探究金屬熱處理在熱能動力工程中的應(yīng)用

劉俊飛

摘要：經(jīng)濟的發(fā)展，社會的進步推動了我國綜合國力的提升，也帶動了熱能工程發(fā)展的步伐，當(dāng)前，隨著工業(yè)發(fā)展速度持續(xù)加快，機械精度的受重視程度有明顯提高，這就要求金屬材料熱處理切實做到位。通過此種技術(shù)能夠使得金屬材料的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯變化，性能也會得到改善。當(dāng)然，對金屬材料進行熱處理時發(fā)生變形的概率是較高的，這樣就會使得工件強度、精度受到直接影響，使用壽命也難以保證，若想保證金屬材料加工能夠順利完成，質(zhì)量達到標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)該要尋找到可行的措施來對金屬材料熱處理變形進行嚴(yán)格控制。

關(guān)鍵詞：金屬熱處理;熱能動力工程;應(yīng)用

1金屬材料熱處理過程中變形的種類

從加工工藝的角度來說，形變類型包括以下兩種，其一是比容形變，導(dǎo)致此種形變出現(xiàn)的原因是在金屬材料當(dāng)中含有一定量的碳元素、金屬元素。從相關(guān)人員研究所得結(jié)果來看，金屬合金材料發(fā)生比容形變較為常見，而這與鐵素體、游離碳、比容變化是存在緊密關(guān)聯(lián)性的。展開熱加工的整個過程中，金屬材料會發(fā)生形變，而且方向是不同的。如果發(fā)生了比容形變的話，金屬合金的尺寸必然會改變。

2金屬熱處理在熱能動力工程中的應(yīng)用

2.1鋁材設(shè)備之復(fù)雜模具滑塊的數(shù)控技術(shù)

在模具設(shè)計領(lǐng)域里，滑塊是常見機構(gòu)，在注塑模內(nèi)部結(jié)構(gòu)或與分型面開模方向不一致的時候，需要用側(cè)向分型抽芯機構(gòu)來實現(xiàn)其動作及結(jié)構(gòu)的形成。滑塊不但要保證零件的內(nèi)外表面質(zhì)量，也要對加工精度有很高的要求。同時，要保證連續(xù)性周期性的滑動。一般情況下，在金屬熱處理前的加工里要充分考慮熱處理后精加工的裝夾、余量、基準(zhǔn)統(tǒng)一等問題，這也是加工的難度之一。本文通過合理分析它的加工技術(shù)難點，以制訂符合實際工藝的規(guī)程及加工方法，以加工出合格的零件。

2.2固溶處理

固溶處理又稱水韌處理，是高錳鋼最常規(guī)的熱處理方式，即將工件加熱到完全奧氏體化溫度保溫，然后快速入水冷卻以獲得單一相奧氏體組織。保溫溫度大于900℃即可獲得單一的奧氏體組織。實際生產(chǎn)中一般為1000℃～1100℃，溫度過低不利于碳化物溶解，過高容易導(dǎo)致過燒，對于合金化高錳鋼，該溫度可適當(dāng)提高。高錳鋼經(jīng)過固溶處理后，其力學(xué)性能得到明顯改善。由于高錳鋼的導(dǎo)熱系數(shù)較小，熱膨脹系數(shù)較大，在加熱過程中容易產(chǎn)生熱應(yīng)力，加之鑄件本身存在較大的鑄造應(yīng)力，使得高錳鋼鑄件在熱處理過程中極易開裂，尤其對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚懸殊較大的鑄件更是如此。因此，對不同結(jié)構(gòu)、尺寸的工件往往會制定不同熱處理工藝參數(shù)。時效溫度是影響高錳鋼時效處理的關(guān)鍵因素。有研究表明，時效溫度過低，沉淀相析出量不足，強化不充分;溫度過高，碳化物析出量過多，影響高錳鋼沖擊韌性。因此，需要嚴(yán)格控制時效溫度以獲得適量的沉淀相，進而得到良好的綜合性能。合金化高錳鋼經(jīng)時效處理后，有大量的碳化物沉淀相彌散分布在奧氏體晶粒內(nèi)，且時效溫度為350℃時，高錳鋼的抗拉強度、屈服強度、耐磨性及沖擊韌性均得到提高，表現(xiàn)出理想的綜合性能。但隨著時效溫度繼續(xù)升高，其使用性能反而降低。

2.3鎳基高溫合金熱處理工藝

鎳基高溫合金是我國產(chǎn)量最大、使用量最大的一種高溫合金，其是以鎳為基體，在650～1000℃的溫度范圍內(nèi)具有優(yōu)異的抗熱腐蝕性能、高溫抗氧化能力，良好的疲勞性能和斷裂韌性以及優(yōu)異的抗蠕變性能，能夠在高溫條件下長時間穩(wěn)定工作，現(xiàn)已成為航空航天、運輸、航海及核電工業(yè)領(lǐng)域不可替代的重要材料，被廣泛應(yīng)用于渦輪盤、燃?xì)廨啓C等重要零部件的制造隨著國內(nèi)裝備制造業(yè)產(chǎn)業(yè)化結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級，其對鎳基高溫合金的性能要求也在不斷提高。熱處理工藝作為提高合金韌性及抗蝕性能，消除應(yīng)力與軟化，提高強度有利手段之一，已成為鎳基高溫合金不可或缺的重要工序。

2.4基于工藝場景數(shù)據(jù)的熱處理工藝能耗估算方法

熱處理加工是通過對零件進行加熱、保溫和冷卻等來改變零件材料的內(nèi)部組織，以達到滿足零件力學(xué)性能要求的一種工藝過程，因此熱處理工藝需要消耗大量的熱能。據(jù)統(tǒng)計，我國每年熱處理消耗電能總量達200億kW·h。同時在機械產(chǎn)品制造過程中，熱處理是一道十分重要、不可或缺的工藝過程，熱處理工藝能耗成為機械產(chǎn)品制造影響環(huán)境負(fù)荷的重要因素之一。隨著環(huán)境保護意識的增強，綠色制造理念和技術(shù)、產(chǎn)品全生命周期評價（LCA）方法被廣泛采用，LCA方法的基礎(chǔ)工作就是全生命周期清單（LCI）分析，LCI分析需要產(chǎn)品全生命周期中的各個單元過程的環(huán)境資源負(fù)荷數(shù)據(jù)。熱處理工藝作為產(chǎn)品制造過程中的一個重要部分，其能耗數(shù)據(jù)是評價工藝經(jīng)濟性、環(huán)境友好性的重要清單數(shù)據(jù);然而由于熱處理工藝的離散性、對熱處理設(shè)備和工藝環(huán)境的依賴性等特性，目前非常缺乏熱處理工藝能耗數(shù)據(jù)。在LCI分析建模中，分析者不一定是熱處理工程師，熱處理工藝也不一定發(fā)生在分析者所在的企業(yè)，很難具備熱處理工藝相關(guān)知識和數(shù)據(jù)，一般通過查詢清單數(shù)據(jù)庫獲取工藝過程能耗數(shù)據(jù)。熱處理工藝繁多，不同的工藝類型、工件材料和熱處理設(shè)備等工藝場景下能耗相差很大，完全采集每一種工藝和工藝場景數(shù)據(jù)下的能耗數(shù)據(jù)是十分困難的，也是不現(xiàn)實的，需要一個基于工藝場景數(shù)據(jù)的參數(shù)化模型，對熱處理能耗進行估算。面向LCI分析建模需求，提出基于工藝場景數(shù)據(jù)知識的熱處理工藝能耗估算方法，通過輸入熱處理基本工藝場景數(shù)據(jù)，系統(tǒng)在知識驅(qū)動下自動檢索相關(guān)數(shù)據(jù)，估算出其能耗數(shù)據(jù)，可以為熱處理工藝LCI清單分析提供數(shù)據(jù)支撐。

結(jié)語

總之，隨著社會的發(fā)展、科技的進步，城市建設(shè)和工業(yè)生產(chǎn)對金屬材料的質(zhì)量要求更高，需要金屬材料具備更高的強度及耐久度，這也就需要金屬生產(chǎn)加工企業(yè)有著更高的技術(shù)水平，這樣才能滿足市場需求。因此，提高金屬材料熱處理技術(shù)水平是至關(guān)重要的，也是企業(yè)為了更好的應(yīng)對未來市場首先要做到的。

參考文獻

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