pg电子模拟器工厂-专业生产加工、定做各种金属工艺品

　　PG电子金属包装容器,无论是盒或罐,从成型工艺上看,大都是利用金属冲压原理,经过分离和塑性变形两大工序而成型的。

　　分离工序是使冲压件与板料沿所要求的轮廓线相互分离,并获得一定的断面质量的冲压加工方法。分离工序常包括切断、落料、冲孔、切口、修边和剖边等操作。

　　塑性变形工序是使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑形变性,以获得所要求的形状和尺寸精度的冲压加工方法。通常有弯曲、拉伸、成形三类。弯曲包括压弯、卷曲、扭曲、折弯、滚压、曲弯、拉弯等操作;拉伸主要是拉深和变薄拉深;成形方法较多,包括翻孔、翻边、扩口、缩口、成形、卷边、胀形、旋压、整形、校平等操作。

　　金属包装罐的传统制作方法是:先将铁皮平板坯料裁成长方块,然后将坯料卷成圆筒(即筒体)再将所形成的纵向接合线锡焊起来,形成侧封口,圆筒的一个端头(即罐底)和圆形端盖用机械方法形成凸缘并滚压封口(此即双重卷边接缝),从而形成罐身;另一端在装入产品后再封上罐盖。由于容器是由罐底、罐身、罐盖三部分组成,故称三片罐。这种制罐方法150多年来,基本上无多大变化,只是自动化程度和加工精度等方面大为提高,近年来又将侧封口的焊缝改为熔焊。

　　70年代初出现了一种新的制罐原理。按照这一原理,罐身和罐底是一个整体,由一块圆形的平板坯冲压而成的,装入产品后封口,此即二片罐。这种罐有两种成型方法:冲压--变薄拉伸法(即冲拔法)和冲压--再冲压法(即深冲法)。这些技术本身并不是新的。冲拔法早在第一次世界大战中就已用于制造弹壳,制罐与之不同的是使用超薄金属和生产的速度高(年产量可达数亿个)。

　　制作过程是:用剪切机将卷材切成长方形板材;涂漆和装演印刷;切成长条坯料;卷成圆筒并焊侧缝;修补合缝处和涂层;切割筒体;形成凹槽或波纹;在两端压出凸缘;滚压封底;检验及码放在托盘上。

　　锡焊罐的锡焊料一般由98%的铅和2%的锡组成。将平板坯卷成圆筒的筒体制作机是与进行锡焊的侧缝封合机成对使用的。筒体制作机内,板坯的边缘经清洗并弯成钩形,这样在形成圆筒时便于固定。然后筒体经过侧封口机,加上溶剂和焊料,用瓦斯喷枪预热封口区,通过纵向锡焊滚轮,进一步加热使焊料流满接缝,之后用旋转刮辊将主要以滴状存在的多余的焊料清除干净。熔焊是利用自耗线电极原理,采用电阻焊工艺。较早期的熔焊系统是采用大的搭接,将钢的温度提高到熔点,并在较低的滚轮压力下焊接。最新的焊机采用小搭接量(0.3～0.5mm),金属温度刚低于熔点,但要提高焊接滚轮压力,将两搭接面锻压在一起。焊缝破坏了内表面原来的或涂漆的光滑表面,使得在焊缝的两面都存在暴露的铁、氧化铁和锡。为了防止产品受到污染和焊缝受到产品的侵蚀,在大多数情况下侧封口都需要加涂层保护。只装干燥产品的罐的侧封口可以采用胶接法。即用尼龙带粘贴纵向接缝,尼龙带在圆筒成型后熔化并凝结。其优点是能使原来的边缘得到了完全的保护,但只能用于无锡钢(TFS),因为锡的熔点接近塑料的熔化温度。

　　2.简体的后加工。在简体的两端还必须加工凸缘,以便安装端盖。对于加工食品罐,在处理过程中罐可能要承受外部压力,或者在存放期间内部处于真空状态。为了增加罐的强度,简体表面可能还要制作加强筋。这个工艺过程称作压波纹。为提高生产效率,制浅容器的圆简长度往往为两至三个罐身长,这时,第一道工序要切断圆筒,传统的做法是,成型前板坯在切割机(刻痕机)上作不断开的切割。但是、近来由于为两片罐生产而开发的罐修整剪切机的出现,已有可能将此剪切机用于不预先刻痕的圆筒的切割。

　　制造两片罐的两种成型方法均采用金属板成型法。这种方法是以在复合应力作用下,通过晶体结构重新排列而表现出的金属“流动性”为基础,而且在这一过程中材料不应发生断裂。

　　1.冲压成型。即利用冲压机的一个冲头将一块平板冲进圆柱形的冲模中,从而使平板变形而成圆筒。在初始冲压后形成的杯的直径,可以应用再冲压工序来缩小。再冲压工序用一冲压套筒代替冲模,安装在冲头与冲杯内径之间。等面积规则决定了伴随直径缩小的是高度的增加,再冲压工序可再重复一次,书直径在一定的极限范围内逐渐缩小,并避免金属发生断裂。

　　2.杯壁的变薄拉伸。冲压后的圆柱形杯被套在冲头上,冲头沿轴向挤进一个模具,该模具与冲头之间的间隙小于杯壁的厚度,这样在直径保持不变的情况下,壁厚就得到减薄。变薄后筒体的金属体积等于变薄拉伸过程中杯的金属体积,也等于原始板坯的金属体积。在罐的制造中,这个过程要重复两次或三次,带杯的冲头先后通过一系列模具,一次冲程通过一个模具。将经冲压的林安装到冲头上最方便的方法,是在第一次变薄拉伸之前,进行一次再冲压操作。

　　3.冲拔罐的制造。冲拔罐的制造过程大体如下:展开普通带状卷材;徐剂;下料和冲杯;再冲压;杯侧壁的变薄拉伸;底部成形;简体按正确高度切边;清洗和处理。对干饮料罐,则还要进行外表面涂层、印刷装演、内表面涂层、敞口端的凸缘成型和收口。对于食品罐,在清洗过程中进行外表面涂层、敞开端的凸缘成型、筒体压波纹和内表面涂层。

　　随着科技水平的进步，工业制造过程中对高精度金属材料的需求越来越高。如何快速有效地加工出具有特殊结构的金属材料成为摆在金属加工领域的一道难题。激光是一种特殊的光，与普通的光源相比具有单色性、相干性和方向性。近年来激光技术得到了迅速的发展，已经广泛应用到科学研究及工业实践中。激光加工技术是一种先进的材料加工技术，经过长期的发展和经验积累，激光加工技术已经逐渐成熟并得到广泛的应用。

　　激光材料加工时利用激光的单色性、相干性和平行性的特点，将激光聚焦到需要切割或焊接的点上，在材料的局部形成高温［1］。激光材料加工通常需要利用一组透镜或者反射镜片将激光束聚焦到需要加工的弓箭表面上，达到所需要的功率密度。通过合理地选择和调节加工透镜对激光功率进行调控。为了达到要求的几何形状的激光光束，可以相应地选择特定的加工透镜进行调节。通过改变光束的特性可以实现简单的加工形状例如点状、环形灯;而复杂的几何加工形状需要通过全息照相成像系统来进行调节。功率密度是激光材料加工工艺中一个非常重要的工艺参数，它决定了材料加工的质量和速度，不同的加工要求需要选择不同的功率密度参数。较低的功率密度适用于对材料的热处理，例如退火、表面合金化和焊接等。而较高的功率密度则适用于对材料的切割、打孔及表面非晶质化的加工。

　　2．1激光切割激光切割技术是利用聚焦镜将激光束聚焦在被加工材料的表面，利用激光产生高温使材料融化。同时利用与激光光束同方向的压缩空气将熔化材料吹走，使激光束在被加工材料上沿着一定的轨迹运动，形成具有特定形状的切缝。激光切割技术是应用最广泛的一种激光加工技术，可以应用到多种材料如有机玻璃、木材、塑料、合金钢和碳钢的加工。在计算机程序控制下，通过脉冲使激光器放电，从而形成高密度的能量光斑，瞬间熔化或气化被加工材料。激光切割的切割精度很高，定位精度可以达到0．05mm，重复定位精度0．02mm，同时切割速度可以达到70m/min，远远大于线激光焊接根据焊接对象的不同激光焊接分为深熔焊接和传导焊接，它们主要用于机械制造和电子电气行业的焊接工作。激光焊接技术在汽车制造领域得到了大规模的应用，为整个行业的发展提供了有力的支撑。激光焊接技术可以满足汽车传动系统中70%的零部件的焊接需求，与其他传统的焊接方式相比，激光焊接的工作成本低廉，焊接效果较好。此外，激光焊接还可应用于组合件的焊接工作中。通过组合件的焊接，不仅提高了零部件的性能，还可以降低汽车的重量，优化汽车的整体性能。此外激光焊接还广泛应用于刀具、刃具等器材的制造中。

　　3．1加工速度快在激光材料加工技术中，激光切割的应用最为广泛。在汽车工业当中，激光加工技术广泛应用于钣金零部件的加工。随着大功率激光器的开发应用，激光切割的应用对象几乎包括了所有的金属和非金属材料。利用激光加工技术可以快速地对复杂及三维零部件进行快速有效地切割加工。激光切割技术的设置时间较短，对不同的工件和外形也有很好的适应性。激光精加工和微加工技术应用到汽车工业制造中，优化了汽车结构，提高了汽车的性能。3．2加工精度高激光焊接技术将非常细小的高强度激光照射到工件表面，使工件在局部高温融化，达到焊接的目的。与传统的焊接方式相比，激光焊接具有很强的方向性和针对性，并且在实施过程中不会有污染气体的出现，有效地保护了工作人员。对高强钢的加工来说，3D激光切割技术是最常用也是最经济的加工方法［3］。激光切割技术使材料只会在局部形成较高的温度，避免了材料因大面积受热导致性能出现破坏的现象。与电阻焊接相比激光焊接可以有效降低焊缝的宽度，提高了焊接质量。

　　综上所述，激光技术是一项新兴的技术手段，激光技术以其独特的特点在材料加工领域得到了广泛的应用。激光材料加工时利用激光的单色性、相干性和平行性的特点，在材料的局部形成高温，达到对材料进行加工的目的。激光切割和激光焊接是最为常见的两种激光材料加工技术，这些技术在汽车制造、特种产品制造领域起到了独特而无法替代的作用。激光材料加工技术具有工作效率高，加工精度高等优点，在金属材料加工中起到了独特的作用。

　　［1］田延龙．激光技术在金属材料加工工艺中的应用探析［J］．科技创新与应用，2013(10):25．

　　［2］，徐君，张永良．金属材料加工工艺中激光技术应用分析［J］．城市建设理论研究(电子版)，2014(23)．

　　按照新时期中职教育的要求，教师在课堂上，不仅仅是完成教学任务，更重要的是要求教师能够运用现代化教学手段，合理调整教学内容，调动学生学习的积极性，帮助学生理解掌握深奥难懂的理论知识，教学中要有互动，学生要有发挥想象的空间。面对新时期的新任务，结合以能力为本，以就业为导向的教学目标。可以看出，学生的需求和教学目的的要求是完全统一的。因此，要求我们在金属材料教学中，一定要注重理论联系实际，充分发挥学生的主导作用。铁碳合金相图在金属热加工工艺应用教学内容的处理上，应以理论教学为主线，辅以相图为综合渗透作用，使学生融会贯通，即做到对理论的掌握，又得到能力上的锻炼，故在教学中做了以下尝试。

　　因为中职学校培养的学生，毕业后将要直接面对企业的一线生产。理解和掌握金属材料到机械零件整个的生产工艺过程对他们来说是非常重要。也就是说金属材料通过铸造、锻压、焊接 机械加工、热处理等工序的加工制作最后变成零件。在生产中金属加工的工艺过程就显得非常重要。而铁碳合金相图是研究铁碳合金的工具，是研究碳钢和铸铁成分、温度、组织和性能之间关系的理论基础，也是制定各种热加工工艺的依据。铁碳合金相图可以帮助学生，根据金属材料的成分推断其组织，由组织定性分析其力学性能，这在铸造、锻造、焊接以及热处理等方面有着广泛的应用。学习铁碳合金相图，可以全面认识碳钢、合金钢和铸铁等常用的黑色材料。

　　2.1 铸造性能的概念提出。铸造性能的概念提出，首先通过多媒体演示铸件生产工艺过程，通过观看齿轮坯铸件生产过程。最后让学生总结得出:铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件或毛坯的成型方法。有了铸造性能概念，结合铁碳合金相图，指出ACD区是液相区，确定浇注温度一般在液相线C°左右，并且可选择流动性好的合金，即接近共晶成分的合金,应用最为广泛。因为，其熔点低，结晶温度间隔小，流动性好，组织致密。所以，大型零件、复杂零件均采用铸造加工。

　　2.2 锻造性能的概念提出。锻造性能方面，通过多媒体演示水压机生产汽轮机转子锻件的生产过程。然后让学生总结得出结论:锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形，改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成型加工方法。并且告诉学生在铁碳合金相图AGSE区称为是奥氏体区，高温时的钢为单相奥氏体，强度不高，塑性好，便于变形加工。因此，钢材的锻压或轧制，一般要把坯料加热到奥氏体状态。确定始煅温度1150-1250 C°，终煅温度是750-800C°左右，合金钢是800-900C。重要零件生产都要采用锻造，锻造生产可以使粗大晶粒变成细小晶粒。晶粒愈细小，金属材料的力学性能愈好。但不能加工脆性材料和形状复杂的零件毛坯。

　　2.3 焊接性能的概念提出。焊接性能概念的提出，同样也是通过多媒体演示焊接工艺过程。在铁碳合金相图中，分析低碳钢、中碳钢、高碳钢随温度变化引起的组织转变。而对焊接专业的学生同时要掌握含碳量对钢的焊接性能的影响，钢的含碳量越高，其焊接性能越差，故焊接用钢主要是低碳钢和低碳合金钢。中碳钢的焊接性能较好，高碳钢的焊接性能较差，铸铁的焊接性能差。

　　2.4 热处理的概念提出。热处理工艺，是根据铁碳合金相图拟定各种热处理工艺加热规范，在金属加工中有着特别重要的意义。教学中应着重强调退火、正火是预先热处理，而淬火、回火是最终处理。通过多媒体演示让学生掌握普通热处理的基本过程。退火是适当的温度加热，保持一定的时间，缓慢冷却（炉冷）的过程。正火是将工件加热到适宜的温度，保温后在空气中冷却（空冷）的过程，由于正火的冷却速度（空冷）比退火（炉冷）稍快，所以得到的组织更细，其力学性能也有所提高，常用于改善材料的切削性能，对一些要求不高的零件作为最终热处理。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。但若零件形状较复杂，由于正火冷却速度较快，可能会使零件产生较大的内应力和变形，甚至开裂，则以采用退火为宜。

　　淬火：是将钢加热AC3或AC1以上30-50 C°保温一定时间，进行快冷的过程，获得的是马氏体组织的工艺。回火：将淬火后的钢件加热到低于AC1以下的某一适当温度进行保温，再进行冷却的过程。

　　退火、正火、淬火、回火是普通热处理中的四把火，其中的淬火与回火关系密切，淬火后必须回火。 四把火随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。通过在铁碳合金相图中将退火、正火、淬火、回火的加热温度加以比较，学生就有了一个十分清晰的热处理工艺的概念。

　　为培养学生综合应用知识的能力，在讲授典型零件的热处理时，组织课堂讨论。例如：车床主轴要求轴颈的硬度为HRC56-58 HRC20-24其加工路线：

　　让学生通过思考并指出：（1）主轴选用何种材料：（2）正火、表面处理、低温回火的目的和大致工艺；（3）轴颈表面处理后的组织和心部组织。

　　A同学发言：对轴类，在选材时应考虑：（a)载荷类型及大小,（b)主轴的形状及可能引起的热处理缺陷。主轴是机床的主要零件之一，根据技术要求和加工路线钢或中碳合金钢。

　　物质原料是人类从事生产活动的前提，企业储存大量的物料能够保证生产加工活动的顺利开展。金属材料作为一种普遍的物质原料，正广泛运用于制造业、建筑业、电力业等多个领域，为产品加工、制造、改良等提供了物质基础。由于金属材料类别涉及到不同类别，掌握材料工艺性能可指导实际生产加工中合理地应用。

　　金属材料在生产加工活动中提供了物质保障，金属材料性能决定了最终成品质量的高低。近年来材料工程学研究取得了显著的成果，为金属材料相关特点的分析给予指导。从我国工业发展现状考虑，当前金属材料的类别包括：黑色金属、有色竞速、特种金属等三大类，每一种金属材料在不同产品加工制造中均有重要的应用。

　　①黑色金属。即“钢铁材料”，这是现代工业化生产最常见的金属材料，其应用范围相对广泛。常见的黑色金属包括：含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各种用途的不锈钢、耐热钢、高温合金等。我国地下金属矿物资源存储量丰富，为工业生产提供了充足的资源保证。黑色金属在实际生产应用中，主要运用于钢材产品的制造，如：钢架、钢管等，具有较强的耐久性。

　　②有色金属。相对于黑色金属，有色金属的存储量较少，常用于一些特殊产品的加工制造。材料工程学对有色金属的定义：指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。对于有色金属的加工制造，成品质量的要求相当严格。如：市场上流通的黄金、铂金首饰等，均属于有色金属的范畴，此类金属材料成本高，适用于高档次产品的生产。

　　③特种金属材料。这类金属是世界上存储量极少的稀有金属，通常不应用于普通产品的加工制造。目前，特种技术材料包括：结构金属材料、功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等。特种金属材料多数运用于科技研究工作，由高精密试验仪器抽取少量用于物理、化学等性质的试验。一些极其稀少的特种金属，也可运用于军事武器的研制分析，如：军事导弹等。

　　金属材料在各个行业中的运用越来越多，不同金属产品对原材料性能的要求不一，这就需要在生产加工过程中灵活地控制金属材料的工艺性能。工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能，如图1所示，这样能够为材料质量控制提供了选择的空间。简言之，金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺性能，主要有以下四个方面：

　　①切削性。反映用切削工具（例如车削、铣削、刨削、磨削等）对金属材料进行切削加工的难易程度。为了满足产品外形尺寸的标准要求，金属材料加工时均要通过适当的切削，从外形上保证金属成品的精度。如：机械制造行业中，选定毛坯料之后，生产人员要根据零配件图纸上标出的尺寸，对金属毛坯进行车、铣、刨等多项工艺流程，必要时还需特殊的加工修补，这样才能保证金属成品与设计图纸一致。

　　②可锻性。借助力学作用对金属材料实施加工处理，这是冶金、机械等行业生产的常用方式。根据材料可锻性这一工艺特性，可选择不同程度的冲击压力，以防施压过度而损坏金属性能。可锻性是反映金属材料在压力加工过程中成型的难易程度，例如：将材料加热到一定温度时其塑性的高低（表现为塑性变形抗力的大小），允许热压力加工的温度范围大小，热胀冷缩特性以及机械性能有关的临界变形的界限、导热性能等。

　　③可铸性。浇铸工艺在金属材料制造中的也是常用的方法，其基本原理：现在高温条件下把金属材料熔化，将金属水浇注于设定好的制造模具中，待其充分冷却之后拆开模具便可成形。可铸性反映金属材料熔化浇铸成为铸件的难易程度，表现为熔化状态时的流动性、吸气性、氧化性。熔点，铸件显微组织的均匀性、致密性，以及冷缩率等。实际生产中，厂家可格局可铸性判断产品加工质量的好坏。

　　④可焊性。金属材料使用范围日趋广泛，除了单一金属配件产品外，成套金属材质的设备功能更多，主要运用于建筑、机械、供电等工程。金属材料工艺性能里涉及到了可焊性，这种工艺性能使得相同或不同材质的金属能够焊接组合。反映金属材料在局部快速加热，使结合部位迅速熔化或半熔化（需加压），最终让材料之间形成相对完整的结合，组件成多功能的金属结构体，这一特性表现为熔点、熔化时的吸气性、氧化性、导热性等。

　　工业是我国国民经济的核心产业构成，金属材料是工业生产活动的物质原料，及时供应金属材料有助于产品加工活动的持续性。新时期金属产品销售市场受到了国外企业的冲击，本土加工的成品质量与发达国家存在明显的差异，直接导致国内待加工企业的经济收益减少。尽管我国在工业科技上不如发达国家，但只要确保金属材料具备良好的工艺性能，便可保证成品质量与客户要求一致。因此，企业应结合相应的材料特性，制定切实可行的维持措施。

　　①切削方面。上述提到，金属材料可详细分为黑色金属、有色金属、特种金属三大类，不用材料之间的使用具有差异性，但其在工艺性能上又有着一定的相似性。企业选用金属材料进行加工生产，应先重点考虑选用哪一种材料，综合对比切削难度、质量高低、成本投入等因素，选定合适材料后才能进行切削性能的维持。对于一些高难度的切削处理，可选择合适的气割工艺，如图2所示，这种在特殊温度条件下的切割，能够有效维持材料的切削性能。

　　②铸造方面。生产操作是金属材料工艺性能的实现过程，每一种操作流程方案都会产生不同的工艺性能。因此，加工生产时应注意操作的规范性，这是保证金属材料工艺性能的基本要求，铸造工艺性能维持要注意相关指标的控制。以金属铸造流程为例，实际浇注操作环节里，必须严格控制金属溶液的浇注量、浇注时间、浇注速度等，这些都是影响金属成型的关键因素。为了维持好材料的铸造性能，操作时要控制好金属溶液的浇注过程，严格控制以上几个指标。

　　③锻造方面。锻造是根据金属材料性质实施的一种力学加工方案，维持材料锻造方面的工艺性能，应当控制好锻造时施加的压力荷载，防止过载冲击损坏金属产品的完整性。机械制造与加工中，常用冲压模具制造各种零配件，其本质上是利用压力荷载冲压制造的工艺方案，这对于冲力荷载大小提出了详细的要求。冲压模具在压力机上固定好之后，将金属材料放置于工作台平面，完成定位校准才能正式冲压生产，位置偏移或冲压过载损坏零件。

　　④焊接性能。许多金属材料在不同条件下，需要组合使用才能制造出大型的金属设施，这就需要对材料进行焊接处理。基于原有的可焊性工艺性能特点，焊接处理时还需加强焊接质量的控制。其中，最为关键的是控制焊缝质量，如：大型钢架组合安装过程中，要选用材质性能相匹配的焊条作为焊接体；小型金属管道焊接时，应考虑管道点焊的时间，高温状态下使金属材料的工艺性能得到最大发挥。必要时也可适当地调整焊接温度、焊条材质等，以保焊缝的质量合格。

　　物质材料是人们完成各种生产实践的基本条件，工程材料学理论研究取得了显著的发展成果，为生产型企业创造了丰厚的经济收益。掌握金属材料的工艺性能，能够更好地分配物质原料，减少金属成品加工的浪费率，带动生产收益水平的增长。

　　摘要：本文首先介绍了机械合金化技术的概念和技术原理，并讲述了机械合金化技术在材料科学与工程中的应用。并结合材料科学与工程专业课程的教学内容，探讨了机械合金化技术在材料科学与工程专业的教学实践中的研究和应用，并为合理利用机械合金化技术在材料科学与工程专业教学实践中发挥更大的作用提出了建议和意见。

　　对于材料科学与工程专业的本科生来说，到了大三和大四就要学习许多专业课程和专业选修课程。其中有些课程属于材料合成与制备方法方面的内容。在材料合成与制备方法的课程教学中就需要涉及到材料的某些制备工艺，例如某些金属合金的制备工艺方法。对于金属合金的制备方法，很多教科书都详细地讲述铸造技术、焊接技术、粉末冶金技术、金属熔炼技术等，但也会涉及到机械合金化技术。机械合金化技术是近年来发展起来的一种制备高性能合金的新技术。这种技术主要是利用机械球磨工艺把不同种金属粉末通过机械球磨方式通过一定时间的球磨，最终使这些金属元素粉末通过机械球磨工艺形成金属合金，所以最终能够得到需要的新型金属合金材料。由于机械合金化工艺可以在常温下进行，不像金属熔炼技术那样需要较高的温度才能熔化金属，因此机械合金化技术更为实用，成本较低，而且材料的制备工艺简单。所以机械合金化技术近些年来发展较快，机械合金化技术所能够制备的金属合金材料的范围和种类也在不断地扩大，所制备的材料的性能也逐渐得到提高。由于机械合金化技术制备金属合金粉末的制备工艺简单，成本较低，使用的金属元素种类较多，而且可以用于实验室进行教学实验，所以机械合金化技术也逐渐应用到了材料科学与工程专业的课程教学与实践教学中。采用机械合金化技术制备金属合金粉末可以作为本科生实验课程的教学实验，也可以作为本科生的课程设计和毕业设计的教学内容。所以机械合金化技术将在材料科学与工程专业的教学实验中具有非常广泛的用途。

　　在机械合金化过程中，粉末受到磨球强烈的碰撞和挤压。极平的、纯净的金属表面在常温下加压可焊接在一起，这就是冷焊，也称为压力焊。塑性较好的金属粉末，在磨球的碾压、冲击下发生形变并以十分纯净的表面彼此接近到原子作用力的距离，同样可以冷焊在一起，形成相互交叠的层片组织，而脆性粉末或塑性粉末加工硬化变脆后，在冲击下直接破碎，所以球磨过程因体系不同而不同。在延性的金属-金属混合粉末中，粉末的变化分为三个阶段：颗粒粗化-破碎-粉末粒度的稳态分布，相应的称为初期、中期和后期。在机械合金化过程的初期，主要是冷焊过程，塑性粉末含量越多，粗化越明显，颗粒直径可到数毫米，同时颗粒表面也相当平滑；在机械合金化中期，冷焊和破碎交替进行，层片状较大颗粒与细小颗粒共存，细小颗粒是从大颗粒上脱落下来的，这一阶段各层内积蓄了能使原子充分扩散所需的空位、位错等缺陷，不同组元的扩散距离也接近原子级水平，合金化过程开始。在机械合金化过程的后期，基本上只有粉末颗粒破碎的过程，颗粒粒度趋向于最小值，因此也比较均匀。延性的金属与脆性的非金属或化合物组成的体系，脆性组元首先发生破碎，延性组元则首先发生变形，细小的脆性粒子处于延性颗粒之间。随后延性组元逐渐加工硬化，发生断裂和脆性组元一样尺寸不断减小。

　　机械合金化（MA）方法（塑性-塑性混合粉末）原理是：将金属粉末在磨球的碾压和冲击下发生形变，并以十分纯净的表面彼此之间接近到原子作用力的距离，实现冷焊，最终形成相互交叠的层片状组织。这个过程一般要经历颗粒粗化、破碎、粉末粒度的稳态分布三个阶段，其中初期以冷焊过程为主，粉末明显粗化，中间过程冷焊与破碎交替进行，层片大颗粒与细小颗粒共存，各层内积蓄了能使原子充分扩散所需要的空位和位错等的缺陷，使不同组元的扩散距离接近于原子级水平，合金化过程开始；在后期只有破碎过程，颗粒趋向于最小。机械合金化工艺可获得纳米颗粒，能使固溶、沉淀、弥散三种强化结合于一体，从而制备出性能优异的高温合金。

　　在材料科学与工程专业的一些专业课程，例如材料合成与制备方法、纳米材料、功能材料等课程都讲述了机械合金化技术。例如在材料合成与制备方法这门课程中，有讲述金属合金材料的制备方法，除了传统的铸造工艺、焊接工艺、粉末冶金工艺以及金属熔炼技术之外，重点讲述机械合金化技术，因为机械合金化技术可以制备很多种金属合金材料，而且制备工艺简单，可以在常温下进行。由于机械合金化技术可以在实验室中进行，所以可以很方便开设实验课程。在纳米材料这门课程中讲述了纳米粉末的制备工艺，其中主要讲述了机械合金化工艺。因为机械合金化工艺制备纳米粉末的种类最多，涉及到很多种金属材料以及金属基复合材料的制备与合成等。还可以利用机械合金化技术制备复合材料，例如用机械合金化工艺球磨不同种元素粉末，使不同种金属元素通过机械球磨工艺形成金属合金粉末，所以通过机械球磨工艺原位合成金属基复合材料。在功能材料这门课程中，讲述利用机械合金化工艺制备纳米粉末颗粒和功能材料，例如制备贮氢合金Mg-Ni合金等。或者利用机械合金化技术制备铁磁合金材料、非晶态材料、纳米功能材料等各种先进功能材料。

　　利用机械合金化技术可以制备具有纳米尺寸量级的金属合金粉末。采用机械合金化技术制备的金属合金有很多种，例如采用机械合金化技术可以制备Fe-Al金属间化合物粉末、Ni-Al金属间化合物粉末，Ti-Al金属间化合物粉末，以及Ni-Fe合金、Fe-Si合金、Cu-Al合金等多种金属合金材料。以上讲述的都是利用机械合金化工艺制备二元合金材料。也可以利用机械合金化技术制备三元合金、四元合金以及多种成分的金属合金材料。例如利用机械合金化工艺制备Fe-Ni-Cr合金、Fe-Al-Ni合金，以及利用机械合金化技术制备具有多种成分的非晶态合金等。还可以利用机械合金技术制备贮氢材料，例如采用机械合金化工艺制备Mg-Ni合金等。采用机械合金化工艺制备的金属合金材料有很多种，有些金属合金材料的机械合金化制备工艺可以作为材料专业的教学实验，可以为学生演示如何利用机械合金化工艺制备高性能金属合金材料。例如采用机械合金化工艺制备Fe-Al金属间化合物粉末材料。采用机械合金化工艺可将固溶、沉淀和弥散三种强化方式结合与一体，制备一系列具有优异性能的高温合金。对Fc-Al合金的机械球磨或Fe-Al元素混合粉末的机械合金化已开展了一定的研究。Fe，Al纯元素混合粉末在球磨过程中，粉末受到强烈的碰撞、挤压，冷焊和破碎的相互作用使粉末细化，并在一定阶段形成金属合金。经过机械合金化工艺后就得到了粉末粒度极细的Fe-Al金属间化合物粉末。同时还可以采用机械合金化技术制备Ni-Al合金粉末、Ti-Al合金粉末等。

　　通过机械合金化工艺可以制备多种新型的金属合金粉末，而且成本较低，实验过程简单，可以作为本科生的实验教学课程内容。例如可以开设纳米材料的制备工艺的实验课程，使本科学生通过机械合金化工艺制备多种具有纳米结构的金属合金粉末，并对所制备的金属合金粉末进行性能表征，使学生通过实验课程认识和了解纳米材料的整个制备工艺以及表征方法。还有使学生通过机械合金化工艺制备先进的金属功能材料，如贮氢材料、纳米材料、铁磁性材料等，通过制备工艺结合性能表征使得学生对新型功能材料有了一定的认识和了解。

　　通过实验教学使学生认识和了解到机械合金化技术在材料科学与工程中的研究发展与应用，使学生加深课程教学知识内容的认识和掌握，使学生在课程学习的过程中既增加课本知识又锻炼了实践能力。所以在材料专业的实验教学中应该增加一些材料制备技术的教学实验，例如使学生利用机械合金化工艺球磨得到新型金属合金粉末材料，并研究机械合金化工艺球磨过程对金属合金粉末的物相组成和显微结构的变化，使学生通过实验课程对材料的制备和检测方法有了较深的认识，从而为材料科学与工程专业课程的学习打下了坚实的基础。

　　机械合金化技术由于制备工艺简单，成本较低，材料合成温度较低，所以被广泛地应用到材料的合成与制备中。利用机械合金化技术可以开发新型的金属合金材料以及复合材料等。采用机械合金化技术可以开发出很多种类型的金属合金粉末，也可以开发金属基复合材料等，而且现在有越来越多的研究者从事机械合金化工艺制备金属合金材料和金属基复合材料以及功能材料的研究和开发，所研究和开发的材料种类也逐渐增多，应用范围也越来越广泛。机械合金化技术在材料科学与工程教学与实践中也得到广泛的推广和应用，已经成为材料科学与工程专业实践教学课程必须进行的实验内容。所以本文作者认为应该在材料科学专业的教学实践中增加机械合金化技术的实验课程，使得学生通过课程学习和实践学习来加深材料科学与工程专业课程知识和内容的认识和掌握。

　　综上所述，本文首先介绍机械合金化技术的概念和技术原理，讲述机械合金化技术在材料科学与工程中的应用，并结合材料科学与工程专业课程教学研究和探讨了机械合金化技术在材料科学与工程专业的教学实践中的研究和应用。采用机械合金化技术可以制备多种材料，这为材料科学与工程专业实验课程的教学实践提供了丰富的教学内容，可以在材料科学与工程专业的实验课程中开设一些关于机械合金化工艺制备新型金属合金材料的实验课程。

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　　快速原型技术（RP技术）综合了材料技术、激光技术、机械工程技术、数控技术、CAD技术等学科技术，能够精确、自动、快速、直接地将CAD模型直接制造出模具/零件，不再需要耗资、费时地进行机械加工、工具设计、模具设计，能够使产品的研发周期得以大幅度缩短，进而提高制造的柔性度和生产效率。从目前来看，机械行业通常都是利用机械加工方法来制造压型、模样、芯盒、模板等，甚至有时还需要技术熟练的钳工来帮助修整，特别是汽车缸体、飞机发动机叶片、汽车缸盖、船用螺旋桨等造型复杂的薄壁铸件更加难以制造。快速原型与铸造技术的集成成形制造为快速制造小批量、单件模具/零件提供了广阔的发展前景。本文就快速原型与铸造技术的集成成形制造进行探讨。

　　从目前来看，3DP、SL、SLS、FDM、LOM等技术都是全球应用较为成熟的快速成形工艺，这些工艺可分为两大类，分别是基于微滴的数字喷射成形工艺和基于激光的快速成形工艺。基于微滴的数字喷射成形工艺是指利用微滴技术来将黏结剂微滴化黏结成形或者将成形材料微滴化堆积成形，而基于激光的快速成形工艺是指利用激光技术来黏结、分离、固化、熔化可成形的材料。

　　（1）DLF工艺（直接光成形工艺）――DLF工艺是一种直接金属型成形工艺，对金属粉末进行选择性烧结，而后再将其逐层叠加堆积成形，烧结所用能源为高能激光；（2）SL工艺（立体光刻工艺）――SL工艺利用紫外光或者紫外激光来固化树脂，并且使之堆积成形；（3）SGC工艺（实体轮廓固化工艺）――SGC工艺利用紫外激光来固化树脂，并且使之堆积成形，所利用的技术为掩膜版技术；（4）LENS工艺（激光近净成形工艺）――LENS工艺对金属粉末进行选择性烧结，而后再将其逐层叠加堆积成形，烧结所用能源为高能激光；（5）LOM工艺（分层实体制造工艺）――LOM工艺对金属板材、纸材等箔材利用激光切割方法来进行选择性烧结，并且将其逐层叠加堆积成形；（6）SLS工艺（选择性激光烧结工艺）――SLS工艺对树脂砂、金属粉末、塑料粉、蜡粉等粉末材料利用CO2激光来进行选择性烧结，并且将其逐层叠加堆积成形。

　　（1）3DP工艺（三维印刷工艺）――3DP工艺从喷头中喷出黏结剂来将粉末材料予以黏结，并且将其逐层叠加堆积成形；（2）EFF工艺（自由挤出制造工艺）――EFF工艺对多种不同材料的混合比例进行实时调节，并且利用连续微滴技术来使之逐步堆积为梯度材料零件；（3）SDM工艺（沉积成形制造工艺）――SDM工艺是一种将熔融金属微滴堆积成形与切削去除成形相结合的直接金属型成形工艺；（4）PCM工艺（无模铸型制造工艺）――PCM工艺在砂层上不断喷射黏结剂，黏结型砂堆积成形；（5）3DW工艺（三维焊接工艺）――3DW工艺将金属丝线利用堆焊原理来进行堆积成形；（6）MJS工艺（多喷头喷射成形工艺）――MJS工艺将熔融材料利用活塞挤压方式来使之挤出喷嘴，再通过连续微滴技术来使之形成丝材堆积成形；（7）BPM工艺（弹道粒子制造工艺）――BPM工艺对熔融材料利用喷头喷射的方式来予以堆积成形，值得注意的是，所采用的喷头具有五轴自由度；（8）UDS工艺（均匀微滴喷射工艺）――UDS工艺对熔融材料利用电磁场控制的方式来予以堆积成形；（9）FDM工艺（熔融沉积制造工艺）――FDM工艺在喷头内加热尼龙、蜡、塑料等材料，并且利用细微的喷管来予以连续微滴喷出，使之形成丝材堆积成形；（10）CC工艺（轮廓成形）――CC工艺采用熔融材料浇铸和轮廓堆积结合的方式来予以堆积成形。

　　RP技术与铸造工艺集成产生的快速零件/模具制造技术，是铸造技术、CAD技术、RP技术、CAE技术、CAM技术等的集成，具有较高的技术集成度，能够在短时间之内将CAD模型转换为物理实体模型，能够有效地降低生产成本和制造周期。值得注意的是，利用这种工艺流程所制造出来的模具/零件的尺寸精度会受到较多因素的影响，其中最为主要的影响因素为金属在铸造过程中的收缩率。为了能够让成形金属模具/零件的精度更高，需要对金属的收缩率予以准确的确定。本文通过对铸件凝固过程进行数值分析，进而优化铸造工艺参数以满足零件/模具尺寸精度的技术要求。

　　从目前来看，国内关于铸件凝固过程的数值模拟工作主要是铸件应力场分析、铸件温度场分析以及预测铸件在凝固过程的热裂、缩松、缩孔等一系列缺陷，但仍然鲜有研究凝固过程中铸件尺寸精度的数值模拟。铸件应力场和铸件温度场在铸造凝固过程中通常都属于相互影响的状态，铸造凝固过程分析属于典型的热力耦合范畴，过去很多的研究都对热力耦合求解问题予以了简化，也没有考虑应力变形做功所造成的温度变化，并且对耦合分析计算时间予以了缩短，这种简化方式并不会影响到铸件应力场分析、铸件温度场分析以及计算铸件在凝固过程的热裂、缩松、缩孔情况，但是会对铸件尺寸精度造成影响。

　　将有限元模拟技术与CAD数据予以有机地结合，能够定性模拟模具/零件尺寸变化的凝固，也能够对模具/零件在凝固过程中尺寸变化规律予以有效地预测，逐步实现优化CAD模型的目的。与此同时，还能够将精密铸造、RP原型等工艺转换时所出现的尺寸误差能够在三维CAD建模时予以补偿，进而实现误差数据的补偿和反馈。此外，还能够有机地集成材料技术、激光技术、有限元模拟技术、RP技术、CAD技术等来快速制造金属模具、金属零件。由于是利用计算机控制来实现原型成型过程，所以都是通过计算机技术来完成相关的生产过程、设计过程，并且能够实现高品质原型部件的快速制造。与其他制造工艺不同，快速原型与铸造技术的集成成形制造能够利用计算机技术实时修改CAD模型来补偿尺寸收缩、尺寸精度控制、几何变形等尺寸误差，以此来确保所制造出来的零件/模具均为高品质的。

　　CAD可在不需要芯盒或者模样的情况下来直接驱动制造铸型，所选用的型壳造型材料都是各个制造企业铸造车间所通用的材料，零件模型在CAD环境下能够被直接转换为铸型。非零件部分在成形过程中需要黏结或者烧结，而零件部分在成形过程中依然是粉末。在完成了成形工序之后倾倒出粉末，即可开始对砂型、砂芯进行直接制造，这样一来，能够不再向过去传统精密铸造一样需要制作大量的泡沫塑料模、蜡型，有效地节约了时间和成本费用，尤其是对于复杂零件、小批量零件的生产极为有效。目前主要的工艺有直接壳型铸造DSPC、SLS砂型烧结和PCM无木模成形工艺。这些工艺能够实现一体化制造砂芯和铸型，也不会存在着砂芯和铸型二者之间的装配关系，特别适合复杂零件、小批量零件的生产。

　　CAD模型直接驱动铸型成形的金属模具/零件制造包括了冒口三维数字模型、浇口三维数字模型等，首先，能够模拟金属凝固的收缩率；其次，能够对CAD模型进行优化修改；再次，能够分层模型，能够对快速原型机予以驱动，使得铸型可被直接制造出来；最后，利用焙烧铸型等后续工艺技术处理后，就能够对金属合金予以浇铸，制造出金属模具/零件。

　　首先，将金属模具/零件的三维CAD模型设计出来，并且还需要一起设计出冒口、浇口，以便能够更好地模拟金属收缩率的凝固过程；其次，对金属收缩率的凝固过程用MARC软件来予以模拟试验，并且对零件与铸型之间的工艺参数和边界条件进行优化，以便能够更好地确定出金属的收缩率，特别是能够实现实时跟踪关键尺寸，进而有效地保障了最终设计出来的金属模具/零件的尺寸精度；最后，对CAD模型进行优化，并且用来驱动制造出所需要的铸造用模样和快速原型。

　　有机地结合铸造技术和快速原形技术，能够实现小批量试制金属零件的低成本、快速制造。利用BMP工艺、FDM工艺、SGC工艺、SLS工艺能够直接CAD驱动制造蜡模原型，并且将其应用于熔模铸造工艺中。例如：基于FDM原型快速制造金属模具/零件，将熔模铸造中的蜡模用FDM原型来予以代替，并且将耐火浆料直接涂挂在FDM模上；当固化耐火浆料之后，再将FDM原型予以培烧除去，待其只余下铸造用型壳之后进行铸注，特别适合应用于中小型、复杂程度居中的金属零件/模具制造生产。

　　快速原型技术（RP技术）也能够与陶瓷型铸造、石膏型铸造、砂型铸造等进行直接结合，制造出具有高机械强度、高硬度的金属零件/模具，而且所制造出来的原型具有高耐用性，变形、收缩小，不会出现翘曲现象，内部应力小。

　　总之，快速原型与铸造技术的集成成形制造能够最大化地发挥出铸造技术和快速成型技术的优点，能够对缺陷予以预先消除，成本低、制造速度快，能够对复杂零件予以快速制造，值得推广应用。

　　热处理的目的是改变金属的内部组织结构，以改善其性能，通过适当的热处理可以显著提高金属的机械性能，延长机器零件的使用寿命。热处理工艺不但可以强化金属材料、充分挖掘材料性能潜力、降低结构重量、节省和能源，而且能够提高机械产品质量、大幅度延长机器零件的使用寿命。按工艺方法不同可以分为：（1）整体热处理：包括退火、正火、淬火、回火和调质；（2）表面热处理：包括表面淬火、物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等；（3）化学热处理：渗碳、渗氮、碳氮共渗等。

　　热处理的三阶段：加热、保温、冷却。在工业生产中，热处理对金属零件的制造具有举足轻重的作用，因此提高热处理是提高其制造水平的重要措施。在设计工作中，正确制定热处理工艺可以改变某些金属材料的机械性能。而不合理的热处理条件，不仅不会提高材料的机械性能，反而会破坏材料原有的性能。因此，设计人员应根据金属材料成分，准确分析金属材料与热处理工艺的关系，制订合理的热处理的工艺，合理安排工艺流程，才能得到理想的效果，提高金属零件的制造水平。

　　目前，广泛使用的是铁、铝、铜、铅、锌、镍、铬、锰等合金。金属和合金的内部结构包含两个方面：其一是金属原子之间的结合方式；其二是原子在空间的排列方式。金属的性能和原子在空间的排列配置情况有密切的关系，原子排列方式不同，金属的性能就出现差异。

　　为了得到更好的金属性能，满足制造和使用要求，我们将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度在不同的介质中冷却，通过改变金属材料表面或内部的显微组织结构来改变其性能，这就是金属材料热处理过程。

　　不同的热处理条件会产生不同的材料性能改变效果，下面从几个方面来说明热处理工艺在提高金属零件的制造水平中的影响。

　　金属材料的断裂韧性指含有裂纹的材料在外力作用下抵抗裂纹扩展的性能。提高金属断裂韧性的关键是要减少金属晶体中位错，使金属材料中的位错密度下降，从而提高金属强度，而减少金属晶体中位错的一种重要方法，就是细晶强化，其原理是通过细化晶粒使晶界所占比例增高而阻碍位错滑移从而提高材料强韧性。而金属组织的细晶强化的过程实际上就是金属热处理。

　　在金属热处理过程中，当冷变形金属加热到足够高的温度以后，在一定的应力和变形温度的条件下，材料在变形过程中积累到足够高的局部位错密度级别，会在变形最剧烈的区域产生新的等轴晶粒来代替原来的变形晶粒，这个过程称为再结晶。再结晶晶核的形成与长大都需要原子的扩散，因此必须将变形金属加热到一定温度之上，足以激活原子，使其能进行迁移时，再结晶过程才能进行。

　　在各类铸、锻、焊工件的毛坯或半成品金属材料的切削过程中，由于被加工材料、切削刀具和切削条件的不同，金属的变形程度也不同，从而产生不同程度的光洁度。各种材料的最佳切削性能都对应有一定的硬度范围和金相组织。为了得到最佳切削性能，就要求被加工材料具有合适的组织状态，这就要用到预先热处理。

　　通过预先热处理，可以消除或减少冶金及热加工过程产生的材料缺陷，并为以后切削加工及热处理准备良好的组织状态，从而保证材料的切削性能、加工精度和减少变形。

　　举例1：齿坯材料在切削加工中，当齿坯硬度偏低时会产生粘刀现象，在前倾面上形成积屑瘤，使被加工零件的表面光洁度降低。而对齿坯材料进行正火+不完全淬火处理，切屑容易碎裂，形成粘刀的倾向性减少。并随着齿坯硬度的提高，切屑从带状向挤裂状过渡，从而减少了粘刀现象，提高了切削性能。

　　举例2：铝合金在加工过程中，通常都是先经强化处理（固溶处理+时效；时效），这样可以得到晶粒细小、均匀的组织，比铸态或压力加工状态的切削性能好，不仅改善了切削性能，而且同时提高了机械加工精度。

　　金属材料在拉伸应力和特定腐蚀环境共同作用下发生的脆性断裂破坏称为应力腐蚀开裂。大部分引起应力腐蚀开裂的应力是由残余拉应力引起的。残余应力是金属在焊接过程中产生的。金属在加热时，以及加热后冷却处理时，改变了材料内部的组织和性能，同时伴随产生了金属热应力和相变应力。金属材料在加热和冷却过程中，表层和心部的加热及冷却速度（或时间）不一致，由于温差导致材料体积膨胀和收缩不均而产生应力，即热应力。在热应力的作用下，由于冷却时金属表层温度低于心部，收缩表面大于心部而使心部受拉应力：另一方面材料在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时，因比容的增大会伴随材料体积的膨胀，材料各部位先后相变，造成体积长大不一致而产生组织应力。组织应力变化的最终结果是表层受拉应力，心部受压应力，恰好与拉应力相反。金属热处理的热应力和相变应力叠加的结果就是材料中的残余应力，正是其存在造成了应力腐蚀开裂。

　　举例：金属热处理中，通过控制淬火冷却速度，可以显着地控制淬火裂纹，为了达到淬火的目的，通常必须加速材料在高温段内的冷却速度，并使之超过材料的临界淬火冷却速度才能得到马氏体组织。就残余应力而论，这样做由于能增加抵消组织应力作用的热应力值，故能减少工件表面上的拉应力而达到抑制纵裂的目的。

　　金属材料的热处理在机械零件制造中占有十分重要的地位，在金属材料加工的整个工艺流程中，如果将切削加工工艺与热处理工艺进行密切配合，将有效地提高金属零件的制造水平。

　　水下采油树作为海洋油气开采过程中的关键油气生产控制设备,是位于海底井口顶端开口处的一个系统组件,它提供了一系列用于原油生产、控制、测试及维修的通道和各种用来测量和维修的阀门。水下采油树油管挂环空金属密封是位于油管挂与树本体的环形空间内的一道关键密封,其密封介质是从海底地层开采出的具有高温、高压及高腐蚀性的原油(气),恶劣的工况条件对密封件的性能提出了很高的要求,其核心制造技术长期被国外垄断,我国一直依赖进口。因此,作为水下采油树关键密封件,有必要对其进行研发制造。

　　水下采油树在油管挂与树本体之间存在环形间隙空间(环空),当生产油气介质水平生产出口时,必须防止流体从环形间隙空间泄漏出去,因而在水平生产出口的两侧分别设计了一道双U型金属弹性密封件作为主密封,如图1所示。油管挂双U型弹性金属密封原理如图2所示,其密封原理是利用金属弹性在介质压力作用下产生弹性形变,使之与密封配合面达到紧密贴合,从而实现压力自紧密封。

　　设计上油管挂双U型金属密封为油管挂与树本体之间的环空主密封,其密封技术参数及要求如下:工作压力为10000psi;试验压力为15000psi;产品API规范等级为PSL3/3G;性能测试为PR

　　2。要实现以上设计性能,对密封件材料的熔炼组织和热处理工艺、密封件的成形加工工艺、表面处理工艺等提出了以下要求:

　　(1)考虑到油管挂双U型金属密封的耐腐性,成形加工性能及金属弹性要求,设计采用镍基合金IN-CONEL718作为密封件的材质。

　　(2)INCONEL718合金是含铌、钼的沉淀硬化型镍铬铁合金,在700℃时具有高强度、良好的韧性以及在高低温环境均具有耐腐蚀性,供货状态通常是固溶处理后沉淀硬化态。

　　(3)INCONEL718合金具有良好的耐腐蚀性,易成形加工性能,经过有效的冶炼工艺及热处理工艺,INCONEL718合金可获得良好的细晶粒组织及弹性性能。

　　(1)从设计原理上考虑,油管挂双U型金属密封属于金属弹性密封,因此要求密封件的材料具有细密的晶粒组织,良好的综合机械性能及弹性性能。

　　(2)在冶炼工艺方面,为获得更纯净化的钢水,减低气体含量与有害元素含量,通常采用真空感应炉熔炼,甚至用真空感应冶炼加真空自耗炉或电渣炉重熔方式进行生产。锻造、轧制工艺是为了优化微观组织;热处理工艺包括固溶处理、中间处理和时效处理,是为了获得所要求的组织状态和良好的综合机械性能。

　　1)加热到926℃~1010℃,水中快速冷却至室温,然后升温至718℃保持8h,炉内冷致函至621℃,在621℃保持18h作为时效处理,随后在空气中冷却至室温;

　　2)加热到1037℃~1065℃,水中快速冷却至室温,然后升温至760℃保持10h,炉内冷至648℃,在649℃保持20h作为时效处理,随后在空气中冷却至室温。

　　4.2.1油管挂环空双U型金属密封件的机械加工技术难点油管挂环空双U型金属密封件,其加工难点在于:

　　(2)油管挂环空双U型金属密封零件的整体刚性小,不仅在用工装夹持时容易产生夹持变形,切削加工时切削力也会引起工件弹性变形,影响尺寸精度。

　　1)为解决镍基合金机加工的刀具磨损问题,可采用最新发展的气相沉积技术,对传统的硬质刀具进行涂层改性。研究表明,通过对硬质刀具进行(Al/Ti)N-PVD复合涂层以及PVD纳米涂层改性,使刀具具有更好的耐磨性能、抗氧化性、化学稳定性及热稳定性,从而显着提高了刀具的使用寿命及工件的加工质量。

　　(c)新型的气相沉积复合涂层及纳米涂层不仅提高了刀具切削刃的硬度,增强了抗氧化性,同时还降低了其与被切削金属的亲和力,从而改善了刀具的抗粘着磨损。

　　1)工艺分析双U形油管挂金属密封件外形(如图4所示)呈现一大直径薄壁圆环结构,整体刚度弱,加工时的切削力往往造成被加工件的弹性变形,产生振刀,从而影响加工的尺寸精度。为此,在不同的加工阶段,必须采用相应的工装夹具来装卡被加工的密封件,以增大其刚度,从而确保其加工的尺寸稳定性。

　　第一步:用机床卡盘、压板及拉杆卡住工件毛胚,加工出一端端面及圆环内周型面,并以此作为基准面,如图5所示。

　　第二步:以已加工面为基准,用内撑式自定心卡盘、压板及拉杆螺栓将工件装卡固定于机床花盘或与机床旋盘连接,分别加工出两头端面外形及U形槽,如图6所示。

　　第三步:将自制专用撑环撑住U形槽的内圆面,并利用压板、拉杆螺栓和自定心卡盘等工装将工件固定于花盘或旋盘,加工出外形面,如图7所示。

　　3)加工工装为防止由于夹具的夹持力过大而引起的夹持变形,加工薄壁零件往往采用多点软爪夹持、摆动夹持、弹性夹持或真空夹持的装夹措施,使夹持力更加均匀,从而减小夹持变形引起的加工尺寸误差。

　　(1)油管挂双U型金属密封是在介质的压力下依靠金属的弹性实现金属间的紧密贴合,从而实现密封。为了达成金属之间良好的紧密贴合效果,往往还在金属密封面上镀一层较软的金属。

　　2)镀银工序后的钝化及防变色保护膜处理工序质量对镀银层的抗变色及抗氧化性能影响显着。 3)电镀液的成分配制及杂质含量,电流密度,电镀液的温度等工艺参数直接影响镀层性能。

　　(1)油管挂环空双U型金属密封制造技术关键在于毛胚材料的熔炼、锻造及热处理,密封件机械加工以及表面处理。

　　(2)INCONEL718合金具有良好的耐腐蚀性,易成形加工性能,经过有效的冶炼工艺及热处理工艺,可获得良好的细晶粒组织及弹性性能。

　　(3)采用最新发展起来的气相沉积技术,对传统的硬质刀具进行涂层改性,可解决镍基合金机加工的刀具磨损问题。

　　金属工艺学的理论内容较多且复杂，教师可以根据学生对知识的掌握与接收能力进行整合和调整教学内容，删除陈旧的知识，精选教学的内容，需用一些新教材，或是增加一些新工艺和技术，使教学的知识内容更丰富、更新颖，增强学生今后工作的适应力。

　　由于教育教学模式的改革，很多的理论课时被缩短，在较短的时间内学生根本不可能会掌握并了解所学的知识，造成了教学的效果越来越低。若是删掉或是忽略一些章节的知识内容，学生会更难理解和掌握所学的课程内容，教师也很难完成教学的任务。因此，传统的教学模式已经远远满足不了学生的需求。金属工艺理论课本身就比较枯燥乏味，学生对此也没有兴趣可言，且没有实践的经验。即使后来所进行的实践教学，但因为理论课与实践课教学的时间段相隔较远，学习实践时，早就把理论知识忘记了，很难将理论与实践相结合，造成厌学的现象。

　　金属工艺学实践的内容随着教育教学的模式改革，越来越受到人们的关注，其主要实践的内容为金工实习，包括金属材料的加工方式、设备与工具，冷、热加工和热处理的工艺，加工方法、工艺形成等一些较为复杂的内容。但学生在实践中出现了很多的问题，主要的方面为：①实习设备的不足、人多机械少，很多学生都没有动手操作的机会；②实践课较少，课程安排的不合理，学生往往在实践中只是走马观花，随大流并没有对其操作过程进行深入了解；③实践内容单一，很多学校的教学实践内容还只是利用传统的机械制造，没有新型的机械设备、技术和工艺，造成了”纸上谈兵“的现象；④实践教学模式陈旧，很多的教师都采用师傅弟的方式，尤其是在实践时间较少时，教师只靠模拟的方法让学生观看，根本就没有学生动手实践的机会，处在完全被动学习的状态。

　　金属工艺学的传统教学模式是将理论教学与实践教学区分开来，虽然课程内容较为系统，但理论与实践的联系不够紧密，很难对其深入的学习与了解。因此，我国目前实行理论与实践相结合的教学模式，本着“做中学”原则，即基于实践的探究式科学教育，让学生能够自觉、主动地在实践过程中学习知识，能够自身思考和请教老师，及时的解决遇到的问题，将理论与实践的内容相结合，不仅能加强记忆，还能转变学习模式，将被动转化为主动。只有有理论性的实践才能真正的掌握其金属工艺学的技术和方法，体现出了实践起源于理论并对其有指导作用，将理论与实践教学相结合，可以提高教学质量，发挥金属工艺学的最大作用，让学生了解设施与工艺的方法，并对操作的技巧进行思考。学生主动思考和自主解决，这样学生不仅能够自主完成工艺的操作，还能学到更多的知识，为以后的工作打下了坚实的基础，这就是理论与实践相结合的最终目的。

　　即将两个不同的队形进行比较，但这两个对象有一定的相似性，而直到其中一个对象还具有其他的特征，来推断另一个对象也具有这个特征的结论。在金属工艺教学中，教师对抽象的理论知识，可以利用较为贴切的对比，对知识进行形象化、具体化，让学生能够易掌握、记得牢，能够正确理解教学知识的难点和重点。学生可以因为一个生动的对比对枯燥的课程产生兴趣，所以教师会采用类比的方法进行讲授教学内容，降低理论学习的复杂程度，让学生在娱乐中学到知识。在教学中，教师应将把教学内容尽可能的变为浅显易懂的生活实例，让学生易理解和接受。

　　教师教学不仅要注重讲授知识的质量，还有启发学生的思维能力并培养分析问题能力。启发式教学就是在教师的开导指点或是阐明事例后，学生能够对其进行联系并有所发现，主动获得知识和方法的教学方式。教师应在教学中，时常提出有关于日常生活中遇到的问题，来激发学生的独立思考能力，提高学习的乐趣。将学生的学习兴趣高涨，集中精神听讲，然后留出让学生独立思考的时间进行讨论，这样不仅能够调动学生思维的积极性，还能提高学生获取知识的能力，达到很好的教学效果。在实践操作中，学生独立操作，教师只起指导作用，这样的实践更接近于实际生活，学生可以很好的发挥出对实践活动的参积极、主动和创造性，进一步提高实践教学的质量。

　　随着社会的进步与发展，我国更需要具有较强的适应能力、创造能力和竞争能力的人才。因此在学习金属工艺学时要从三个方面入手：第一，改变传统的实践内容，培养创新能力。如，对于钳工的内容实践，应要求每一位学生设计出一个工艺方案，画出图形，并写出进行加工的步骤，最后再自行加工制造出工艺品。第二，利用实践基地的现有设施，合理的增加实践课时，增加学生的动手机会和提高学生动手能力。如，在基地实践时进行鉴别、测定和热处理等实验，不但能解决设备少人多的问题，还能将学习的实践进行科学合理的应用起来，激发了学生的学习兴趣。第三，增加先进的实践设施与技术，利用先进的加工设施，如数控机床、电火花的加工等，都可以利用计算机进行辅助设计对其加工，提高学生对新科技技术的的适应能力和创新能力。

　　金属工艺学一门研究金属性质的工艺方法综合技术的学科，其主要用于研究：多种金属工艺方法具有的规律在机械制造中的联系与应用；金属工艺的形成与结果；金属材料对工艺的影响等。所涉及的方面主要包括接卸制造者金属材料的加工、焊接、铸造、装配等工艺的形成与方法，具有系统的理论性和较强的实践性特点。

　　[1]史晓亮，王玉伏，彭兆，黄丰，吴超华，张崧.基于教学与科研相结合的《金属工艺学》课程教学改革与实践[J].教育教学论坛，2014，（31）：4547

　　在现代工业生产中，金属零件的制造是一个重要的环节，具有举足轻重的作用，因此提高金属零件的制造水平成为一项不可缺少的工作。而在金属零件的制造过程中，热处理工作又是提高其制造水平的重要措施。在设计工作中，正确制定热处理工艺可以改变某些金属材料的机械性能。而不合理的热处理条件，不仅不会提高材料的机械性能，反而会破坏材料原有的性能。因此，设计人员应根据金属材料成分，准确分析金属材料与热处理工艺的关系，制订合理的热处理的工艺，合理安排工艺流程，才能得到理想的效果，提高金属零件的制造水平。

　　在现代工业生产中，广泛使用的金属有铁、铝、铜、铅、锌、镍、铬、锰等。但用得更多的是它们的合金。金属和合金的内部结构包含两个方面：其一是金属原子之间的结合方式；其二是原子在空间的排列方式。金属的性能和原子在空间的排列配置情况有密切的关系，原子排列方式不同，金属的性能就出现差异。

　　为了得到更好的金属性能，满足制造和使用要求，我们将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度在不同的介质中冷却，通过改变金属材料表面或内部的显微组织结构来改变其性能，这就是金属材料热处理过程。

　　不同的热处理条件会产生不同的材料性能改变效果，下面从3个方面来说明热处理工艺在提高金属零件的制造水平中的作用。

　　在各类铸、锻、焊工件的毛坯或半成品金属材料的切削过程中，由于被加工材料、切削刀具和切削条件的不同，金属的变形程度也不同，从而产生不同程度的光洁度。各种材料的最佳切削性能都对应有一定的硬度范围和金相组织。为了得到最佳切削性能，就要求被加工材料具有合适的组织状态，这就要用到预先热处理。

　　通过预先热处理，可以消除或减少冶金及热加工过程产生的材料缺陷，并为以后切削加工及热处理准备良好的组织状态，从而保证材料的切削性能、加工精度和减少变形。

　　举例1：齿坯材料在切削加工中，当齿坯硬度偏低时会产生粘刀现象，在前倾面上形成积屑瘤，使被加工零件的表面光洁度降低。而对齿坯材料进行正火＋不完全淬火处理，切屑容易碎裂，形成粘刀的倾向性减少。并随着齿坯硬度的提高，切屑从带状向挤裂状过渡，从而减少了粘刀现象，提高了切削性能。

　　举例2：铝合金在加工过程中，通常都是先经强化处理（固溶处理＋时效；时效），这样可以得到晶粒细小、均匀的组织，比铸态或压力加工状态的切削性能好，不仅改善了切削性能，而且同时提高了机械加工精度。

　　金属材料的断裂韧性指含有裂纹的材料在外力作用下抵抗裂纹扩展的性能。提高金属断裂韧性的关键是要减少金属晶体中位错，使金属材料中的位错密度下降，从而提高金属强度，而减少金属晶体中位错的一种重要方法，就是细晶强化，其原理是通过细化晶粒使晶界所占比例增高而阻碍位错滑移从而提高材料强韧性。而金属组织的细晶强化的过程实际上就是金属热处理。

　　在金属热处理过程中，当冷变形金属加热到足够高的温度以后，在一定的应力和变形温度的条件下，材料在变形过程中积累到足够高的局部位错密度级别，会在变形最剧烈的区域产生新的等轴晶粒来代替原来的变形晶粒，这个过程称为再结晶。再结晶晶核的形成与长大都需要原子的扩散，因此必须将变形金属加热到一定温度之上，足以激活原子，使其能进行迁移时，再结晶过程才能进行。

　　举例：在SY钢坯料上线切割适当的小圆柱，机加工后，选择在700℃，800℃，900℃、1000℃和1100℃在Cleeble-1500型热模拟试验机上以5×10-1的变形速率保温30s压缩变形50％，然后在空气中冷至室温，再进行680℃×6hAC(空冷)的退火处理，再将压缩后的试样沿轴向线切割剖开，研磨抛光后用化学物质显示晶粒形貌。实验现象为：在700℃时，扁平的晶粒开始逐渐向等轴晶粒的形状变化。800℃变形的晶粒中等轴晶粒已经有少量出现，但仍然以变形拉长的晶粒为主。在900℃变形开始，晶粒突然变得细小，几乎全部为等轴晶粒，晶粒度达到YBl2级。在900℃以上．晶粒开始长大。因此，对此种钢来说，900℃左右温度进行热处理，可以提高其断裂韧性。

　　金属材料在拉伸应力和特定腐蚀环境共同作用下发生的脆性断裂破坏称为应力腐蚀开裂。大部分引起应力腐蚀开裂的应力是由残余拉应力引起的。残余应力是金属在焊接过程中产生的。金属在加热时，以及加热后冷却处理时，改变了材料内部的组织和性能，同时伴随产生了金属热应力和相变应力。金属材料在加热和冷却过程中，表层和心部的加热及冷却速度(或时间)不一致，由于温差导致材料体积膨胀和收缩不均而产生应力，即热应力。在热应力的作用下，由于冷却时金属表层温度低于心部，收缩表面大于心部而使心部受拉应力：另一方面材料在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时，因比容的增大会伴随材料体积的膨胀，材料各部位先后相变，造成体积长大不一致而产生组织应力。组织应力变化的最终结果是表层受拉应力，心部受压应力，恰好与拉应力相反。金属热处理的热应力和相变应力叠加的结果就是材料中的残余应力，正是其存在造成了应力腐蚀开裂。

　　举例：金属热处理中，通过控制淬火冷却速度，可以显着地控制淬火裂纹，为了达到淬火的目的，通常必须加速材料在高温段内的冷却速度，并使之超过材料的临界淬火冷却速度才能得到马氏体组织。就残余应力而论，这样做由于能增加抵消组织应力作用的热应力值，故能减少工件表面上的拉应力而达到抑制纵裂的目的。

　　金属材料的热处理在机械零件制造中占有十分重要的地位，在金属材料加工的整个工艺流程中，如果将切削加工工艺与热处理工艺进行密切配合，将有效地提高金属零件的制造水平。

　　现代的制造技术非常重视制造与环境的和谐统一，制造业的可持续发展要和制造技术、环境科学、人文科学有机融合。先进制造技术才能有效保证产品的竞争能力的，先进的热处理技术是保证机械产品的质量水平的关键。现在我国的热处理的钢铁材料占钢材总量的四成，热处理产生的污染高而且能量耗费大，是机械制造业用电大户。因此，我国的热处理行业的节能潜力有很大的上升空间，增加研究开发金属材料的热处理节能的新技术的力度，对于减少我国能源耗费，保护我国生态环境，促进我国制造业和机械业的热处理的健康、持续发展有很强烈的现实意义。

　　我国热处理能源利用的现实情况是能量耗费巨大，效率不高且能源浪费和污染极为严重。造成能量耗费高的主因是机械设备的运转效率较低、机械设备装炉量不满、机械设备低利用效率、供加热的机械设备相对落后，无功效消耗的能源多等。当前我国的热处理节能新技术及应用主要要通过革新工艺、改进设备实现。

　　1、化学热处理的薄层渗入技术。化学热处理的薄层渗入技术打破人们认为的，各类化学元素渗入金属表层的深度和性能成正比的错误认识。实践和理论分析，渗层过深不但降低零件韧性且不利于增强产品的综合性能，无端增加成本和污染。为此中国的机械业和制造业使用化学薄层渗入的相关工艺技术，降低渗碳层三成，节约电能也达到三成多。

　　2、超硬的工具零件涂层技术。这个化学技术通过离子对加工的金属工件做轰击，提高工件的的应用期限。高新设备对热处理采用全程电脑监控，缩短了时间，提高了质量，有利于优质、高效、节能生产。

　　3、处理振动时效的技术。振动时效的处理工艺是为了消除金属制件的残余内应力，使金属工件的尺寸不容易变化，防止金属工件受热变形。传统工艺多是加热时效，主要是通过热处理炉的长时间的低温加工，费用大且时间长，很大程度加大了电能耗费。而使用振动时效的工艺的机械能节省电量。二者相比，节约能量四成的同时金属韧性五成

　　4、热处理的CAD技术。热处理的CAD技术应用计算机的模拟技术，模拟生产环境研究、设计热处理的工艺。在开发智能热处理喷淋控制，喷雾冷却，正确选择淬火剂和淬火的方法等方面，热处理智能的CAD技术可以减少能耗，节约电能，是高新技术在热处理中应用的重要表现。

　　5、热处理真空技术。真空的热处理技术有一个特别明显的优点就是使用了无氧处理的中介媒质，所以在真空渗碳的零件不会有内氧化的现象发生。由于真空的热处理工艺设备可以提高渗碳的温度，进而使生产周期有效缩短。热处理工艺可有效降低所用气体排放量和消耗量，真空热处理工艺不用安装点燃器、火帘和用于的排气装置，不工作时可以停止运转，明显缩短降温时间和加热时间，充分发挥了设备的效率。

　　现在国外这门技术是朝着以下方向有序地发展：在真空以后，把惰性气体反向充进炉内，科学之处是，炉膛的搅拌风扇会自然产生风后对流传热，这样的传热方式使加热更平衡；设计气流活动时事先采用计算机模拟实际情况，使热处理的气淬均匀分布；推广真空气淬技术，强加压使气体的交换能力更强、更高，有效提升冷淬室、喷嘴的冷却速度；研究使用更新型真空气淬炉和高压气淬技术，推进负压渗碳和等离子渗碳的技术更新。

　　6、热处理的激光工艺。使用高功率的激光束照射金属零件的表面，使金属的表面发生改性的合金变硬，这些改性处理在使用其他的方法无法达到金属零件表面变化。

　　激光超强的穿透能力使加热金属到熔点温度时，待到金属面发生奥氏体化后要立刻自冷淬火，激光淬火的金属部位能够得到最大的压应力，这样经过激光处理过的金属面的疲劳性能可迅速提升。激光热处理工艺使金属零件表面处理的受热和变冷都在很短的时间内完成，，因此金属零件面的成分、耐磨硬度都达到了最佳组合；激光淬火可以控制淬火的范围，可以采用选择性淬火和多光斑尺寸处理一些局部硬化；由于激光的远距离传送性能，可以多个工作台共同使用一台激光器，通过计算机实现激光的热处理工艺的自动化管理。

　　我国的金属材料节能的热处理产业朝着灵活、低能耗、轻排放、环保的方向发展，金属材料的节能热处理技术要想进一步提升，还需要和防止污染、减少能量排放相结合，才能更好地实现我国金属材料热处理新技术的健康发展。

　　工艺美术是同人类本身一起产生的，而人类的历史是从制造工具开始的，从人类制作第一块石器的时候，科学已经蕴涵其中。制作石器是利用了它的硬度、可加工性等物理属性，属于自然科学的一部分，石器工艺的进步主要表现为钻孔和磨光技术，利用石材的物理属性选择不同的石料用以制作不同的工具。在选择过程中，人们会有意识地选择那些色彩比较鲜艳漂亮，纹路细腻的玉石，玉石工艺由此而产生。石器工艺最终被金属工艺所代替。石器工艺与科技是同步产生的，同步进步的，也进一步说明中国古代工艺美术与科技是同步产生，同步进步的。

　　以中国金属工艺发展史为例。金属工艺属于中国古代工艺美术的一部分。原始社会时，人们就在无意中中发现了红铜，之后在新石器时代晚期，人们又发现了铜和锡的合金，并将这种合金称作青铜器。此后青铜器制作又出现了冷锻技术、熔铸等，制作的器物从简单的工具发展到制作盛东西的容器，人们生活质量有了提高。战国秦汉时期，金属工艺除了铜器制作外，还出现金、银、铁制作的器物，出现了鎏金、金银错、包金等工艺，丰富了铜器上的装饰纹样，战国时掌握模制和打造成型技术及雕镂、錾金等加工工艺，进一步丰富了工艺品种及造型。各种冶炼技术的掌握以及人们经过长期的经验积累对材料自然特性的掌握，才使得各种金属制品得以成型，没有技术和经验作铺垫，也没有金属工艺的进步。各个朝代的金属器皿的是人类智慧的结晶，金属工艺从一方面反映了社会的发展状况和人们的生活状态，也从一方面说明了是科技的进步促进了中国古代工艺美术的发展，促进了社会的发展。时代的不同，人们的审美情趣也会有所变化，审美创造力的产生也使得人们对科技进行深入探索。就像六朝时期的统治阶级喜爱用金银器物，金银器具的制作就颇为奢华。如宜兴周处墓出土的金顶针、金花篮，南昌东吴墓出土的镶有大吉二字的花形金饰，都可以显示出统治阶级的豪奢。工匠们为达到统治阶级的审美要求，就会在技术上追求突破，“错彩镂金”的技艺因此得以发展。人们天生的对美的追求也是带动工艺发展的一大动力，古代工艺美术的发展在一定程度上也刺激了科技的创新。所以说科技的进步与中国古代工艺美术的发展是相互促进，互为补充的关系。

　　引言工业生产中，许多金属材料为最大限度地发挥材料潜力，需要提高其机械性能。在设计工作中，正确制定热处理工艺可以改变某些金属材料的机械性能。而不合理的热处理条件，不仅不会提高材料的机械性能，反而会破坏材料原有的性能。因此，设计人员在根据金属材料成分及组织确定热处理的工艺要求时，应准确分析金属材料与热处理工艺的关系，合理安排工艺流程，才能得到理想的效果。

　　1、金属材料结构及基本组织在工业生产中，广泛使用的金属有铁、铝、铜、铅、锌、镍、铬、锰等。但用得更多的是它们的合金。金属和合金的内部结构包含两个方面：其一是金属原子之间的结合方式；其二是原子在空间的排列方式。金属的性能和原子在空间的排列配置情况有密切的关系，原子排列方式不同，金属的性能就出现差异。金属材料热处理过程是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度在不同的介质中冷却，通过改变金属材料表面或内部的显微组织结构来改变其性能的一种工艺。

　　2.1金属材料的切削性能与热处理预热的关系金属材料加工的整个工艺流程中，如果切削加7-7-艺与热处理工艺之间能相互沟通，密切配合，对提高产品质量将有很大好处。在金属切削过程中，由于被加工材料、切削刀具和切削条件的不同，金属的变形程度也不同，从而产生不同程度的光洁度。预先热处理主要是应用于各类铸、锻、焊工件的毛坯或半成品消除冶金及热加工过程产生的缺陷，并为以后切削加工及热处理准备良好的组织状态。从而保证材料的切削性能、加工精度和减少变形。提高零件的切削性能。各种材料的最佳切削性能都对应有一定的硬度范围和金相组织。齿坯材料在切削加工中，当齿柸硬度偏低时会产生粘刀现象，在前倾面上形成积屑瘤，使被加工零件的表面光洁度降低。而对齿坯材料进行正火＋不完全淬火处理，切屑容易碎裂，形成粘刀的倾向性减少。并随着齿坯硬度的提高，切屑从带状向挤裂多渡，减少了粘刀现象，提高了切削性能。

　　2.2金属材料的切边横量与热处理温度的关系切变模量是材料的力学性能指标之一，是材料在剪切应力作用下，在弹性变形比例极限范围内，切应力与切应变的比值。它表征材料抵抗切应变的能力，模量大，则表示材料的刚性强。通过热处理，可以改变材料的性能，同时，材料本身的物理性质也发生改变，切边模量应该也随之变化。从而导致了弹簧的实际伸长量与设计计算的伸长量存在着一定的误差。笔者结合相关实验，分析了热处理与金属材料切边模量变化的关系。工业生产中在选用弹簧钢进行弹簧设计计算时，要用到材料的切边模量和弹簧模量。如果按传统设计资料中给出的切边模量取值，那。