機械熱加工強化技術的應用分析

鄭昌鴻+李松峰+楊軍濤

摘 要：隨著我國經濟社會的不斷發展，我國機械熱加工強化技術也在不斷發展。機械熱加工強化技術的應用范圍十分廣泛，在建筑工程、化學工業等等各個領域都有所涉及，在航空領域中，對該技術的運用較為深入，它能夠提升航空構件的機械強度。因此，機械熱加工技術對于航空機械領域的相當重要。本文從實際出發，先對機械熱加工強化技術進行了較為詳細的介紹，并列舉了幾種常見的機械熱加工強化技術，最后對于機械熱加工強化技術的應用進行了分析，并簡單分析了航空飛機對該技術的運用，希望可以為其他人提供一定的參考價值。

關鍵詞：機械熱加工強化技術；應用；分析；航空飛機

Application analysis of mechanical hot working strengthening technology

AVIC plane Limited by Share Ltd Shanxi Xi'an 710089

Abstract： with the continuous development of China's economic and social， China's mechanical hot machining strengthening technology is also developing. Strengthen the application scope of mechanical thermal processing technology is very extensive， it has been involved in various fields of construction， chemical industry and so on， in the field of aviation， more in-depth application of the technology， it can improve the mechanical strength of the aviation component. Therefore， the mechanical hot machining technology is very important for the field of aviation machinery. In this paper， first on the mechanical thermal processing enhancement technology is introduced in detail， and lists the mechanical thermal processing of several common strengthening technology， finally the mechanical thermal processing strengthening technology application are analyzed， and a simple analysis of the use of aircraft to the technology， the hope can provide certain reference value for other people.

Keywords： mechanical thermal processing； strengthening technology； application； analysis； aviation aircraft.

引言：

隨著時代和社會的不斷發展，我國的科學技術也已經有了長足的進步，這其中，機械熱加工強化技術的出現標志著我國的科學技術又上升到了一個新的高度。對于機械熱加工強化技術來說，其實用性是非常強的，在建筑工程、化學工業等等非常多的領域都能得到應用。航空飛機對于機械熱加工強化技術的應用，可以說是最深入的，也是技術含量最高的。換句話說，也正是由于機械熱加工強化技術的出現，航空領域中材料強度提升速度才更快。航空飛機領域將機械熱加工強化技術應用于處理飛行器表面和飛機零件上，不但大大提高了強化工作的效率和速度，對于處理效果也有了大大的加強。

一、機械熱加工強化技術的概念

所謂的機械熱加工強化技術，其實就是在機械加工處理金屬的步驟中，將金屬全部或者部分進行加熱后，再對其進行加工，由于常溫狀態下金屬的硬度較大，延展性和可塑性都不是很好，但在高溫的條件下，金屬就會在發生軟化的同時還具有延展性和可塑性，這樣就非常便于加工。機械熱加工強化技術大量應用于有金屬加工需求的行業之中，實用性相當強。

二、常見的幾種機械熱加工強化技術

機械熱加工強化技術有很多種，針對不同的情況可以采用不同的方法，以下是幾種常見的機械熱加工強化技術：

（一）化學熱處理表面強化技術的概念和內容

化學熱處理表面強化技術是隨著時代和科技的飛速發展而產生的，是最為常見的機械熱加工強化技術之一[1]。化學熱處理表面強化技術是機械制造技術上非常重要的創新，對于機械制造也的發展起到了非常大的幫助。化學熱處理表面強化技術的理論依據非常簡單，就是通過加熱的方式，將多種金屬材料內部的化學成分以及金屬特性進行改變，從而方便接下來的加工和制造。化學熱處理表面強化技術還有一個非常重要的特性，那就是對于有一定程度上的損毀的金屬材料依舊可以進行適當的加工和處理，甚至還能做到一定程度上的修復，這個特性正是化學熱處理表面強化技術可以在航空飛機領域大放異彩的原因[2]。

化學熱處理表面強化技術的技術手段有很多種，但大體上可以分為氮化法、碳氮法以及滲透法三種，其中滲透法又可以進一步細分為滲硼法和滲碳法兩種，這些技術手段都可以對金屬表面的化學成分進行一定程度上的改變，從而擴散成多成分或者單成分的保護層，之后再利用表面淬火強化技術對保護層進行加固，提高保護層的耐磨損性以及強度，其表面強化程度就會相當高了。

（二）表面淬火強化技術的概念和內容

表面淬火強化技術是通過在金屬表面進行淬火處理，對金屬表面的硬度和耐磨性進行加強的技術。表面淬火強化技術并不能改變金屬表面的化學成分，而是通過改變金屬表面的結構從而對金屬的表面進行強化，使金屬表面的強度和耐磨程度得到加強[3]。

表面淬火強化技術的出現的時間非常早，是過去對于金屬處理時最為常用的手段，但是自從化學熱處理表面強化技術出現之后，表面淬火技術往往搭配著化學熱處理表面強化技術共同使用，先用化學熱處理表面強化技術對金屬表層進行處理，改變金屬表層的化學成分，使其擴散處保護層，再對形成的保護層使用表面淬火強化技術，由于表面淬火強化技術不會對化學成分造成改變，因此不會對保護層造成破壞，這樣就可以在很大程度上對金屬的表面進行強化。

表面淬火強化技術分為很多種，常見的有火焰淬火表面強化技術和高溫快速淬火表面強化技術兩種。

1.火焰淬火表面強化技術

所謂火焰淬火表面強化技術，就是將最高可以達到3200℃的高溫火焰作為淬火的熱源，可以快速的將金屬表面進行加熱使其達到淬火要求的溫度，之后用冷水沖淋使得金屬迅速降溫，就可以加強金屬表面的強度和耐磨性[4]。

2.高溫快速淬火表面強化技術

高溫快速淬火表面強化技術的熱源是滾燙的鉛溶液，需要利用鉛溶液爐先將鉛溶液的溫度提升到1000℃并保持不變，之后將金屬直接放入鉛溶液中，這時金屬的溫度就會迅速上升，當其達到淬火要求的溫度時就可以將之取出并用冷水將其冷卻，但同火焰淬火表面強化技術不同的是，高溫快速淬火表面強化技術冷卻之后的金屬必須要經過回火的步驟，才可以達到表面強化的目的。在使用高溫快速淬火表面強化技術的時候一定要注意，鉛溶液在加熱到900℃的時候會產生一定的有毒氣體，因此一定要做好通風措施，這樣才能避免中毒。

（三） 堆焊表面強化技術

堆焊表面強化技術其實就是利用電焊、氣焊等對金屬表面進行強化的技術，常見的堆焊表面強化技術分為三種，分別是自動堆焊表面強化技術、手工電弧堆焊表面強化技術以及震動堆焊表面強化技術三種。

1.自動堆焊表面強化技術

自動堆焊表面強化技術其實就是利用機械的自動化來進行堆焊的操作，其應用范圍很廣，對于各種情況也都能較好的適應[5]。自動堆焊表面強化技術分為有保護的自動堆焊表面強化技術和無保護的自動堆焊表面強化技術兩種，所謂的保護就是是否在堆焊的過程中使用溶劑、蒸汽或者二氧化碳，而無保護的自動堆焊表面強化技術大多在震動堆焊表面強化技術中使用。自動堆焊表面強化技術不但適應性強，應用范圍廣，而且還可以提高工作效率，解放人力，因此是大多數人的首選。

2.手工電弧堆焊表面強化技術

手工電弧堆焊表面強化技術的操作相對來說更為簡單，機動性較強，不受場地和環境的限制，也不需要精密的設備，普通的電弧電焊機就可以了，因此應用也較為廣泛，尤其是航空飛機表面的零件處理或者進排氣管細微零部件的表面處理，一般都會選擇手工電弧堆焊表面強化技術。但手工電弧堆焊表面強化技術的缺點是對于技術的要求較高，若是技術不足就會影響最后的效果。

3.震動堆焊表面強化技術

通常情況下，震動堆焊表面強化技術都用來加工一些較為細小和瑣碎的零部件，在機器震動的空檔，對細小零部件進行熱處理。當細小零部件融化到符合要求的地步時，就在其表面焊接耐磨的、強度高、耐磨性好的金屬，從而對其表面進行強化。

三、機械熱加工強化技術的應用

（一）機械熱加工強化技術在航空飛機零件表面強化的應用

由于機械熱加工強化技術可以對損壞的金屬材料進行處理和一定程度上的維修，同時也可以對金屬表面的耐磨性、強度和硬度進行一定程度上的加強，因而被大量應用于飛行器表面強化之中。首先將飛行器表面金屬進行化學熱處理，利用氮化法或是碳氮法改變其表層的化學成分，使之得到一定程度上的修復并形成保護層，然后再用表面淬火強化技術對形成的保護層進行進一步的加固，使其耐磨性和強度得到加強。除了對于飛行器表面的處理和強化之外，作為飛行器之中要求最高負荷最大的活塞銷也經常會利用到化學熱處理表面強化技術以及表面淬火強化技術，活塞銷是飛行器發動機之中最為重要的零部件之一，在飛行器開動的時候，活塞銷要承受大非常大的壓力以及摩擦，這對于活塞銷表面的強度以及耐磨性的要求就非常大了，因此，對于活塞銷的表面強化也需要用到化學熱處理表面強化技術以及表面淬火強化技術。另外，在飛行器的起落架等承力需求較高的構建中，也需要使用該技術。最后，在飛行裝置中，如輪盤、葉片等構件的磨損較多，機械熱加工強化技術能夠減少這些磨損，提升飛行器的使用壽命[6]。

（二）機械熱加工強化技術在高耐磨材料方面的應用

在建筑行業、機械制造行業等非常多的行業里面，對于高耐磨性的材料的需求程度都是相當大的，而現如今，最常見的高耐磨材料莫過于高硅鑄鋼了[7]。高硅鑄鋼的主要化學成分是硅和碳，硅的成分決定了高硅鑄鋼的耐磨性，而碳的含量決定的高硅鑄鋼的硬度，但是硅和碳的含量并不是越多越好，而是有一個極值的（硅為0.5%，碳為0.3%），超過這個極值，就會使得高硅鑄鋼的韌性和可塑性下降，影響其整體性能。對于高硅鑄鋼的表面處理主要利用了表面淬火強化技術，由于材料屬性的要求，不能使得高硅鑄鋼表面的化學成分發生變化，因此不能使用化學熱處理表面強化技術。表面淬火強化技術不但可以加強高硅鑄鋼的表面的硬度和耐磨性，同時還可以增加高硅鑄鋼之中硅和碳的含量，從而從整體上加強高硅鑄鋼的硬度和耐磨性。但是使用表面淬火強化技術對高硅鑄鋼進行表面強化的時候，一定要將淬火的溫度控制在300℃左右，否則就會使得高硅鑄鋼中的碳和硅的含量過高，影響高硅鑄鋼的整體性能。

四、結束語

隨著我國科學技術的不斷進步，我國的機械熱加工強化技術也得到了很大的發展。機械熱加工強化技術的出現和發展是我國機械制造行業的一個里程碑，標志著我國的機械制造技術邁入了一個新的階段。機械熱加工強化技術的應用范圍很廣，從建筑行業到機械制造行業都會用到，實用性相當強，因此對于機械熱加工強化技術的應用分析是非常有必要的。本文從實際出發，介紹了機械熱加工強化技術的含義，并著重介紹了化學熱處理表面強化技術、表面淬火強化技術以及堆焊表面強化技術三種常見的機械熱加工強化技術，最后對于機械熱加工強化技術的應用進行了分析，希望可以為其他人提供一定的參考價值。

參考文獻：

[1]張廣城.機械熱加工強化技術的應用研究[J].新商務周刊，2016（6）.

[2]邱育德.熱加工工藝的綜合技術分析[J].中國科技博覽，2015（32）：60-60.

[3]周桂芳.機械零件表面處理技術應用研究[J].軍民兩用技術與產品，2015（4）.

[4]答建成，周細應，周濤，張有為，楊濤.機械零件表面強化技術研究現狀及展望[J].表面技術，2015（07）：68-75.

[5]王樂安.新世紀的中國航空熱加工技術展望[J].材料工程，1999（6）：43-45.

[6]宋洪才.我與《機械工人》熱加工[J].金屬加工（熱加工），2005（4）：86.

[7]張善慶，王慶生.真空熱處理技術在航空領域的應用與發展[J].金屬加工（熱加工），2003（11）：24-26.