陸 云 ， 陳 強(qiáng) ， 郭忠曉 ， 朱凱麗 ， 洪端華

（德西福格汽車配件（平湖）有限公司，浙江 嘉興 314200）

相較于其他機(jī)械制造材料而言，金屬材料具備良好的耐久性和硬度，同時(shí)抗疲勞能力相對(duì)較強(qiáng)，應(yīng)用金屬材料制造生產(chǎn)的機(jī)械，在正常的工作環(huán)境下并不會(huì)發(fā)生腐蝕、老化的問題。但不同的金屬材料其硬度存在一定程度的差異，所以在熱處理加工的過程中可能會(huì)受到外部因素、內(nèi)部應(yīng)力的影響而出現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)斷裂甚至整體結(jié)構(gòu)斷裂問題[1]。

1 金屬材料熱處理工藝在機(jī)械制造中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

結(jié)合機(jī)械制造領(lǐng)域中金屬材料熱處理工藝的應(yīng)用，分別對(duì)各項(xiàng)熱處理技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，具體內(nèi)容如表1所示。

表1 熱處理工藝

2 金屬材料與熱處理加工工藝之間的關(guān)系

單純從理論上分析，在機(jī)械制造領(lǐng)域中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)用熱處理工藝對(duì)金屬材料進(jìn)行加工，能夠達(dá)成提高金屬構(gòu)件耐久力、抗腐蝕性的目標(biāo)，同時(shí)還能夠在一定程度上提升金屬材料加工的效率和質(zhì)量，甚至可以實(shí)現(xiàn)金屬材料環(huán)保加工的預(yù)想。但是從實(shí)踐的角度來(lái)看，應(yīng)用熱處理工藝加工金屬材料也有可能受溫度、人為等因素的影響而導(dǎo)致金屬材料斷裂、金屬構(gòu)件損壞。所以探究金屬材料與熱處理加工工藝之間的關(guān)系對(duì)于金屬材料熱處理工藝在機(jī)械制造中的應(yīng)用與推廣具有重要意義。本研究將結(jié)合該項(xiàng)工藝的實(shí)踐應(yīng)用展開總結(jié)性分析。

2.1 金屬材料耐久性與熱處理工藝

在機(jī)械制造過程中，生產(chǎn)廠家對(duì)金屬原材料的加工并非一蹴而就的，金屬原材料在相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)均會(huì)受到不同程度、不同類別的外力因素影響，在此種狀態(tài)下金屬材料極易出現(xiàn)疲勞斷裂的問題。換言之，熱處理工藝會(huì)在不同程度上降低金屬材料的耐久性，金屬構(gòu)件的損壞程度受外力作用頻率的直接影響，所以熱處理工藝的合理應(yīng)用才能夠最大限度地降低外力作用對(duì)金屬構(gòu)件產(chǎn)生的負(fù)面影響[3]。

2.2 材料切割與熱處理預(yù)熱

一般情況下機(jī)械制造過程中生產(chǎn)區(qū)域需要對(duì)大量的金屬材料進(jìn)行切割，那么在這一工藝流程中相關(guān)工作人員選擇合適的切割工具，并對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理預(yù)熱，則能夠在一定程度上縮短金屬材料切割的時(shí)間，降低金屬材料切割工序?qū)η懈罟ぞ叩膿p耗。此外，在整個(gè)金屬材料切割工作環(huán)境中不同的金屬材料所呈現(xiàn)出的特性存在一定的差異，所以為了降低金屬材料切割的難度，提升金屬材料切割的速度，進(jìn)行熱處理預(yù)熱可將金屬材料的屬性保持在活性區(qū)間之內(nèi)，從而在降低金屬材料硬度的基礎(chǔ)上促進(jìn)材料切割工序的順利開展[4]。

2.3 金屬疲勞與熱處理應(yīng)用

眾多實(shí)踐研究表明，科學(xué)合理地應(yīng)用熱處理技術(shù)能夠提升金屬材料的整體性能。但在機(jī)械制造生產(chǎn)中，如果金屬材料熱處理存在金屬材料瞬間冷卻的現(xiàn)象，那么金屬材料的結(jié)構(gòu)應(yīng)力參數(shù)將會(huì)迅速增加，如果這一參數(shù)突破了材料本身可承受的范圍，那么經(jīng)過熱處理后的金屬材料將會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷裂問題。這一問題屬于金屬疲勞的范疇，所以技術(shù)人員在對(duì)金屬材料熱處理的過程中，應(yīng)將金屬疲勞性作為一個(gè)重點(diǎn)，通過對(duì)加工溫度的合理控制，降低金屬材料疲勞問題發(fā)生的概率[5]。

3 金屬材料熱處理工藝在機(jī)械制造中的質(zhì)量控制

3.1 金屬材料進(jìn)行熱處理前需做好預(yù)處理工作

金屬材料熱處理環(huán)節(jié)中的正火、退火等工藝流程均會(huì)對(duì)金屬材料本身的形狀造成不同程度的影響，其中在正火流程中如果溫度偏高，將會(huì)導(dǎo)致金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形。基于這一問題，在金屬材料熱處理之前相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)控制好溫度環(huán)境，一般情況下技術(shù)人員可以應(yīng)用等溫淬火熱處理技術(shù)抑制金屬材料的結(jié)構(gòu)變形。但若想保證金屬材料的正火流程處理的質(zhì)量，相關(guān)技術(shù)人員還應(yīng)將退火工藝的選取作為側(cè)重點(diǎn)，即結(jié)合所加工的金屬材料結(jié)構(gòu)屬性選取與之相符合的退火工藝，從而對(duì)金屬材料結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行有效控制[6]。

3.2 機(jī)械零部件加工的優(yōu)化

待金屬材料熱處理后，技術(shù)人員應(yīng)基于金屬材料的變形規(guī)律，在具體的操作中持續(xù)優(yōu)化金屬材料的變形控制效果，全面分析金屬材料熱處理過程中的材料變形允許值，確保熱處理環(huán)節(jié)與機(jī)械零部件制造環(huán)節(jié)的工序標(biāo)準(zhǔn)始終保持一致。必要時(shí)技術(shù)人員應(yīng)適當(dāng)?shù)匦拚庸ず蟮慕饘俨牧铣叽?，切?shí)保證金屬材料的尺寸合格。此外，為實(shí)現(xiàn)金屬材料熱處理變形的有效控制，技術(shù)人員還可以運(yùn)用同樣的組織應(yīng)力對(duì)裝夾方式進(jìn)行改進(jìn)，提高熱源的能量密度，更好地避免過多熱能傳入工件內(nèi)部[7]。

4 金屬材料熱處理工藝在機(jī)械制造中的常見問題及解決對(duì)策

4.1 常見問題

通過上述分析可知，金屬材料熱處理工藝的應(yīng)用具有諸多優(yōu)勢(shì)，但同時(shí)也存在一些問題，如金屬構(gòu)件出現(xiàn)變形、開裂。如果能夠解決這兩大問題，那么在今后的機(jī)械制造生產(chǎn)中該項(xiàng)工藝將會(huì)得到進(jìn)一步的推廣。一般情況下，無(wú)論機(jī)械制造生產(chǎn)應(yīng)用何種熱處理技術(shù)，金屬材料熱處理均會(huì)在一個(gè)相對(duì)固定的工藝流程下進(jìn)行。所以本研究認(rèn)為如果分析各個(gè)流程中可能導(dǎo)致金屬構(gòu)件變形、開裂的原因，而后提出相應(yīng)的解決對(duì)策，能夠有效降低金屬構(gòu)件熱處理過程中變形、開裂問題發(fā)生的概率。

4.2 原因分析

4.2.1內(nèi)應(yīng)力塑性變形

結(jié)合機(jī)械制造領(lǐng)域中金屬材料的熱處理工藝流程得以明確，“加熱→保溫→冷卻”是金屬材料需要?dú)v經(jīng)的三個(gè)階段。在這三個(gè)階段中，外界的溫度環(huán)境對(duì)金屬材料的結(jié)構(gòu)存在直接影響，如果三個(gè)階段存在溫度不均的情況，那么金屬材料的內(nèi)部組織將會(huì)發(fā)生變化致使金屬材料產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，金屬零部件受內(nèi)應(yīng)力的影響發(fā)生塑性變形[8]。

4.2.2比容變形

機(jī)械制造中不同的零部件制造需求致使生產(chǎn)過程中需要應(yīng)用多種金屬材料，而不同種類的金屬材料內(nèi)部組織存在一定的差異。在熱處理的過程中金屬材料的體積、大小、尺寸等的變化均會(huì)在相變的過程中出現(xiàn)不同程度的比容變形問題，較內(nèi)應(yīng)力塑性變形而言比容變形的方向無(wú)法確定。

4.2.3冷卻方式

金屬材料熱處理工藝對(duì)冷卻技術(shù)的選擇與合理應(yīng)用存在較高的要求，若冷卻方式選擇錯(cuò)誤，那么金屬材料將會(huì)因冷卻不均出現(xiàn)變形、開裂，冷卻技術(shù)的使用失誤極易導(dǎo)致金屬零部件損壞[9]。

4.2.4溫度把控

金屬材料的熱處理中，溫度參數(shù)的控制對(duì)于金屬材料的熱處理質(zhì)量存在直接的影響。如果相關(guān)技術(shù)人員并未保證溫度參數(shù)的精準(zhǔn)性，也會(huì)引發(fā)金屬材料發(fā)生變形、開裂，甚至導(dǎo)致金屬原材料報(bào)廢無(wú)法被二次應(yīng)用。

4.3 解決對(duì)策

4.3.1強(qiáng)化金屬構(gòu)件結(jié)構(gòu)處理

在機(jī)械制造領(lǐng)域中對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理，相關(guān)工作人員若想避免金屬零部件發(fā)生變形、開裂，需要在熱處理工作開展之前充分考量可能會(huì)引起金屬材料熱處理變形、開裂的原因，并在具體的實(shí)踐中對(duì)金屬構(gòu)件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行校正、調(diào)節(jié)。如果實(shí)踐中無(wú)法直接校正金屬材料，則需要確保金屬構(gòu)件擁有充足的加工余量[10]。此外，在設(shè)計(jì)金屬構(gòu)件的過程中也應(yīng)考量金屬材料熱處理的負(fù)面影響，盡最大的可能在保證金屬構(gòu)件服役能力的基礎(chǔ)上重視金屬構(gòu)件截面力量的分布均勻，一般情況下對(duì)稱分布的金屬構(gòu)件結(jié)構(gòu)能夠有效地降低熱處理變形、開裂的概率。

4.3.2調(diào)節(jié)構(gòu)件熱處理工藝參數(shù)

在金屬材料熱處理工藝中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)重視對(duì)工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)，參數(shù)主要涵蓋金屬構(gòu)件的加熱或冷卻速度、加熱或冷卻溫度以及金屬構(gòu)件熱處理的保溫時(shí)間等，具體工藝參數(shù)還有很多，本節(jié)將不過多贅述。對(duì)金屬構(gòu)件熱處理工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)并選擇和確定合適的工藝參數(shù)，能夠使金屬構(gòu)件在整個(gè)熱處理工藝流程中擁有一個(gè)相對(duì)均勻的組織轉(zhuǎn)變時(shí)間，從而在一定程度上減小金屬構(gòu)件比容變形發(fā)生的概率。

4.3.3科學(xué)把控冷卻技術(shù)

為避免金屬材料在熱處理過程中出現(xiàn)變形甚至斷裂，在生產(chǎn)的過程中相關(guān)管理人員應(yīng)合理地選擇金屬材料冷卻技術(shù)，建議管理人員在以往生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上結(jié)合金屬原材料的屬性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及承受能力去選擇冷卻技術(shù)，其中金屬材料的尺寸、結(jié)構(gòu)應(yīng)作為首選分析指標(biāo)。

4.3.4降低殘余應(yīng)力

在機(jī)械制造中應(yīng)用熱處理工藝對(duì)金屬材料進(jìn)行處理，會(huì)在熱處理的過程中產(chǎn)生不同程度的殘余應(yīng)力。這些殘余應(yīng)力會(huì)破壞金屬材料表面的保護(hù)膜，嚴(yán)重者會(huì)引發(fā)金屬材料變形降低金屬材料的質(zhì)量。所以相關(guān)技術(shù)人員在具體操作中還應(yīng)將殘余應(yīng)力的降低納入工藝質(zhì)量控制與管理范疇。結(jié)合金屬材料熱處理實(shí)踐可知，絕大多數(shù)技術(shù)人員均會(huì)選擇在金屬材料熱處理的過程中加入數(shù)量不等的合金元素，用于延長(zhǎng)金屬材料的使用壽命，且在一定程度上提升金屬材料被熱處理的適應(yīng)能力。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過上述的理論研究可知，在具體的應(yīng)用中，熱處理工藝雖然能夠提高金屬材料的性能，起到一定的節(jié)能環(huán)保作用，但熱處理過程也會(huì)導(dǎo)致金屬材料發(fā)生變形、開裂，甚至?xí)率菇饘俨牧蠄?bào)廢。所以，若想科學(xué)地應(yīng)用熱處理工藝，有效避免熱處理過程對(duì)金屬材料結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的不利影響，相關(guān)技術(shù)人員在具體操作的過程中還應(yīng)重視對(duì)各項(xiàng)工藝參數(shù)的測(cè)量與控制，并將實(shí)踐應(yīng)用作為基礎(chǔ)，積累熱處理經(jīng)驗(yàn)，從而使熱處理工藝的應(yīng)用全面助力金屬零部件生產(chǎn)質(zhì)量的提升。