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热处理和表面改造技术的特点

浏览数:245 发布于:2021-09-20

制造业是我国国民经济的支柱。改革开放以来,中国教育装备制造业以年均17%的速度可以快速经济增长。目前,中国装备制造业增加值排名世界第四,仅次于美、日、德,已成为制造业大国。但要清醒地认识到,中国不是制造业大国,在国际制造业中处于低端地位,与国际先进水平存在巨大差距。其中作为一个问题突出的问题是,中国传统制造业的产品因质量低、使用企业寿命短、可靠性差而缺乏市场竞争力。他们只能制造低档次、低附加值的产品,只能靠扩大产能来实现增长。国防工业和许多重要工业需要重要工艺装备和核心部件依赖进口的局面长期没有改变,严重威胁着我国的国防安全和经济安全。


  我国热处理(包括表面改性,下同)技术发展落后是造成企业这种学习情况的主要问题原因之一。它已成为制约我国制造业发展的瓶颈,应引起高度重视。本文就热处理和表面进行改性处理技术的特点和作用,我国企业在这一领域与发达地区国家的差距,以及发展的出路等方面提出了自己的看法,希望引起讨论,并受到读者的批评和纠正。
热处理和表面改造技术的特点


  材料的性质不仅仅取决于材料的类型和成分。通过进行热处理和表面改性改变传统材料的内部控制结构会极大地改变这种材料的性能。例如:高速钢在退火状态下的硬度不高于280HB,具有良好的塑性和韧性,而淬火回火后具有较高的硬度、红硬度和耐磨性。由于可以溶解在基体中的合金设计元素进行含量和奥氏体晶粒尺寸与淬火温度变化有关,硬度和红色硬度随着淬火温度的升高而增加,而韧性降低,强度先增加后降低。利用这一规律,我们可以根据不同工具和模具的特点选择最佳淬火温度。车刀刃口和刀柄较厚,对强度设计要求水平不高,承受的冲击以及载荷较轻。可以采用接近熔点的淬火温度,将尽可能多的合金元素和碳溶解到奥氏体中,从而提高红硬性和耐磨性。钻孔时钻头刃口不易冷却,希望尽可能提高其红硬性。但为了可以防止出现扭转,钻头工作需要具有较高的强度,所以其淬火温度略低于车刀。铣刀和铰刀的切削刃很薄。为了避免崩边,要求有足够的韧性,淬火温度要适当降低。小钻头的主要损坏方式是扭曲或断裂。为了保证较高的强度,淬火加热温度应进一步降低。冷挤压模具受力大,但对红硬性要求不高,应选择强度峰值的淬火温度。而对于一些细长或复杂的冲击载荷较大的冷冲压模具,淬火温度应较低。母钢制成的刀具或模具应根据使用条件和失效模式选择不同的淬火温度,变化范围可达150,但对于特定的工件,只允许有5的偏差。结构钢和低合金工工具钢也有类似情况。预热处理企业组织、淬火温度、冷却系统方式和回火温度变化都对钢的性能有明显重要影响。其中不同的组合可以使材料获得不同的综合性能。结构钢的强度、硬度、韧性、可塑性和弹性极限随淬火后的钢筋温度而变化。高温回火(淬火回火处理)通常用于要求高塑性、高韧性,特别是对缺C敏感性低的工件,而对强度高、硬度较高的工件,如30 CrMnSi,则采用200C左右的低温回火,200淬火后40 CrNiMo的抗拉强度可高达160010。各种弹簧和其他弹性元件通常在中温下回火,显示弹性极限的峰值。此外,等温淬火、两相区加热进行淬火和形变以及热处理可以使结构钢作为获得一个良好的强度和韧性。对于各种化学热处理和表面涂层技术,通过调整工艺参数可以改变表面层的浓度和深度,可以控制浓度梯度和性能梯度,以满足不同工件的不同使用条件对工件整体综合性能的要求。例如,不同零件的渗碳处理应该有不同的技术发展要求,才能不断获得一个良好的使用网络性能。渗碳层表面浓度从0.9 ~ 1.0% C下降到0.7 ~ 0.8% C,浓度分布曲线呈平台状。使用网络寿命从27小时提高到52小时,达到这样一个钻井队对抗能力两个世界钻井对的效果。例如,通过离子注入进行表面改性,可以在不改变整体强度和韧性的情况下,大大提高耐磨性,降低摩擦系数,提高耐腐蚀性。已应用于航天器各种传动机构的轴承和摩擦件、飞机液压马达的耐磨件、石油行业泥浆泵的简化等。在某些特殊情况下,根据不同工件的特点,采用通过一些问题看似“不规则”的热处理工艺,可以达到意想不到的效果。 3Cr2W8热模具钢的淬火处理温度变化范围进行一般为1050~1120C,但锅炉钢管热挤压模具设计相当于一个钢管散热器在模腔内两侧的位置,承受的应力影响较大,在热态下容易发生屈服,导致我国模具结构失效。试验后,淬火温度升至1170 ~ 1180,水冷却至~650C,然后通过转入低温盐浴冷却,模具使用寿命不断提高企业数倍;水稻收割机的叶片经过高浓度碳氮共渗处理;表层出现需要大量碳化物和残余奥氏体,按常规进行检验技术标准视为不合格。然而,由于水稻收获机叶片具有较高的耐磨性和较好的耐腐蚀性,其使用寿命比常规渗碳处理提高了数倍。粗略回顾一下上述众所周知的事实,只能看出一个容易被忽略的点: **的热处理工艺不可能是均匀的,同类材料的性能会因热处理方法和I工艺参数的不同而发生变化,性能指标往往会发生变化。通过选择合适的热处理工艺参数和获得适合工件使用条件和失效模式的优异综合性能,可以制造高质量的产品。这就是通过热处理和表面进行改性处理技术的特点、难点和魅力所在,它给人充分发展发挥学生主观能动性的空间和空间。
  历史研究证明,可以进行改进热处理工艺,充分发展发挥材料的潜力,往往是企业产品信息更新换代的催化剂。调质后的屈服强度约为600~-900 MPa,明显优于正火后的屈服强度,因此成为结构钢常用的热处理工艺。二战期间,前苏联研究人员发现,经低温调质或等温淬火后,屈服强度达到1500 MPa,并保持足够的韧性。用于生产制造公司飞机起落架。中低碳结构钢的淬火和低温回火技术处理也适用于各种火炮防弹盾牌等军工企业产品。随后,各国开发的一系列以淬火和低温回火处理为特征的“超高强度钢”推动了许多重要产品的升级换代。比如:大功率发展燃气作为轮机以及液力耦合器的转子,传递的功率从几万到几十万千瓦,转速可以达到学生每分钟2万转以上。最初的设计是对SEA4340钢进行淬火和回火处理。屈服强度为800兆帕,然后低温淬火回火,屈服强度达到1800mpa,整个联轴器的重量减少了四分之一。这对提高船舶性能非常有利。
  表面改性技术在高端产品的研发中也发挥着重要作用。众所周知,气体的热效率可以随着我国气体环境温度的升高而增加,但高温合金的耐热温度进行限制了燃烧室工作温度的升高。在国外,由于经济研究的成功,在耐热合金材料表面进行沉积了含有一个蜂窝状氧化锆的复合涂层,起到了提高隔热的作用,使耐热合金叶片的温度比气体环境温度低150 * C以上,因此开发了燃烧室工作温度要求更高的燃气轮机,促进了中国航空公司发动机的升级更新换代。
  即使在一般机械设计制造企业行业,热处理和表面改性的技术发展进步对产品创新也具有非常重要研究意义。比如生产标准件的冷镦机,现在的生产率达到了600块/min,比20年前的60块/min提高了10倍。标准件行业发生了很大变化。实际上,冷镦机并不复杂,设计和制造一台600件/分钟的冷镦机并不难。问题是小V的六角冲头当时的使用寿命不到两万块。在这种情况下,提高冷镦机的速度是没有意义的。由于标准件是一种批量巨大的产品,通常可以要求我们每个冲头的寿命超过一个班次,否则很难发展进行社会生产经营管理。20世纪80年代初,通过对热精整工艺的改进,冲头的使用寿命提高到50000件以上,随后出现了1001件/min的冷镦机。20世纪90年代,通过氮化钛的气相沉积对六角冲头进行表面改性,使用寿命提高到35万件以上。成为高速冷镦成型机的促进剂。只有从这些例子中,才能体现出:热处理的技术进步对产品创新的推动作用。
  鉴于上述特点,为了能够提高热处理技术发展水平,首先要对热处理工艺设计参数对材料微观经济组织和性能的影响企业进行管理系统的研究,其研究工作不能仅仅停留在样品研究层面。热处理工艺研究需要与产品台试验、安装试验和故障分析相结合,经过不断的探索和改进,才能达到大幅度延长使用寿命的效果。比如:卡车活塞销的冷挤压冲头,承受约2000MPa单位工作压力,需要具有较高的压缩中国屈服以及强度,形状比较细长易折断,还需要进行足够的韧性。在挤压过程中,被挤压的金属具有很强的摩擦韧带,因此需要很高的耐磨性和一定的热稳定性。选择就业/使用W6Mo5Cr4V2高速钢的制造。最初选用手册中给出的标准热处理规范进行处理,使用寿命小于400件。失效模式是冲压时冲头断裂。为了能够提高学习材料的韧性,淬火处理温度从1225C降低到1190,取得了一个显著的效果,使用网络寿命可以提高到2500件左右。虽然进一步降低淬火温度可以进一步提高韧性,但使用寿命会降低。仔细分析冲头的工作条件和失效模式后发现,经过低温加热淬火的冲头边带逐渐变粗糙,脱模时阻力增大,导致脱模时因冲击拉应力而断裂。针对这一具体情况,进行了1190℃淬火和560℃回火4次,然后进行气体氮碳共渗处理。表层硬度(约0.02毫米)提高到1000HVI以上,同时保持整体强度和韧性,使用寿命提高到10000件以上。   此外,考虑到热处理工艺参数对材料性能非常敏感,有必要研究开发先进的热处理工艺设备和准确可靠的热处理工艺控制技术,以保证质量的再现性和一致性,设计合理的夹具,规定并严格执行合理的进料方法和操作方法。因此,提高热处理质量和再现性是一项系统工程。不同的国家和不同的企业在这个领域有很大的差距也就不足为奇了。   落后的热处理技术已成为中国制造业发展的瓶颈   在发达国家,所有 品牌的机械产品制造商都非常重视热处理技术的研发。通过进行大量的投资、不断的改进和长期的积累,他们形成了我们自己一个独特的技术,这些技术作为市场竞争力的一个要素被严格保密。人们可以通过测绘和解剖分析,购买 *产品,模仿外观和成分相同的产品,但使用寿命和可靠性往往相差甚远。正是在这个关键环节,中国与发达国家的差距很大。
  长期以来,我国制造业有重视产品、忽视毛坯的倾向,而在毛坯制造中,侧重于形状控制而忽视控制,强调产能而忽视质量。发展规划和技术改造资金倾向于过多购买精密加工设备,而很少关注材料制造,尤其是控制和改性技术的研发。因此,产品设计往往因使用寿命短、可靠性差而在中国市场经济竞争中处于发展劣势,只能自己陷入在激烈的价格战中挣扎的困境。


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