAE1144或40Cr，但軸螺紋處抗扭力矩設(shè)計(jì)要求大于30N．m且無(wú)損傷。在不經(jīng)過(guò)任何處理方式的情況下，軸螺紋抗扭力矩是不能滿足設(shè)計(jì)要求的。
1選擇熱處理工藝
熱處理工藝就是將材料在固態(tài)下通過(guò)加熱、保溫和冷卻，使其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，以獲得預(yù)期的性能。但是，熱處理工藝有很多種，如退火及正火、淬火、回火及失效、表面淬火、化學(xué)熱處理、形變熱處理，采取何種熱處理方式更經(jīng)濟(jì)更適用，且又能滿足產(chǎn)品要求呢？為此，采取了三種方案加工雨刮擺軸：①采用SAE1144經(jīng)過(guò)高頻淬火；②采用SAE1144經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理；③采用40Cr材料經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理。三種方案存在的問(wèn)題：第一種方案經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，就現(xiàn)有的設(shè)備及加工工藝，采取目前的相關(guān)設(shè)備儀器及工藝方法加工的零件螺紋處力矩沒(méi)有到達(dá)要求就脆斷，滾花處經(jīng)過(guò)鉚接后，淬火層掉塊，扭矩不滿足設(shè)計(jì)要求；第二種方案加工工藝流程冗長(zhǎng)，調(diào)質(zhì)處理需要外委，加工周期長(zhǎng)，半成品堆積時(shí)間長(zhǎng)，而且扭矩達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，零件還有脆斷的風(fēng)險(xiǎn)；第三種方案扭矩雖然能滿足設(shè)計(jì)要求，但是零件還有脆斷的風(fēng)險(xiǎn)，而且調(diào)質(zhì)處理需要外委，加工周期長(zhǎng)，產(chǎn)品產(chǎn)量大，半成品堆積時(shí)間長(zhǎng)。分析三種方案存在的問(wèn)題，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)狀，為了減少物流環(huán)節(jié)，降低生產(chǎn)成本，合理使用高效設(shè)備和啟用閑置設(shè)備即高頻淬火爐，必須采用第一種方案。
2熱處理高頻淬火工藝可行性的分析及工藝存在問(wèn)題
2．1高頻淬火工藝可行性的分析
（1）高頻淬火的原理是將工件放在感應(yīng)器中，當(dāng)感應(yīng)器中通過(guò)交變電流時(shí)，在感應(yīng)器周圍產(chǎn)生與電流頻率相同的交變磁場(chǎng)，在工件中相應(yīng)地產(chǎn)生了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，在工件表面形成感應(yīng)電流，即渦流。這種渦流在工件的電阻作用下，電能轉(zhuǎn)化為熱能，使工件表面溫度達(dá)到淬火加熱溫度，可實(shí)現(xiàn)表面淬火。采用高頻淬火有如下優(yōu)點(diǎn)：①熱源在工件表層，加熱速度快，熱效率高。②工件因不是整體加熱，變形小，可以用在零件精加工后進(jìn)行。③工件加熱時(shí)間短，表面氧化脫碳量少。④工件表面硬度高，缺口敏感性小，沖擊韌性、疲勞強(qiáng)度以及耐磨性等均有很大提高。有利于發(fā)揮材料的潛力，節(jié)約材料消耗，提高零件使用壽命。
（2）對(duì)材料成分適用于高頻淬火可行性進(jìn)行分析，通過(guò)對(duì)SAE11144材料成本的分析，該材料含碳量為0．37％－0．45％之間，還有Mn、P、S、Si等，屬于中碳易切削鋼，完全可以采用高頻淬火。該材料高頻淬火后的最終熱處理分析，高頻處理將材料零件加熱到臨界點(diǎn)以上某一溫度（相當(dāng)于45號(hào)鋼淬火溫度為840－860℃，），保持一定的時(shí)間，得到奧氏體，然后以適當(dāng)?shù)睦鋮s速度獲得馬氏體組織。馬氏體組織是鋼經(jīng)淬火后獲得的不平衡組織，它的硬度高，但塑性、韌性差，因此必須經(jīng)過(guò)回火處理，為了不降低鋼的硬度，以及廠內(nèi)現(xiàn)有回火設(shè)備，采用低溫回火主要是消除內(nèi)應(yīng)力，降低鋼的脆性?；鼗饻囟瘸踹x擇165℃～178℃，在這個(gè)溫度回火可以得到回火馬氏體。
2．2工藝中存在問(wèn)題
（1）確定高頻淬火的有效區(qū)域。作為高頻淬火的有效區(qū)域的依據(jù)是：根據(jù)產(chǎn)品使用情況，螺紋及滾花處是需要承受抗扭力矩的，需要進(jìn)行高頻處理為高頻有效區(qū)域外，其余部分不需要進(jìn)行高頻淬火，原材料就能滿足產(chǎn)品性能要求。
（2）高頻淬火硬化層深度分析，一般硬化層深度δ＝（10～20）％D，D為工件的有效直徑，因此取硬化層深度δ＝（10～20）％D＝（0．1～0．2）×6＝0．6～1．2，取中間值0．9，經(jīng)過(guò)對(duì)高頻設(shè)備參數(shù)的摸索及加工經(jīng)濟(jì)性，采用功率1、功率3都不滿足硬化層深度要求，只有功率2，刻度對(duì)8滿足要求。
（3）初步實(shí)施高頻淬火，采用目前使用的感應(yīng)線圈，淬火劑為水淬，回火設(shè)備，調(diào)試程序參數(shù)：采用功率2，刻度對(duì)8，走刀速度600～800，加熱停頓時(shí)間1s，高頻有效區(qū)按圖示進(jìn)行，回火溫度165℃～178℃，保溫2～2．5小時(shí)，雖說(shuō)硬化層深度約0．8mm，高頻有效區(qū)域硬度分布為HRC37～57，雖然軸螺紋處力矩有所提高，但有10％脆斷的風(fēng)險(xiǎn)，硬度分布范圍大，還是不滿足圖紙要求。
（4）通過(guò)上述驗(yàn)證和查閱相關(guān)高頻淬火技術(shù)資料；1、軸螺紋經(jīng)過(guò)高頻淬火后脆斷原因：①采用高頻感應(yīng)電流快速對(duì)材料進(jìn)行加熱，使零件表層瞬間形成奧氏體，由于加熱后還要通過(guò)感應(yīng)線圈才能冷卻，因此在保溫這段時(shí)間，奧氏體晶粒繼續(xù)長(zhǎng)大，過(guò)了感應(yīng)線圈卻又用水快速冷卻，奧氏體晶粒越大，冷卻后的組織越粗大，使材料的力學(xué)性能尤其是沖擊韌性變壞。冷卻速度快，會(huì)使鋼中內(nèi)應(yīng)力增大，引起鋼件的變形，甚至開裂。2、硬度不均勻原因：沒(méi)有配備穩(wěn)壓電源，同時(shí)啟用多臺(tái)機(jī)床，電壓不穩(wěn)定造成。感應(yīng)線圈與工件之間的間隙越大，熱效率越低，還參雜空氣氣流，會(huì)導(dǎo)致加熱擴(kuò)散。
3高頻淬火技術(shù)問(wèn)題的改進(jìn)及效果驗(yàn)證
3．1改進(jìn)方案
（1）采購(gòu)與雨刮擺軸匹配的感應(yīng)線圈，理論要求間隙為1～3（不大于5），實(shí)際采購(gòu)內(nèi)徑感應(yīng)線圈與零件外徑配合間隙在2．5－2．75之間。
（2）采購(gòu)與SAE1144材料匹配的淬火劑（PAG水溶性淬火劑）。
（3）采購(gòu)檢測(cè)PAG水溶性淬火劑濃度的折光儀，用來(lái)控制劑濃度。
（4）配備穩(wěn)壓電源。
3．2實(shí)施方案
（1）控制程序：采用功率2，刻度對(duì)8，走刀速度600～700，螺紋處加熱停頓時(shí)間1s，滾花加熱處停頓時(shí)間2s，高頻有效區(qū)按圖示加工。
（2）配制淬火濟(jì)濃度8％。
（3）回火溫度：使用溫度均勻的烘箱，零件放置于烘箱，隨爐升問(wèn)溫至165℃～178℃，保溫2～2．5h，取出零件，自然冷卻。
（4）配備穩(wěn)壓電源。
3．3方案效果驗(yàn)證
硬度高頻表面局部淬火后再經(jīng)低溫回火后，零件組織為淬硬層加心部組織，其中淬硬層又分為：表面層及過(guò)渡層，用金相顯微鏡測(cè)量淬硬層深度0．916mm，零件經(jīng)過(guò)表面處理后，其各層的硬度是不同的，從表面、過(guò)渡層到心部，硬度逐漸降低。隱針狀馬氏體，一般中碳鋼快速加熱時(shí)，會(huì)得到極細(xì)的奧氏體晶粒，淬火之后得到極細(xì)的條狀和片狀馬氏體的混合組織，在顯微鏡下看不出馬氏體的形態(tài)特征，是一種隱針狀馬氏體，該馬氏體具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性能，既有較高的強(qiáng)度，又有良好的塑性和韌性，其αk值和KIC值均比較高，冷脆性轉(zhuǎn)變溫度較低，在生產(chǎn)中是廣為應(yīng)用的理想淬火組織，是一種強(qiáng)韌化組織。對(duì)軸的螺紋力矩及滾花處力矩進(jìn)行3個(gè)不同批次并每批次測(cè)試20件，軸螺紋抗扭力矩都能達(dá)到30N．m以上，滾花處力矩滿足設(shè)計(jì)要求，且較為穩(wěn)定。通過(guò)更改加熱的感應(yīng)線圈內(nèi)徑，增加適量的PAG水溶性淬火劑，以及更改回火參數(shù)，得到極細(xì)的條狀和片狀馬氏體的混合組織，在顯微鏡下看不出馬氏體的形態(tài)特征，是一種隱針狀馬氏體，該馬氏體具有優(yōu)良的強(qiáng)韌性能，既有較高的強(qiáng)度，又有良好的塑性和韌性，能使軸螺紋的抗扭力矩達(dá)到30N．m以上，滿足設(shè)計(jì)要求，且較為穩(wěn)定。
作者：楊治英 單位：貴陽(yáng)萬(wàn)江航空機(jī)電有限公司
摘要：
金屬材料與熱處理是機(jī)械類專業(yè)的基礎(chǔ)課，內(nèi)容涉及面廣，專業(yè)術(shù)語(yǔ)多，教學(xué)難度大。根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐及知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，以提高教學(xué)效果為目的，提出行之有效的教學(xué)方法，為提高該課程的教學(xué)質(zhì)量提供參考。
關(guān)鍵詞：
教學(xué)方法；實(shí)驗(yàn)；多媒體；學(xué)習(xí)興趣
金屬材料與熱處理是機(jī)械類專業(yè)必修的技術(shù)基礎(chǔ)課，理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)，課程內(nèi)容涉及面廣，且專業(yè)術(shù)語(yǔ)和抽象性概念較多，學(xué)生很難理解和掌握，其中晦澀難懂術(shù)語(yǔ)的掌握難度最大。針對(duì)以上情況，教師應(yīng)深入研究教學(xué)方法，采取多種教學(xué)方法達(dá)到教學(xué)目。根據(jù)多年的教學(xué)實(shí)踐及知識(shí)間的內(nèi)在聯(lián)系，以提高教學(xué)效果為目的，研究多樣化的教學(xué)方法，為提高該課程的教學(xué)質(zhì)量提供參考。
1把握教學(xué)重點(diǎn)金
屬材料與熱處理課程由2個(gè)部分組成，分別是金屬材料和熱處理。以材料性能為例，重點(diǎn)解析教學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容。在實(shí)踐中，學(xué)生首先接觸的是材料用途。材料用途和工作條件對(duì)材料性能提出相應(yīng)的要求，如刀具硬度要高，坦克履帶的耐磨性要好。材料性能會(huì)隨周圍介質(zhì)的變化而變化，這取決于其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)對(duì)周圍介質(zhì)的適應(yīng)性。周圍介質(zhì)的組織結(jié)構(gòu)不同，材料的性能也不同；在液態(tài)組織和固態(tài)組織中，材料的性能也不同。材料性能不同的主要原因是成分比例配對(duì)不同。只有找到合適的比例，才能配對(duì)出適用的材料。在教學(xué)中，老師應(yīng)掌握“要了解材料用途必須先了解材料性能”這個(gè)關(guān)鍵，抓住教授課程的重點(diǎn)內(nèi)容，一層一層地深入研究，并把這些理論傳授給學(xué)生。
2改進(jìn)課堂教學(xué)方法
2．1運(yùn)用生活實(shí)例講課
在教學(xué)中，教師可選擇學(xué)生熟悉且與教學(xué)內(nèi)容有關(guān)的生活實(shí)例，激發(fā)學(xué)生的興趣，使學(xué)生們參與到課堂教學(xué)中，提高教學(xué)質(zhì)量。例如，老師講解金屬材料的概念時(shí)，不應(yīng)只局限于教材，而是應(yīng)該引導(dǎo)學(xué)生列舉生產(chǎn)、生活中熟悉的金屬制品，如鑄鐵制做的鐵鍋、黃銅制做的彈殼、鎂鋁合金制做的照相機(jī)和計(jì)算機(jī)外殼等，增加學(xué)生對(duì)金屬材料的感性認(rèn)識(shí)。此后再講解金屬的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、耐高溫性時(shí)，學(xué)生們就會(huì)興趣盎然。
2．2多用多媒體教學(xué)
隨著現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，多媒體教學(xué)方法得到普遍應(yīng)用。多媒體教學(xué)具有信息容量大、直觀形象、易于接受等特點(diǎn)。在進(jìn)行金屬材料與熱處理課程教學(xué)時(shí)，可以收集大量與教學(xué)內(nèi)容緊密相關(guān)的短片、圖片及三維動(dòng)畫，展示材料組織結(jié)構(gòu)、合金的凝固與擴(kuò)散過(guò)程、鋼的加熱及冷卻、鐵碳合金相圖等，把抽象的內(nèi)容通過(guò)生動(dòng)的視頻表達(dá)出來(lái)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解。工廠生產(chǎn)、加工設(shè)備工作過(guò)程及具體工藝操作，通過(guò)視頻演示可以極大地發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鞏固傳統(tǒng)理論教學(xué)效果。
2．3培養(yǎng)學(xué)生查閱資料能力
學(xué)生在學(xué)習(xí)或工作中，只有不斷提高自身的職業(yè)素養(yǎng)和職業(yè)技能，才能更好地服務(wù)于企業(yè)。其中，查閱和應(yīng)用資料手冊(cè)是學(xué)生必須掌握的技能之一。在教學(xué)過(guò)程中，教師有目的地布置應(yīng)用、查閱表格、圖表、手冊(cè)的任務(wù)，可以逐漸加強(qiáng)學(xué)生查閱和應(yīng)用資料的能力。在講課過(guò)程中，老師應(yīng)借用曲線、圖像、表格等內(nèi)容表達(dá)、分析授課內(nèi)容，并指導(dǎo)學(xué)生查表、對(duì)照、換算，培養(yǎng)其相關(guān)能力。例如，要求學(xué)生對(duì)所選擇材料的熱處理加熱溫度、冷卻方式及能達(dá)到的性能等進(jìn)行比較。這樣的查閱訓(xùn)練，可使學(xué)生加深圖像、表格、曲線的認(rèn)知程度，加強(qiáng)常用鋼材熱處理規(guī)范及其性能等數(shù)據(jù)的查詢熟練度。
3增強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)
金屬材料與熱處理課程與生產(chǎn)實(shí)踐密切相關(guān)，是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科。在學(xué)院實(shí)驗(yàn)設(shè)施和經(jīng)費(fèi)不足的情況下，為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、提高教學(xué)質(zhì)量，老師應(yīng)積極創(chuàng)造條件，設(shè)計(jì)一些易于操作的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證理論內(nèi)容。
3．1增加課堂實(shí)驗(yàn)
在講授金屬材料的力學(xué)性能———硬度時(shí)，可以讓同學(xué)們比較石頭和粉筆的硬度。用簡(jiǎn)單易做的實(shí)例展示不同材料的硬度差別，既淺顯又易懂，還有助于提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
3．2加強(qiáng)實(shí)訓(xùn)操作
可在鉗工實(shí)訓(xùn)室進(jìn)行鋼火花鑒別實(shí)驗(yàn)。老師課前先做好準(zhǔn)備工作：粗的低碳鋼鐵釘及報(bào)廢的中碳鋼車刀柄、高碳鋼鏨子、高速鋼白鋼條，讓學(xué)生在砂輪機(jī)上磨削這4種合金鋼，讓其觀察合金鋼火花的形態(tài)、亮度、色彩差別，老師再對(duì)鋼火花鑒別實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析、歸納、總結(jié)，使學(xué)生明確其鑒別原理和方法。采用這種方法，可以使學(xué)生的知識(shí)得到鞏固、消化和升華。
3．3參觀科研院所
目前，遼寧省鐵嶺技師學(xué)院機(jī)械專業(yè)的教學(xué)條件有限，實(shí)驗(yàn)設(shè)備和師資力量比較匱乏。在此情況下，教師可以與一些科研機(jī)構(gòu)取得聯(lián)系，帶領(lǐng)學(xué)生到科研機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室參觀，即彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不足，增長(zhǎng)學(xué)生見識(shí)。如在講授金屬力學(xué)性能時(shí)，可以帶領(lǐng)學(xué)生去科研機(jī)構(gòu)參觀，材料拉伸實(shí)驗(yàn)、硬度測(cè)試、沖擊韌性實(shí)驗(yàn)、用光譜議檢測(cè)元素等，都可以采用參觀的方式教學(xué)。參觀及科研人員講解，可使學(xué)生驗(yàn)證理論，開拓知識(shí)視野。
3．4增設(shè)綜合性實(shí)驗(yàn)
綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)可以把實(shí)驗(yàn)和理論知識(shí)串連起來(lái)，有效鞏固所學(xué)知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的參與意識(shí)，提高他們分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。比如在進(jìn)行金相組織觀察實(shí)驗(yàn)時(shí)，為避免單純利用顯微鏡觀察枯燥，可對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，選擇一些材料加工企業(yè)熱處理后的報(bào)廢、過(guò)熱和過(guò)燒零件，讓學(xué)生將其與合格零件進(jìn)行比較，先完成性能檢測(cè)，再觀察金相組織，最后依據(jù)所學(xué)理論加以解釋。要完成這些工作，必須查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料或與教師進(jìn)行討論，可使學(xué)生的參與興趣得到極大提高，對(duì)實(shí)際零件的不同處理狀態(tài)有更深層次認(rèn)識(shí)。
4結(jié)語(yǔ)
在金屬材料與熱處理課程教學(xué)中，教師必須深入研究教學(xué)方法，根據(jù)課程特點(diǎn)采用行之有效的效學(xué)方法，充分調(diào)動(dòng)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。采用舉例、多媒體、實(shí)驗(yàn)教學(xué)的目的是激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲望，提高他們的綜合素質(zhì)，為現(xiàn)代社會(huì)培養(yǎng)高技能人才。
作者:劉智生 單位:遼寧省鐵嶺技師學(xué)院
摘要：
隨著我國(guó)環(huán)境問(wèn)題的日益突出，在制造業(yè)中，產(chǎn)能提升和環(huán)境保護(hù)成為了普遍的共識(shí)。在制造業(yè)中，運(yùn)用科學(xué)的金屬材料熱處理技術(shù)，能夠減少污染氣體的排放量，可以有效地提升金屬制造業(yè)的環(huán)境效益。在制造業(yè)激烈競(jìng)爭(zhēng)的當(dāng)下，制造技術(shù)的先進(jìn)是產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力的保證，熱處理技術(shù)的先進(jìn)程度則是保證機(jī)械產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，文章將著重分析金屬材料的熱處理節(jié)能技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)。
關(guān)鍵詞：
金屬材料；熱處理；節(jié)能技術(shù)；應(yīng)用進(jìn)展
制造業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，制造業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)衍生出很多污染性氣體，同時(shí)制造業(yè)的節(jié)能環(huán)保效益也不高。隨著金屬制造業(yè)的快速發(fā)展，在制造業(yè)生產(chǎn)與發(fā)展過(guò)程中，注重其環(huán)保節(jié)能性，優(yōu)化其低碳持續(xù)性成為了制造業(yè)持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，更是推動(dòng)我國(guó)制造業(yè)全面發(fā)展的保障。在制造業(yè)中，金屬材料熱處理是金屬制造的關(guān)鍵與核心，同時(shí)這一熱處理會(huì)產(chǎn)生比較大的能源消耗，特別是電能消耗。為優(yōu)化金屬材料的熱處理節(jié)能技術(shù)，必須采取科學(xué)有效的熱處理技術(shù)，不斷提升熱處理的能力，綜合性提升金屬材料熱處理的節(jié)能環(huán)保性。
1我國(guó)金屬材料熱處理節(jié)能技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀分析
隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，金屬材料的熱處理技術(shù)成為了制造業(yè)中的主流，熱處理鋼鐵材料占鋼材總量的40%以上。金屬材料的熱處理雖然是制造業(yè)中的主要技術(shù)，但金屬材料的熱處理同時(shí)也是制造業(yè)中高能耗的主要環(huán)節(jié)。金屬材料的熱處理對(duì)電能的消耗特別大，是制造業(yè)中的主要用電區(qū)域。同時(shí)，在金屬材料熱處理技術(shù)中，還會(huì)產(chǎn)生比較嚴(yán)重的材料碎屑，造成較大的固體垃圾污染，同時(shí)也會(huì)造成比較嚴(yán)重的空氣污染。隨著我國(guó)制造業(yè)的快速發(fā)展，金屬材料的熱處理技術(shù)得到了長(zhǎng)遠(yuǎn)的進(jìn)步與發(fā)展，但當(dāng)前我國(guó)大部分制造企業(yè)的金屬材料熱處理能力并不高，仍屬于產(chǎn)能落后的環(huán)節(jié)，金屬材料的熱處理能力難以滿足對(duì)材料的利用，設(shè)備負(fù)荷率低，裝爐量明顯不足，加熱設(shè)備落后，無(wú)效熱消耗多，生產(chǎn)工藝比較落后等。近年來(lái)，隨著我國(guó)對(duì)產(chǎn)能落后的制造業(yè)的約束性發(fā)展，隨著一大批產(chǎn)能落后的制造業(yè)退出歷史舞臺(tái)，我國(guó)制造業(yè)的金屬材料熱處理能力得到改善與發(fā)展，金屬材料的熱處理能力不斷優(yōu)化與改進(jìn)，極大程度地提升了產(chǎn)能效益。
2金屬材料熱處理技術(shù)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展
金屬材料熱處理技術(shù)是制造業(yè)生產(chǎn)中的主要技術(shù)，金屬材料熱處理技術(shù)同時(shí)也是用電大戶。鑒于當(dāng)前金屬材料熱處理技術(shù)的明顯不足及熱效率低下，以及金屬材料熱處理技術(shù)應(yīng)用中存在著的較大環(huán)境問(wèn)題，必須結(jié)合制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，不斷提升金屬材料熱處理的綜合產(chǎn)能，全面提升金屬材料熱處理的節(jié)能環(huán)保性。當(dāng)前金屬材料熱處理節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展主要包括以下方面：
2.1化學(xué)熱處理薄層滲入技術(shù)
在金屬材料熱處理技術(shù)的實(shí)踐運(yùn)用中，由于設(shè)備落后、效益不高、污染嚴(yán)重等，不僅無(wú)法提升制造業(yè)的生產(chǎn)效率，同時(shí)還容易造成巨大的能源消耗。特別是在金屬材料熱處理技術(shù)的運(yùn)用中，采用傳統(tǒng)的深層滲透法，不僅容易造成巨大的能源浪費(fèi)，也不利于提升金屬材料熱處理的生產(chǎn)效益。同時(shí)，在實(shí)際的加熱環(huán)節(jié)中，由于加熱時(shí)間的無(wú)法把控或者過(guò)熱等問(wèn)題，還容易造成嚴(yán)重的生產(chǎn)浪費(fèi)及環(huán)境污染。鑒于此，在金屬材料熱處理技術(shù)的運(yùn)用中，運(yùn)用化學(xué)熱處理薄層滲入技術(shù)，可以綜合性地提升制造業(yè)的生產(chǎn)效率，同時(shí)還能夠有效地保護(hù)環(huán)境，減少污染氣體的排放。
2.2工具零件超硬涂層技術(shù)
在制造業(yè)金屬材料熱處理技術(shù)的運(yùn)用中，由于這種金屬材料熱處理技術(shù)的節(jié)能效果不好，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生比較大的材料損耗，因此，為優(yōu)化金屬材料熱處理技術(shù)的整體效能，應(yīng)該采用工具零件超硬涂層技術(shù)，這種技術(shù)在使用中需要對(duì)工具進(jìn)行涂層處理，這種處理方法不僅能夠提升金屬材料熱處理的整體效能，同時(shí)還能夠?qū)崿F(xiàn)熱處理的節(jié)能高效，減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生，減少污染氣體的排放。此外，這種技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)有效地化學(xué)處理，提升化學(xué)處理的效能。
2.3振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)
在金屬材料熱處理的過(guò)程中，材料因機(jī)械作用會(huì)產(chǎn)生比較大的振動(dòng)力，這種振動(dòng)力的存在是造成材料在切割等工藝實(shí)施中出現(xiàn)位移或者錯(cuò)位等問(wèn)題，同時(shí)還會(huì)到刀具造成一定的影響。一旦出現(xiàn)這種問(wèn)題，那么金屬材料的工藝將受到嚴(yán)重的影響，金屬材料的質(zhì)量也會(huì)降低。鑒于此，在金屬材料熱處理的過(guò)程中，必須注重振動(dòng)力的存在，采取一定的措施來(lái)規(guī)避振動(dòng)力的負(fù)面影響。這種熱處理節(jié)能技術(shù)，能夠有效地提升金屬材料的生產(chǎn)質(zhì)量，規(guī)避金屬材料在加工環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的位移或者差錯(cuò)，同時(shí)還能夠有效地保障金屬材料的整體性，避免金屬材料因強(qiáng)大的切削作業(yè)發(fā)生較大的誤差或者裂縫。此外，在金屬材料熱處理技術(shù)的運(yùn)用中，為規(guī)避熱處理技術(shù)帶來(lái)的負(fù)面影響，往往需要采用傳統(tǒng)的抵抗振動(dòng)效應(yīng)的技術(shù)，但傳統(tǒng)技術(shù)的作用效果有限，在實(shí)際作用中往往會(huì)造成比較嚴(yán)重的電能消耗，不利于節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
2.4基于計(jì)算機(jī)的CAD技術(shù)
在金屬材料的熱處理中，為了優(yōu)化熱處理的效能，為了充分提升熱處理的節(jié)能減排效果，在計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷發(fā)展的今天，一種新型的金屬材料熱處理技術(shù)得以發(fā)展起來(lái)，并成為當(dāng)前運(yùn)用于金屬材料熱處理中的核心技術(shù)。在實(shí)踐運(yùn)用中，這種先進(jìn)的熱處理技術(shù)主要是基于計(jì)算機(jī)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，依托于計(jì)算機(jī)技術(shù)的先進(jìn)性和科學(xué)性，可以實(shí)現(xiàn)熱處理環(huán)節(jié)的模擬性和線上性，通過(guò)模擬操作能夠準(zhǔn)確計(jì)算出金屬材料熱處理中可能帶來(lái)的能源消耗及材料損耗。為了提升熱處理技術(shù)的節(jié)能性與環(huán)保性，可以在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上，有效設(shè)置相關(guān)的技術(shù)參數(shù)，不斷提升參數(shù)的精確性。此外，這種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)熱能的分析與處理，精準(zhǔn)判斷金屬材料熱處理中可能出現(xiàn)的多余的熱量，并將這些熱量有效回收利用好，避免熱量的流失以及熱量的浪費(fèi)，全面降低金屬材料熱處理的能耗。
2.5無(wú)氧作業(yè)的熱處理技術(shù)
在制造行業(yè)中，金屬材料熱處理技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，但由于受技術(shù)限制及工藝流程的限制，使得金屬材料熱處理多在有氧的狀態(tài)下進(jìn)行，這種熱處理方式，使得金屬材料與周圍的氣體等物質(zhì)會(huì)發(fā)生一定的反應(yīng)，一旦發(fā)生氧化反應(yīng)等化學(xué)反應(yīng)，將降低金屬材料的整體性能。隨著金屬材料熱處理技術(shù)的不斷發(fā)展，隨著熱處理節(jié)能技術(shù)的深入發(fā)展，一種無(wú)氧狀態(tài)下的熱處理技術(shù)應(yīng)用而生，并成為當(dāng)前先進(jìn)的金屬材料熱處理技術(shù)。這種先進(jìn)的熱處理技術(shù)在實(shí)際的運(yùn)用過(guò)程中，可以減少工藝流程，避免繁瑣流程帶來(lái)的生產(chǎn)材料的浪費(fèi)，同時(shí)還能夠有效地提升設(shè)備的使用效果，提升設(shè)備的生產(chǎn)效率。
2.6激光熱處理技術(shù)的運(yùn)用
相比以上幾種金屬材料熱處理技術(shù)，這種熱處理技術(shù)具有非常高的效率，在實(shí)際運(yùn)用中，這種熱處理技術(shù)不僅能夠有效地改變和調(diào)整金屬材料表面的成分，還能夠有效地彌補(bǔ)和完善其他材料無(wú)法匹配的效果。激光熱處理技術(shù)可以充分借助于激光強(qiáng)大的穿透能力，同時(shí)還能夠提升金屬材料的性能，使得熱處理的效果更加的明顯，節(jié)能效果更加可觀。此外，激光熱處理的時(shí)間較短，可以減少金屬材料熱處理中可能發(fā)生的變形、錯(cuò)位等質(zhì)量問(wèn)題。
3結(jié)束語(yǔ)
隨著制造業(yè)的快速發(fā)展，金屬材料熱處理技術(shù)成為了制造業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，在制造業(yè)快速發(fā)展的過(guò)程中，金屬材料的熱處理發(fā)揮著重要的作用，但傳統(tǒng)的熱處理技術(shù)無(wú)論是節(jié)能效果，還是降低能耗等都無(wú)法達(dá)到滿意的效果。為推動(dòng)制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，不斷提升制造業(yè)的發(fā)展高度，必須注重金屬材料熱處理節(jié)能技術(shù)的運(yùn)用，運(yùn)用一系列先進(jìn)的金屬材料熱處理節(jié)能技術(shù)，不斷提升熱處理的效果與質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。
作者:趙力默 葛張學(xué) 潘佳奇 單位:沈陽(yáng)理工大學(xué)
摘要：
熱處理工藝在球墨鑄鐵的生產(chǎn)過(guò)程中起到重要作用。在對(duì)其進(jìn)行淬火時(shí)的典型做法是：第一步，使球墨鑄鐵全部進(jìn)行奧氏體化，第二步，迅速把球墨鑄鐵放進(jìn)一定溫度的鹽溶液當(dāng)中，進(jìn)行等溫處理，防止其在高溫狀態(tài)下轉(zhuǎn)變成珠光體，持續(xù)一段時(shí)間后再拿到空氣中制冷，達(dá)到室溫即可。本篇文章就通過(guò)對(duì)球墨鑄鐵的熱處理進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)其球墨鑄鐵的各種性能進(jìn)行分析與討論。
關(guān)鍵詞：
熱處理工藝；球墨鑄鐵；組織；性能
作為最近30年以來(lái)，在鑄鐵冶金行業(yè)做出突出貢獻(xiàn)，經(jīng)過(guò)熱處理工序而產(chǎn)生的球墨鑄鐵，是在新形勢(shì)下產(chǎn)生的新的材料產(chǎn)物，該材料具有成本低廉、各方面綜合性好、韌性強(qiáng)、強(qiáng)度大等優(yōu)勢(shì)，所以，在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中它必定會(huì)大放異彩，成為備受人們矚目的材料之一?，F(xiàn)在加大熱處理工藝對(duì)球墨鑄鐵影響的研究，是順應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)的一種行為，必將為人們帶來(lái)豐厚的回報(bào)。
1試驗(yàn)材料與方法
在試驗(yàn)過(guò)程中，我們所使用的材料大多是鑄態(tài)球墨鑄鐵，其中所含成分見下表1。在對(duì)熱處理進(jìn)行試驗(yàn)樣本制備的時(shí)候，基本上采用經(jīng)過(guò)手工砂型的鑄造從而得到的標(biāo)準(zhǔn)的材料Y型試塊，在Y型試塊的底面切下來(lái)2個(gè)部分，作為標(biāo)準(zhǔn)拉伸的試驗(yàn)樣本。把制作完成的實(shí)驗(yàn)樣本[1]，放在電阻中進(jìn)行加熱，溫度達(dá)到900℃時(shí)進(jìn)行保溫處理，使其奧氏體化，之后馬上把它放進(jìn)硝酸鹽溶液中進(jìn)行等溫操作，溫度分別為335℃、350℃、380℃，時(shí)間大約是1小時(shí)30分鐘，最后將其取出放在空氣中冷卻，達(dá)到室溫即可[2]。經(jīng)過(guò)熱處理之后，要對(duì)其進(jìn)行粗磨和細(xì)磨，之后再用達(dá)到20%的冰醋酸和達(dá)到80%的高氯酸的混合溶液對(duì)實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行拋光，時(shí)間大約為10秒鐘，最后，利用儀器對(duì)實(shí)驗(yàn)樣本殘留的奧氏體的含量進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)，對(duì)其中奧氏體的含碳量進(jìn)行計(jì)算。
2試驗(yàn)結(jié)合與分析
2.1對(duì)殘余奧氏體溫及含碳量的影響
對(duì)試驗(yàn)樣本中的碳含量以及奧氏體的殘余量進(jìn)行計(jì)算得出，在335～380℃這段的等溫時(shí)間里，實(shí)驗(yàn)樣本球墨鑄鐵能夠得到非常多的殘余奧氏體，并且，在殘余奧氏體當(dāng)中，其碳含量基本上都處于1.75%~2.00%之間，含有這些數(shù)量碳的殘余奧氏體，擁有非常穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，在熱力學(xué)上不易發(fā)生變化，并且，在收到外力作用的時(shí)候，也不會(huì)輕易地向馬氏體進(jìn)行轉(zhuǎn)變。在330~380℃這段溫度范圍里，貝氏體的等溫的溫度在不斷地上升，而與之相伴的是殘余奧氏體不斷增加的體積分?jǐn)?shù)，在其達(dá)到最大值時(shí)為50%，但是其中殘余奧氏體的碳含量會(huì)在開始時(shí)急速上升，最后緩慢的下降[3-5]。
2.2對(duì)球墨鑄鐵組織和力學(xué)性能的影響
根據(jù)圖1能夠看出，在經(jīng)過(guò)試驗(yàn)的處理之后，其中包含的組織有貝氏體、殘余奧氏體、石墨以及馬氏體。當(dāng)?shù)葴氐臏囟忍貏e高時(shí)，會(huì)形成像羽毛似的上貝氏體，貝氏體具有非常粗大的形態(tài)。當(dāng)?shù)葴氐臏囟忍貏e低時(shí)，會(huì)形成像針一樣的下貝氏體。其中的殘余奧氏體的形態(tài)則是一直呈現(xiàn)不規(guī)則的形狀。
2.2.1抗拉強(qiáng)度
當(dāng)對(duì)球墨鑄鐵進(jìn)行熱處理時(shí)，主要是在試驗(yàn)樣本中的貝氏體的形態(tài)和含量影響其強(qiáng)度。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中能夠看出，在330℃到380℃之間，貝氏體的等溫溫度越高，抗拉強(qiáng)度就會(huì)越小。這是因?yàn)椋?dāng)溫度很低的時(shí)候，碳原子的就不會(huì)很快的擴(kuò)散，而且貝氏體也會(huì)擁有較慢的增長(zhǎng)速度，這個(gè)時(shí)候產(chǎn)生的貝氏體大部分是針形狀的，特別小，擁有特別高的相界面的結(jié)合力，所以就會(huì)使強(qiáng)度得到提升。溫度越來(lái)越高，貝氏體也就會(huì)增快自身生長(zhǎng)速度，它的形狀也會(huì)發(fā)生改變。當(dāng)?shù)葴氐臏囟群芨邥r(shí)，會(huì)形成像羽毛一樣的上貝氏體，抗拉強(qiáng)度得到增加。當(dāng)?shù)葴販囟忍貏e低的時(shí)候，就會(huì)產(chǎn)生像針一樣的下貝氏體，抗拉強(qiáng)度也會(huì)相應(yīng)下降。
2.2.2伸長(zhǎng)率
材料當(dāng)中的碳含量和殘余奧氏體的含量對(duì)伸長(zhǎng)率有著非常嚴(yán)重的影響，而在殘余奧氏體當(dāng)中，它的碳含量的多少還將決定著自身的穩(wěn)定性。從測(cè)量得到的數(shù)據(jù)中能夠看到，在330~380℃的范圍內(nèi)，貝氏體的等溫溫度不斷上升，伸長(zhǎng)率開始時(shí)增大之后逐漸減小。造成這種現(xiàn)象的原因是，當(dāng)溫度不高時(shí)，碳原子不會(huì)擁有特別高的擴(kuò)散速度，殘余奧氏體很少，并且其中有一些的碳含量特別低，沒(méi)有穩(wěn)定的性能，致使在空氣冷卻、機(jī)器加工或者是進(jìn)行拉伸使其受力的時(shí)候，都會(huì)有一些轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而就因?yàn)檫@些馬氏體，大大影響了延伸率，所以導(dǎo)致此時(shí)非常低的延伸率。
2.2.3拉伸斷口形貌
通常來(lái)講，斷口形貌能夠反映實(shí)驗(yàn)樣本的韌塑性的好壞。在球墨鑄鐵當(dāng)中，石墨就好比是基體上的一個(gè)空洞，會(huì)嚴(yán)重影響強(qiáng)度，在受到拉應(yīng)力的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致不是特別圓的石墨球的邊緣部位產(chǎn)生一定程度的裂紋。
3討論
（1）在規(guī)定的溫度范圍之內(nèi)，貝氏體的等溫溫度越高，材料的抗拉強(qiáng)度就會(huì)越低，其伸長(zhǎng)率的變化是開始增大之后減小。
（2）在試驗(yàn)中，球墨鑄鐵里面擁有很多的殘余奧氏體，大約在17%~49%之間，它們的碳含量都在1.7%~1.9%以內(nèi)，而且殘余奧氏體也大多是碳含量豐富而且較為穩(wěn)定的奧氏體。
（3）當(dāng)?shù)葴販囟确浅５偷臅r(shí)候會(huì)形成像針一樣的下貝氏體；而當(dāng)?shù)葴販囟确浅８叩臅r(shí)候就會(huì)形成像羽毛一樣的上貝氏體。
（4）在實(shí)驗(yàn)樣本進(jìn)行拉伸后，其斷口表現(xiàn)為非常多的韌窩狀，是非常明顯的韌性斷裂。
4總結(jié)
本文通過(guò)在不同貝氏體溫度下對(duì)球墨鑄鐵的力學(xué)性能、微觀組織以及殘余奧氏體的影響的研究，發(fā)現(xiàn)在規(guī)定溫度內(nèi)，貝氏體的等溫溫度越高，其抗拉強(qiáng)度就越低；延伸率則是開始上升后來(lái)下降。殘余奧氏體則隨溫度升高而上升，但是其中的含碳量就是先上升后下降。
作者:王靜平 王建國(guó) 孫志敏 單位:內(nèi)蒙古機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院冶金與材料工程系
摘要:
簡(jiǎn)要介紹了金屬材料的應(yīng)用及金屬材料熱處理新工藝與技術(shù)，并對(duì)金屬材料熱處理工藝與技術(shù)進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞:
金屬材料;熱處理;工藝技術(shù)
1金屬材料
金屬材料在日常生活中應(yīng)用廣泛，在現(xiàn)代各行各業(yè)中發(fā)揮著重要作用。其具有強(qiáng)度高、塑性好及韌性強(qiáng)等特點(diǎn)，且較為耐熱、耐寒，還有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。近些年來(lái)，多孔金屬材料和納米金屬材料得到了極大的發(fā)展，二者的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷的拓展，市場(chǎng)需求逐漸增大。
1．1多孔金屬材料
多孔金屬材料是一種具有良好滲透性，可以調(diào)節(jié)孔徑，耐腐蝕、高溫和高強(qiáng)度等諸多優(yōu)點(diǎn)于一身的功能性材料。在諸多行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。多孔金屬材料還可以用于能量吸收，從起落架到安全墊，都可以看到多孔金屬材料的身影。由于多孔金屬材料的多孔性，其表面積很大，因此，多孔金屬材料也廣泛應(yīng)用于熱交換器和散熱器。另外，多孔金屬的吸收電磁性能要比普通金屬高的多，使得多孔金屬材料廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電磁設(shè)備上。
1．2納米金屬材料
隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，納米金屬材料也被廣泛的研究和應(yīng)用。眾所周知，當(dāng)物質(zhì)的尺寸小到納米程度時(shí)，物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)都將發(fā)生翻天復(fù)地的變化。通過(guò)納米技術(shù)，能夠使金屬材料的納米組織和架構(gòu)變得格外細(xì)小，從而使金屬材料的物理性能和整體功能得到很大改善。目前，鋁基納米復(fù)合材料以其良好的強(qiáng)度和抗疲勞性能成為廣泛應(yīng)用的一種納米－非晶體復(fù)合材料。另外，電沉積納米晶體廣泛應(yīng)用于管道內(nèi)覆和修復(fù)蒸汽發(fā)電機(jī)葉輪等方面。
2熱處理新工藝與技術(shù)
2．1熱處理新工藝與技術(shù)優(yōu)點(diǎn)
近幾年來(lái)，金屬材料熱處理工藝與技術(shù)不斷的更新和發(fā)展，新發(fā)展的工藝與技術(shù)具有許多優(yōu)點(diǎn)。新發(fā)展的工藝與技術(shù)不僅具有了更高的有效性和準(zhǔn)確性，提升了金屬材料加工的質(zhì)量、整體性能和使用年限，還大大降低了企業(yè)能耗。在國(guó)家建設(shè)生態(tài)文明的大環(huán)境下，新工藝與技術(shù)比以前更加注重環(huán)境的保護(hù)和改善，致力于減少?gòu)U氣、廢液和廢渣的排放。
2．2熱處理CAD技術(shù)
熱處理CAD技術(shù)是利用電子計(jì)算機(jī)進(jìn)行的一種智能模擬技術(shù)。當(dāng)加工人員對(duì)金屬材料進(jìn)行加工時(shí)，結(jié)合金屬的具體情況和加工要求，熱處理CAD技術(shù)可以幫助加工人員來(lái)做還原，做出更科學(xué)、合理的熱處理步驟和工序。加工人員以熱處理CAD技術(shù)做出的具體分析為依據(jù)，挑選合適的加工材料，就可以實(shí)現(xiàn)理想的效果。熱處理CAD技術(shù)大大提升了工作效率，縮減了工作時(shí)間，減少了工作失誤和損失。
2．3化學(xué)熱處理薄層滲透技術(shù)
化學(xué)熱處理薄層滲透技術(shù)是在解決熱處理技術(shù)的各種不足基礎(chǔ)上誕生的?；瘜W(xué)熱處理薄層滲透技術(shù)不僅能夠節(jié)約成本和能耗，還能夠提高加工材料的整體性能。該技術(shù)不僅在改善金屬表面性能上有很大進(jìn)步，而且大大減少了加工過(guò)程中的環(huán)境污染。
2．4激光熱處理技術(shù)
自20世紀(jì)60年代以來(lái)，激光技術(shù)獲得了異乎尋常的飛快發(fā)展，激光熱處理技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生。激光熱處理技術(shù)就是使用激光對(duì)材料熱處理。激光被稱為“最快的刀”，具有穿透力強(qiáng)的特點(diǎn)，激光的熱處理效果也比其他技術(shù)強(qiáng)。使用激光熱處理技術(shù)加工的金屬材料，表面硬度得到明顯提升，整體性能得到明顯增加。
2．5真空熱處理技術(shù)
真空熱處理技術(shù)，顧名思義，是通過(guò)真空來(lái)進(jìn)行金屬熱處理的。真空熱處理技術(shù)具有高效率，節(jié)約加工時(shí)間，而且還能夠有效控制加工產(chǎn)生的有毒廢氣，具有良好的環(huán)境保護(hù)效果。
2．6超硬涂層技術(shù)
超硬涂層技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的熱處理工藝與技術(shù)之一。超硬涂層技術(shù)可以大幅增加金屬材料的表面硬度，延長(zhǎng)材料使用年限，提升材料整體性能。目前，采用電子計(jì)算機(jī)配合的超硬涂層技術(shù)，可以對(duì)材料加工進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，提高了超硬涂層技術(shù)的有效性，應(yīng)用更加廣泛。2．7振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)具有有效防止金屬材料的功能，這一點(diǎn)彌補(bǔ)了以往多數(shù)熱處理工藝與技術(shù)的不足。振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)還可以與電子計(jì)算機(jī)聯(lián)用，實(shí)時(shí)監(jiān)控金屬加工過(guò)程，縮短了加工時(shí)間，提高了加工效率，降低了能耗和成本。
3熱處理工藝與技術(shù)展望
金屬材料熱處理工藝與技術(shù)在不斷的進(jìn)步和發(fā)展，許多新工藝與新技術(shù)投入生產(chǎn)使用，其中之一就是可控氣氛熱處理工藝。可控氣氛熱處理工藝，是使用一種能夠控制和保護(hù)金屬材料的氣氛介質(zhì)?？煽貧夥諢崽幚砉に囀篃崽幚磉^(guò)程更加的平穩(wěn)和完備，是因?yàn)榭煽貧夥湛梢员Ｗo(hù)金屬材料的表面性能不消退。目前，可控氣氛熱處理工藝應(yīng)用越來(lái)越普遍，但仍存在許多不足，在不斷的應(yīng)用中，可控氣氛熱處理工藝越來(lái)越得到完善和發(fā)展。因此，金屬材料熱處理工藝與技術(shù)要想獲得更大的進(jìn)步和發(fā)展，工藝與技術(shù)的廣泛應(yīng)用尤為重要。
4結(jié)語(yǔ)
隨著科學(xué)技術(shù)不斷的發(fā)展，金屬材料熱處理工藝與技術(shù)同樣也在逐漸的進(jìn)步和發(fā)展。金屬材料熱處理工藝與技術(shù)不僅要保障有效性和高準(zhǔn)確性，還要降低企業(yè)能耗，注重環(huán)境保護(hù)，減少?gòu)U氣、廢液和廢渣的排放。目前，許多熱處理技術(shù)依舊存在著不足，因此，在日后的工藝與技術(shù)發(fā)展中，進(jìn)一步發(fā)展和完善非常重要。
作者:楊雪婷 單位:瀏陽(yáng)市第一中學(xué)
摘要：
隨著我國(guó)現(xiàn)代化工業(yè)的迅速發(fā)展，工業(yè)機(jī)械生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)得到了較大的提高。工業(yè)機(jī)械行業(yè)生產(chǎn)需要大量金屬材料，有些需要將金屬材料通過(guò)高溫加工方式進(jìn)行熱處理后方可使用。本文簡(jiǎn)略講述了工業(yè)金屬材料結(jié)構(gòu)和組織，簡(jiǎn)述了熱處理工藝技術(shù)的基本慨念和熱處理過(guò)程中出現(xiàn)的腐蝕問(wèn)題對(duì)社會(huì)環(huán)境的影響及應(yīng)對(duì)方法。
關(guān)鍵詞：
金屬；材料；熱處理
1金屬材料的結(jié)構(gòu)和組織
早在幾千年前的鐵器時(shí)代，我們的祖先就已經(jīng)會(huì)使用一些礦石加工成金屬材料，然后用這些金屬材料制作成生產(chǎn)勞作工具或其他器具，并且先人們漸漸認(rèn)識(shí)到熱處理的作用。在當(dāng)時(shí)的歷史時(shí)期我國(guó)金屬材料加工生產(chǎn)工藝基本走在世界的前茅。建國(guó)后，隨著我國(guó)工業(yè)科技產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)中，很多地方要用到金屬材料，其中用量最大的材料是合金材料。某些金屬材料或者是合金材料，經(jīng)過(guò)高溫?zé)崽幚淼姆绞娇梢愿淖兤鋬?nèi)部組成結(jié)構(gòu)的排序，但熱處理加工工藝一般不會(huì)改變金屬材料構(gòu)建的外部形狀和構(gòu)建的化學(xué)成分，僅僅只會(huì)改變金屬構(gòu)建內(nèi)部的顯微組織或表面一些化學(xué)成分，使所用性能能得以改善[1]。
2金屬熱處理的基本概念
熱處理其實(shí)就是將某種金屬的材料放在相應(yīng)的容器內(nèi)，對(duì)它進(jìn)行加熱、保溫、冷卻，在通過(guò)改變材料的表面或者是內(nèi)部的結(jié)構(gòu)組織，來(lái)控制它的性能的一種工藝。這種熱處理新工藝，它是為了把一些零部件的的耐磨損和抗疲勞防破裂心能增強(qiáng)，提高了零件使用的強(qiáng)度，可以更久的使用。還可以提升一定經(jīng)濟(jì)利益，更多的節(jié)約能源，增強(qiáng)環(huán)保避免對(duì)環(huán)境造成過(guò)多過(guò)大的污染。從石器時(shí)代開始一直進(jìn)展到銅器和鐵器時(shí)代的過(guò)程中，熱處理慢慢的被人們一點(diǎn)一點(diǎn)的認(rèn)識(shí)、熟悉，以及使用，而且中國(guó)人在生產(chǎn)中很早就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)銅、鐵或者是某種金屬物質(zhì)進(jìn)行一定溫度的加工、加熱、加壓，會(huì)使材料的形狀發(fā)生變化，從而在銅器、鐵器時(shí)代，才會(huì)制造出來(lái)大量青銅、鐵質(zhì)的武器或器皿。熱處理流程就是工人將金屬工件加熱到一定的、適當(dāng)?shù)臏囟?，并根?jù)材料不同大小相應(yīng)采取不同的保溫時(shí)間，然后再進(jìn)行冷卻。淬火是將材料加熱、保溫后，把材料在水里進(jìn)行快速冷卻。從水里拿出來(lái)后金屬材料的材質(zhì)的硬度將會(huì)提高，但同時(shí)脆度也會(huì)加強(qiáng)。所以為降低物體脆性，把淬火后的金屬工件進(jìn)行一定時(shí)間溫度的保溫，之后再進(jìn)行冷卻[2]。
3金屬材料保管和銹蝕問(wèn)題
金屬在加熱過(guò)程中或加熱后冷卻處理的時(shí)候，如果對(duì)某種金屬材料進(jìn)行拉伸會(huì)改變材料本身的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)和一些機(jī)械性能，材料本身會(huì)因?yàn)榄h(huán)境的影響而改變，如鋼筋拉伸后存放一段時(shí)間表面會(huì)出現(xiàn)鐵銹，這種鐵銹鋼筋如不及時(shí)清除表面的鐵銹，久而久之會(huì)腐蝕它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最終導(dǎo)致金屬材料的脆性發(fā)生從而產(chǎn)生斷裂。金屬材料的存放方法也很重要，一些材料長(zhǎng)時(shí)間的放置，或者是放在陰暗、潮濕的環(huán)境里，材質(zhì)的本身也會(huì)發(fā)生變化，材料表面會(huì)生銹，如果不及時(shí)的清理，會(huì)慢慢的腐蝕材料，這些鐵銹會(huì)越積越厚、面積越來(lái)越大，最后使材料的表面不光滑，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不完整，表面的硬度降低，鋼鐵生銹、銅器泛綠、銀具變黑等都是金屬材料長(zhǎng)時(shí)間的放置或不規(guī)范保存所產(chǎn)生的問(wèn)題。所以日常工作中，對(duì)一些金屬材料的保管或存放應(yīng)及時(shí)進(jìn)行檢查或定期進(jìn)行清理，對(duì)尚未使用的原材及時(shí)清理表面上的鐵銹再投入使用。對(duì)已經(jīng)生產(chǎn)完好的工件應(yīng)妥善的保管，對(duì)已經(jīng)安裝的構(gòu)建應(yīng)及時(shí)涂上防銹涂層，以免材料發(fā)生形狀的變化或結(jié)構(gòu)變化而導(dǎo)致無(wú)法使用[3]。金屬材料如果不及時(shí)的清理那些銹漬，很容易造成人員傷亡事故或?qū)Νh(huán)境造成污染。如2005年10月26日，廣東某石油化工焦化廠車間的管道突然開裂，高溫油氣從管道里噴射出來(lái)，正值上班時(shí)間，許多員工還在工作，突發(fā)事件使人無(wú)暇迎接，這次事故造成了較嚴(yán)重的人員傷亡和設(shè)備損壞。由于日常設(shè)備管理的疏漏，對(duì)管道的檢查忽略了點(diǎn)點(diǎn)銹蝕，未經(jīng)處理的點(diǎn)點(diǎn)銹蝕將管道慢慢的腐蝕，長(zhǎng)期的腐蝕，這是一種“慢性病”，沒(méi)有具體的預(yù)防措施和防護(hù)，管理人員也不太重視，才導(dǎo)致悲劇的發(fā)生。又如2007年8月在美國(guó)的一座高速公路橋上，橋梁結(jié)構(gòu)也因常年的腐蝕突然產(chǎn)生橋身倒塌，造成了7死30幾人受傷。同時(shí)腐蝕也在威脅著我們生活的環(huán)境，金屬材料在腐蝕的同時(shí)，腐蝕的產(chǎn)物必定會(huì)有一部分流入到河水、土壤等自然環(huán)境中，所以這對(duì)自然環(huán)境帶來(lái)了嚴(yán)重的影響。流到了河流里，影響農(nóng)田灌溉，影響動(dòng)物、植物和人們生活用水，流進(jìn)土壤影響農(nóng)作物或植物生長(zhǎng)和健康。若流到海洋里，對(duì)海洋里的生物、魚類等有生命的一切都會(huì)稀來(lái)巨大的威脅。所以我們要重視起腐蝕帶來(lái)的危害，要控制好放置材料的環(huán)境，保證儲(chǔ)存空間的溫度、濕度以及通風(fēng)良好，或者是用緩蝕劑來(lái)減少和防止對(duì)金屬的腐蝕。這樣才可以保證金屬材料的材質(zhì)，減少經(jīng)濟(jì)損失，保障自然環(huán)境不受損害。
4熱處理過(guò)程中材料開裂的應(yīng)對(duì)
一些金屬材料在進(jìn)行熱處理加工過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象。對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理工藝加工的關(guān)鍵會(huì)直接影響材料再結(jié)晶效果，溫度的高低是加工過(guò)程的關(guān)鍵，所以工作人員在工作時(shí)應(yīng)注意控制金屬材料熱處理加工過(guò)程中的溫度，保證材料斷裂韌性的承受能力，保證溫度達(dá)到一定程度，形成結(jié)晶。
5金屬熱處理工藝展望
隨著改革的進(jìn)一步深化，國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)一步發(fā)展，我國(guó)每天的能源消耗量非常之大，工業(yè)自動(dòng)化、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化、農(nóng)村城鎮(zhèn)化、城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)均離不開機(jī)械設(shè)備、零件加工、機(jī)械制造等，國(guó)防建設(shè)投入的增大，使很多大型的重工業(yè)也不斷發(fā)展，熱處理對(duì)中國(guó)的機(jī)械制造業(yè)發(fā)展也具有相當(dāng)重要的影響。無(wú)論城鎮(zhèn)、農(nóng)村目前均離不開熱處理加工技術(shù)，市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展也會(huì)對(duì)熱處理行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)巨大的前景。雖然熱處理行業(yè)的前景看似良好，但是這個(gè)行業(yè)仍具有一定的危險(xiǎn)性，因?yàn)槭墙饘倩蛘呤瞧渌饘俨牧线M(jìn)行必須進(jìn)行高溫加工，一些生產(chǎn)加工設(shè)備沒(méi)有及時(shí)更新?lián)Q代，不是現(xiàn)代化、自動(dòng)化數(shù)控進(jìn)行生產(chǎn)，難免存在安全隱患，難免會(huì)有員工因工作失誤造成傷害，并且金屬材料在進(jìn)行高溫加工、加熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生一些有害氣體，這些氣體長(zhǎng)期被吸入，對(duì)人的身體健康會(huì)產(chǎn)生一定的傷害。由于熱處理行業(yè)仍是污染型行業(yè)，無(wú)論國(guó)企還是民營(yíng)在建設(shè)此類加工場(chǎng)所時(shí)，應(yīng)考慮環(huán)境保護(hù)問(wèn)題，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家環(huán)評(píng)的最新規(guī)定，不得建立在在居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、旅游區(qū)、蔬菜和糧食等農(nóng)作物種植區(qū)域、以及水資源保護(hù)區(qū)，防止對(duì)人類的傷害、對(duì)環(huán)境的污染。
6結(jié)語(yǔ)
隨著工業(yè)科技的飛速發(fā)展，我國(guó)的工業(yè)技術(shù)水平越來(lái)越高。機(jī)械制造、儀器儀表、航天事業(yè)等現(xiàn)代化的工業(yè)都在繼續(xù)向前發(fā)展，高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)和金屬材料品質(zhì)已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)全新的水平。但愿今后的金屬材料和熱處理加工工藝步入世界先進(jìn)行列，實(shí)現(xiàn)數(shù)控化、智能化、機(jī)器人生產(chǎn)加工的現(xiàn)代化工作手段，達(dá)到高效生產(chǎn)、安全生產(chǎn)的目的。
作者:酉芳敏 單位:常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司
摘要：
對(duì)U型換熱管冷彎后熱處理工藝進(jìn)行了介紹，分析了熱處理后表面出現(xiàn)少量氧化皮且彎管段外側(cè)壁的氧化皮比其余部位多的原因。通過(guò)力學(xué)性能試驗(yàn)、化學(xué)成分分析、晶相分析、表面硬度檢測(cè)等試驗(yàn)，驗(yàn)證了熱處理后換熱管表面出現(xiàn)少量氧化皮對(duì)換熱管的各項(xiàng)性能無(wú)影響。
關(guān)鍵詞：
U型換熱管；Q345E；熱處理；氧化皮；理化試驗(yàn)
引言
U型管式換熱器是管殼式換熱器的一種，是石油化工生產(chǎn)中普遍應(yīng)用的典型工藝設(shè)備。隨著石油化工裝備的大型化以及火電、核電技術(shù)的發(fā)展，U型管式換熱器以其熱補(bǔ)償性能好、傳熱性能好、承壓能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于檢修和清洗、造價(jià)便宜等優(yōu)點(diǎn)得到更為廣泛的應(yīng)用。但是，由于因管束中間部分的管子難以更換，且U型換熱管在彎制過(guò)程中容易產(chǎn)生橢圓度、殘余應(yīng)力等現(xiàn)象，會(huì)影響換熱管的使用壽命。因此，按標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)有耐應(yīng)力腐蝕要求或要求消除殘余應(yīng)力時(shí)，碳鋼和低合金鋼U型換熱管彎管檢驗(yàn)合格后，對(duì)其彎管段及至少150mm的直管段應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。熱處理后，再逐根進(jìn)行水壓試驗(yàn)，以保證換熱管的各項(xiàng)性能。本文針對(duì)某U型換熱器設(shè)備換熱管冷彎后熱處理工藝進(jìn)行了介紹，并分析熱處理后表面出現(xiàn)少量氧化皮的原因。通過(guò)試驗(yàn)論證了在選擇的熱處理參數(shù)和熱處理方法下，換熱管表面出現(xiàn)的少量氧化皮對(duì)換熱管的各項(xiàng)性能無(wú)影響［1－2］。
1換熱管材料介紹
某換熱器設(shè)備管程介質(zhì)為液氨，設(shè)計(jì)壓力為23．3MPa，設(shè)計(jì)溫度為70／（－33）℃，U形換熱管材質(zhì)為Q345E，規(guī)格為Φ19mm×3mm，材料的化學(xué)成分見表1，力學(xué)性能見表2。
2彎管段熱處理工藝
換熱管采用工裝進(jìn)行冷彎，冷彎后成型工藝滿足尺寸公差的要求。合格后，按標(biāo)準(zhǔn)對(duì)彎管段及直管段至少150mm范圍內(nèi)進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理。熱處理后，再逐根進(jìn)行水壓試驗(yàn)。換熱管彎管合格后按組擺放在一起，管頭處采用保溫棉塞住管口，以防熱處理過(guò)程中加熱段管內(nèi)壁發(fā)生氧化。彎管處采用履帶式局部消除應(yīng)力熱處理，履帶寬度為450mm，覆蓋彎管段及直邊段150mm范圍內(nèi)的管子，并采用保溫棉覆蓋保溫，測(cè)溫?zé)犭娕贾糜诼膸?nèi)表層與履帶直接接觸的換熱管壁上，防止與履帶直接接觸的部分換熱管出現(xiàn)過(guò)熱。按設(shè)定升溫速度升溫，在（620±20）℃溫度條件下保溫15min。保溫后，按設(shè)定降溫速度降溫，當(dāng)溫度小于400℃以后，去除保溫棉，在空氣中空冷［3］。具體熱處理工藝路線如圖1所示。
3試驗(yàn)
換熱管熱處理后表面出現(xiàn)少量氧化皮，彎管段外側(cè)比其余部位氧化皮略多。由于換熱管在彎管過(guò)程中外側(cè)存在拉應(yīng)力，造成彎管段外表面氧化皮沒(méi)有彎管前致密，因此熱處理過(guò)程中鐵會(huì)往表層擴(kuò)散；而氧則相反，通過(guò)氧化皮薄膜會(huì)往金屬里面擴(kuò)散，從而進(jìn)一步氧化而出現(xiàn)較厚的氧化皮，在表面殘余應(yīng)力作用下會(huì)出現(xiàn)部分氧化皮脫落現(xiàn)象［4－5］。為確定熱處理后出現(xiàn)的氧化皮對(duì)換熱管使用性能是否有影響，利用備用換熱管進(jìn)行試驗(yàn)，截取部分換熱管，在熱處理爐內(nèi)按原熱處理工藝參數(shù)進(jìn)行熱處理后，表面也同樣出現(xiàn)氧化皮。采用萬(wàn)能拉伸試驗(yàn)機(jī)對(duì)熱處理后的試樣進(jìn)行了全截面拉伸試驗(yàn)，結(jié)果如表3所示。采用里氏硬度計(jì)對(duì)試樣進(jìn)行了表面硬度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4所示。由表3可知，試驗(yàn)管在室溫條件下的拉伸強(qiáng)度平均值為508MPa，比要求的最低抗拉強(qiáng)度值高出18MPa；屈服強(qiáng)度平均值為349MPa，比要求值高；斷后延伸率也達(dá)到30％，滿足要求。說(shuō)明換熱管在熱處理后的力學(xué)性能符合要求。從表4中可知，熱處理后換熱管表面硬度也在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)，說(shuō)明熱處理過(guò)程中降溫速度控制合理，未出現(xiàn)表面脆硬而導(dǎo)致的硬度超標(biāo)現(xiàn)象。另外，為確定熱處理后材料的組織成分是否發(fā)生變化，首先采用牛津直讀光譜儀對(duì)熱處理后的換熱管進(jìn)行化學(xué)成分測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見表5。并對(duì)熱處理前、后換熱管橫截面采用4％硝酸酒精侵蝕后，在金相顯微鏡下觀察其金相組織，見圖2。從化學(xué)成分表中可見，各元素含量符合標(biāo)準(zhǔn)要求，未見因溫度過(guò)高而出現(xiàn)化學(xué)元素?zé)龘p。對(duì)熱處理前、后材料金相組織圖對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，材料組織皆為珠光體和鐵素體組成，并未因溫度過(guò)高而出現(xiàn)珠光體退化現(xiàn)象。
4結(jié)論
1）采用合理的熱處理參數(shù)和熱處理方法，換熱管冷彎后殘余應(yīng)力的釋放和碳化物的均勻析出，使得彎管段組織比較均勻、硬度值相差不大、化學(xué)成分未發(fā)生變化、力學(xué)性能滿足要求，驗(yàn)證了熱處理后換熱管表面出現(xiàn)少量氧化皮對(duì)其力學(xué)性能和組織成分沒(méi)有影響。
2）對(duì)Q345E換熱管冷彎后采用履帶局部消除應(yīng)力熱處理，工藝簡(jiǎn)單、操作方便。通過(guò)選擇合適的熱處理方法和熱處理參數(shù)，保證了熱處理效果，為同類換熱器設(shè)備U型換熱管的熱處理工藝提供了經(jīng)驗(yàn)和理論依據(jù)。
作者:李亞鵬 周印梅 吳和斌 裴飛飛 單位:山西陽(yáng)煤化工機(jī)械有限公司