热加工工艺及设备现状与分析

2014-06-13潘国良

科技视界 2014年9期

潘国良

(黑龙江省中能控制工程有限公司，黑龙江哈尔滨150060）

现今在工业发达的国家，机械工业的发展可以说是和热加工工艺的发展是分不开的，热加工工艺也为轻工业、建筑工业、纺织工业、化工工业及冶金工业的发展提供工艺技术上的支持。热加工工艺中金属的铸造、热轧、焊接与金属的热处理等技术能够在制作机械零件的同时改善它的内部组织结构，以达到改善零件机械性能的目的。

1 机械行业热加工工艺及设备现状分析

在过去的几年里，我国机械制造工业普遍存在着“重产品轻工艺”的状态，特别轻视热加工工艺及设备的研究和发展，因此我国机械产品的质量与寿命明显低于国外同类产品，可以说热加工工艺及设备的先进与否，决定着我国机械工业的发展水平、经济效益和生产效率。焊接技术与铆接技术相比，具有生产率高、节约金属原料、接头强度高和减轻结构重量等优点，被广泛地应用于航空、船舶、车辆、锅炉和国防等工业部门。在发达国家，焊接结构用钢占整个钢产量的50%，由此可以说明机械工业的发展进步是和焊接技术的发展密不可分的。

2 热加工工艺设备的标准化设计

2.1 热加工工艺设备要具有工艺性

在制作航空业的产品时，由于航空产品的热加工零件品种较多、形状复杂、技术要求高，所以热加工工艺设备的设计，必须在确保产品质量的前提下，努力改善热加工工艺设备制造的工艺性。评价工艺性的好坏，通常是以制造工艺设备的劳动量和材料的消耗量来衡量。改善热加工工艺设备的的工艺性的重要环节之一，就是做好标准化工作。首先，工艺设备的所有零件应最大限度的选用国标；其次，材料的选择最好限用品种规格。

2.2 热加工工艺设备的精度要求

热加工工艺设备的尺寸精度一般是按照以下的规定：铸件尺寸公差和加工余量按HB0-7-67，砂型铸造的铸件精度不超过ZJ5,金属型铸造的铸件精度不超过ZJ4。除模锻件精压表面的尺寸公差按一、二级精度外，其它都不超过三级精度。为了设计、制造和验收方便，设计的砂型型板、金属型等锻造工艺设备，型腔内部尺寸无特殊要求的一律不注公差。压铸模、高要求的熔模压型、锻模、高要求的塑料模的定位部分，按二级精度。砂型型板、砂芯盒、低压铸造金属型、熔模压型，压型模各部件的配合，可按四级精度。

2.3 设备的光洁度及表面处理

为了提高热加工工艺设备的抗腐蚀性盒耐磨性，还需要进行一步表面的处理。对钢制熔模压型的模面，可以渡铬，镀层厚度为0.003-0.005毫米；对于不镀铬的熔模压型零件、压铸模和铸造用的模板等，可以进行发蓝处理。

3 热加工工艺的应用

3.1 柴油机连杆的热加工工艺

一些柴油机的连杆是由18Cr2Ni4WA制造的，连杆是热模铸成型的，但由于设备能力及模具不合理，使得锻坯的加工余量非常大，浪费也很大，而精锻则可以节省大量钢材和加工工时，用低温回火代替高温回火避免强度储存的损失，冷却方式则选择灰冷或者油冷。采取这种工艺既可以提高强度储备、节省钢材和工时，又能省去正火、高温回火，缩短生产工期节省电能。锻后灰冷保证在强韧性不变的前提下，降低硬度，改善切削加工性能。

3.2 高硅耐磨铸钢的热处理工艺

硅是高硅铸钢的主要合金元素，如果硅含量过高，钢的组织显著粗化就会降低钢的强韧性，而且也会显著降低钢的硬度；如果硅的含量过低，则组织中会出现马氏体，容易在钢结构中形成裂纹，增加了钢的脆性甚至造成严重的剥落失效。碳的含量决定钢的硬度，在一定的范围内，碳的含量越高，其淬透性越好，淬火后硬度也越高。但是碳含量过高则会造成严重的问题，降低了钢的韧性。为了保证钢材料高的硬度和良好的冲击韧性，一般碳的含量保证在0.3%-1.2%。当等温淬火温度低于280℃时，贝氏体铁素体板条较为细小，而且取向十分杂乱，抗拉强度和硬度较高，但韧性和塑性较差。随温度的提高，贝氏体铁素体的板条逐渐加宽，富碳残余奥氏体薄膜加厚，贝氏体铁素体板条的取向也逐渐变得一致。在等温淬火温度到达320℃时，奥贝组织具有最佳的冲击韧度，抗拉强度和硬度比等温温度更低时下降幅度不大，有一定的伸长率。高硅铸钢的化学成分，满足在等温淬火条件下获得具有奥氏体与贝氏体的复相组织，有效地提高了高硅铸钢的断裂韧性以及疲劳性能。高硅耐磨铸钢的质量与钢液的纯净度的关系非常大，钢水中的非金属夹杂物会导致产品性能的降低和内在品质的下降。于此同时，非金属夹杂物能够有利于形成气孔，从而降低了铸件的致密度。奥氏体化工艺为900℃×120 min，等温淬火工艺为320℃×120 min时，可获得较佳的综合力学性能。

3.3 金属粉末注射形成零件热加工工艺及设备

金属注射成形(MIM)是一种针对生产中小型复杂形状零件的现代化的近净形成形技术，但是与传统粉末冶金工业相比，许多生产厂家仍停留在批量炉生产阶段。为了增加批量式炉的效率，降低运行成本，批量炉的尺寸就做得越来越大，但是这样保证工艺过程的均匀性就越来越困难，除此之外，大尺寸的批量炉的操作与装料等也很是复杂的。连续式的脱粘烧结炉设备能够有效地避免上述的诸多问题，逐渐成为金属注射成形工艺最先进的设备之一。烧结MIM零件的关键因素就是温度的精度，特别是烧结奥氏体不锈钢，烧结温度的一个微小变化都会导致密度产生变化，甚至局部表面熔化，可以通过可控硅控制加热及一种特殊的钼加热元件的构造，将温度精度控制在±3℃。高温精度的好处是可以在接近熔点的温度进行烧结，而不必担心有表面熔化的危险，烧结时间通常较短。连续炉的烧结气氛通常是任意比例的氢气与氮气混合物，为了保证原料中含有碳的零件不脱碳，氢气的含量应该少于5%。MIM钢零件通常在1250℃到1370℃之间进行烧结，因为在这个温度下，烧结气氛中的氢与零件中的碳反应生成 CH4，导致脱碳现象的发生。与烧结炉平行的位置安装1台连续脱粘炉，加工的零件可由脱粘炉自动运行到烧结炉，此过程可以防止由于人工接触而导致的脱粘后零件的缺陷。