金屬熱處理在熱能動(dòng)力工程中的應(yīng)用

摘 要 采用正交組合回歸設(shè)計(jì)試驗(yàn)方法研究了亞溫淬火條件下，淬火溫度和回火溫度對(duì)45鋼強(qiáng)度及硬度的影響規(guī)律，并分析了該鋼亞溫淬火后的組織與性能。結(jié)果表明，在740～800 ℃范圍內(nèi)，隨淬火溫度升高， 45鋼的強(qiáng)度及硬度升高，淬火組織中鐵素體量逐步減少，其分布形態(tài)也發(fā)生明顯變化， 800 ℃淬火后的力學(xué)性能接近于常規(guī)的840 ℃淬火。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出了45鋼活塞（780 €？0） ℃淬火+ （550 €？0） ℃回火的調(diào)質(zhì)處理新工藝。

關(guān)鍵詞 調(diào)質(zhì)處理 抗拉強(qiáng)度 顯微組織

中圖分類號(hào)： TG11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 金屬熱處理的意義

金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時(shí)間后，又以不同速度冷卻的一種工藝。金屬熱處理是材料生產(chǎn)中的最重要的工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體化學(xué)成分，而是通過(guò)改變工件的內(nèi)部的顯微組織，或改變工件的表面的化學(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能觀察到的。金屬熱處理中的“四把火”指退火、正火、淬火（固溶）和回火（時(shí)效）。

2 成型處理方法的研究

從以上定義可以看出，不論是退火、正火、淬火還是回火，熱處理過(guò)程中都要對(duì)工件進(jìn)行加熱、保溫和冷卻。所以金屬熱處理中，加熱速度，保溫時(shí)間和冷卻速度成為熱處理工藝中最重要的工藝參數(shù)。

“四把火”中，淬火和回火（時(shí)效）關(guān)系最為密切，常常配合使用，二者缺一不可。但在實(shí)際生產(chǎn)中，為了節(jié)約成本，提高生產(chǎn)效率，對(duì)于性能要求低的產(chǎn)品，往往用在線淬火代替淬火爐淬火，用自然時(shí)效代替回火。

3 熱處理和材料成型結(jié)合驗(yàn)證

在微觀設(shè)計(jì)活動(dòng)的語(yǔ)境下，材料、成型、形態(tài)三者有著相互作用的關(guān)系，不僅僅是選擇和被選擇或是選擇和接受的一般關(guān)系。材料和成型——材料是微觀設(shè)計(jì)活動(dòng)中所涉及到的材料（包括天然材料和人造材料），成型是材料基于其物理和化學(xué)特性上的成型 ；成型是材料在物理上和化學(xué)上變化后的結(jié)果或以化學(xué)變化為手段產(chǎn)生的物理上的形態(tài)結(jié)果。如 ：鋁材在鑄造的過(guò)程中，利用其化學(xué)特性使之在特定條件下改變材料特性，又因特定外部條件的作用恢復(fù)鑄造之前的特性，但此時(shí)的物理形態(tài)已經(jīng)發(fā)生了較大的變化，達(dá)到設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)需求。材料決定成型，也就是說(shuō)，在材料既定的前提下，成型是材料的特性（物理、化學(xué)特性）規(guī)定的；超出材料特性（物理、化學(xué)特性）的成型方式，在現(xiàn)實(shí)的微觀設(shè)計(jì)活動(dòng)中存在的幾率很小，或只能通過(guò)材料和材料的復(fù)合使用才能達(dá)到 ；即使在CAD軟體中可以近似模擬，在微觀設(shè)計(jì)活動(dòng)中可能成本很高失去實(shí)用價(jià)值或存在本身并不合理。如：一個(gè)由塑料制成的箱子和一個(gè)由木材制成的箱子，由于他們應(yīng)用的材料不同，使得在實(shí)踐加工之后產(chǎn)生的形態(tài)結(jié)果迥然不同。在為廣大受眾服務(wù)的批量化生產(chǎn)條件下，塑料的箱子以注塑成型的方式制成，材料的物理和化學(xué)特性，如上文所介紹的，其轉(zhuǎn)角和過(guò)度的部位應(yīng)呈現(xiàn)r半徑轉(zhuǎn)角的形態(tài)，以方便液態(tài)的塑料在模腔中的均勻流動(dòng)和分布，減少生產(chǎn)缺陷 ；而換一種加工方式，塑料箱子的形態(tài)也可能是清棱清角的形態(tài)，但其結(jié)果理想程度不如前者。

4 熱能動(dòng)力工程的研究方向

熱動(dòng)主要研究熱能與動(dòng)力方面，是跨熱能與動(dòng)力工程、機(jī)械工程等學(xué)科領(lǐng)域的工程應(yīng)用型專業(yè)。目前我國(guó)有120多所院校開(kāi)設(shè)有該專業(yè)，它由舊本科的九個(gè)相關(guān)專業(yè)合并而成，包括了原來(lái)的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)（080311）、熱能工程（080501）、流體機(jī)械及流體工程（080313）、熱能工程與動(dòng)力機(jī)械（080319W）、制冷與低溫技術(shù)（080502）、能源工程（080506W）、工程熱物理（080507W）、水利水電動(dòng)力工程（080903）、冷凍冷藏工程（081409）專業(yè)。

5 金屬熱處理在成型技術(shù)中的應(yīng)用

由于材料的特性決定這樣的缺陷明顯——應(yīng)力的分布沒(méi)有注塑成型的形態(tài)分布均勻，在粘接處應(yīng)力集中，容易變形或損壞。并且，從生產(chǎn)的角度考慮，由于粘接成型加工特點(diǎn)的限制，這樣的成型方式在大多情況下要由手工完成，很難適應(yīng)服務(wù)廣義大眾的批量化生產(chǎn)。成型和形態(tài)不一定是一一對(duì)應(yīng)的方式，相同的成型方式由于所應(yīng)用的材料不同而產(chǎn)生不同的加工形態(tài) ；不同材料之間的相似性決定了不同材料，在不同的外部環(huán)境下（如溫度不同、壓力不同、應(yīng)用于材料中的添加劑不同等），可以應(yīng)用同一種或是原理相同的成型方式 ；而材料之間的差異性使材料在應(yīng)用了相同的成型工藝之后產(chǎn)生的形態(tài)不盡相同。兩種材料在工藝成型上，采用了相似的方式，卻產(chǎn)生了不盡相同的形態(tài)和外觀 ；導(dǎo)致在微觀設(shè)計(jì)活動(dòng)中，設(shè)計(jì)師在最終形態(tài)上的要求改變。相同的形態(tài)可以由不同的成型方式來(lái)實(shí)現(xiàn) ；相同的形態(tài)在結(jié)構(gòu)上不一定相同，即同樣的產(chǎn)品形態(tài)可以由不同的結(jié)構(gòu)方式結(jié)合而成，不同的材料在實(shí)現(xiàn)同一個(gè)形態(tài)時(shí)采用的方式不盡相同。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國(guó)教育部高等教育司.普通高等學(xué)校本科專業(yè)目錄和專業(yè)介紹[M].北京：高等教育出版社，1998.

[2] 徐小兵，楊雄，吳文秀，帥玉妹，劉揚(yáng)松，周思柱.材料成型及控制工程[M].北京：高等教育出版社，2001.

[3] 劉道沛.金屬熱處理[M].武漢：湖北教育出版社，2009.