宋佳瑋

（蘭州交通大學(xué)，甘肅 蘭州730070）

1 概述

金屬零件，顧名思義，是指各種以金屬材料為基礎(chǔ)形成的各種規(guī)格和形狀的金屬制品。根據(jù)金屬的不同分類，金屬零件可以分為鋼鐵零件和有色金屬零件。根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)發(fā)展和技術(shù)水平，金屬具有很強(qiáng)的加工性和實(shí)用性，在此基礎(chǔ)之下上就形成了金屬零件加工的工藝，所以說(shuō)機(jī)械加工領(lǐng)域的各種工藝設(shè)計(jì)在金屬零件加工領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。

金屬作為一種重要的原材料，有其自身的特性，所以在考慮加工工藝的過(guò)程中要充分考慮到其抗拉強(qiáng)度、彈性程度以及屈服強(qiáng)度等特點(diǎn)[1]。

2 金屬零件加工的生產(chǎn)過(guò)程和工藝

金屬零件的生產(chǎn)過(guò)程是一個(gè)相互聯(lián)系、緊密配合的整體，具體如下：①生產(chǎn)與技術(shù)的準(zhǔn)備，金屬零件的加工首先要對(duì)工藝和技術(shù)以及設(shè)備進(jìn)行確定，以此來(lái)明確整個(gè)過(guò)程的基礎(chǔ)；②金屬零件毛坯的制造，采用合適的技術(shù)對(duì)金屬進(jìn)行鑄造、鍛造、沖壓等技術(shù)處理；③金屬零件的加工，這是在前一個(gè)工藝的基礎(chǔ)之上對(duì)金屬零件進(jìn)行進(jìn)一步加工，諸如切削加工、熱處理、表面處理等。

金屬零件的工藝過(guò)程是金屬零件生產(chǎn)的重要過(guò)程，其主要目的是通過(guò)一定的工藝手段來(lái)改變金屬原材料的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)等，通過(guò)整個(gè)過(guò)程可以使金屬原材料變成成品或半成品。根據(jù)加工工藝各個(gè)階段的不同特點(diǎn)，加工工藝可以分為機(jī)械加工工藝過(guò)程和裝配工藝過(guò)程。

3 典型的金屬零件傳統(tǒng)加工工藝介紹

在對(duì)金屬材料進(jìn)行零件的加工過(guò)程中，由于金屬材料自身的特性，首可能要對(duì)金屬材料進(jìn)行一定程度的處理，諸如防腐防銹處理和加硬處理等過(guò)程。金屬材料進(jìn)行防腐防銹處理的主要手法是磷化處理，這樣可以顯著提高金屬材料的防銹和耐腐蝕性能[2]。

常規(guī)的加工工藝是最常見(jiàn)，運(yùn)用最普遍的工藝，根據(jù)其不同的特點(diǎn)可以分為切削加工和壓力加工。金屬切削加工日常十分普遍，整個(gè)過(guò)程最主要的是根據(jù)零件自身的特點(diǎn)以及金屬材料的特性調(diào)整刀具的運(yùn)行軌跡以此來(lái)實(shí)現(xiàn)零件加工的目的。所以說(shuō)其關(guān)鍵過(guò)程是機(jī)床和刀具的設(shè)計(jì)、刀具的合理使用以及切削過(guò)程的全程控制等。根據(jù)切削的不同特點(diǎn)可以分為連續(xù)切削和斷續(xù)切削兩種切削狀態(tài)。

壓力加工也是一種比較常用的工藝。金屬一般來(lái)講以固態(tài)的形式存在，根據(jù)固態(tài)金屬在外力作用下能夠產(chǎn)生塑性變形的特點(diǎn)，在這種外力作用下金屬的尺寸、外觀、形狀等具有一定的可塑性，在加工工藝的影響之下獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的金屬零件。根據(jù)壓力加工的不同特點(diǎn)，可以分為軋制和拉拔兩種形式。軋制是指金屬材料在兩個(gè)回轉(zhuǎn)軋輥的孔隙中受壓變形，獲得所需截面形狀和尺寸制件的加工方法。拉拔是指預(yù)先設(shè)計(jì)拉拔模的模孔當(dāng)金屬材料通過(guò)時(shí)會(huì)產(chǎn)生塑性變形，從而形成所需要的金屬材料[3]。

精密鑄造是一種常規(guī)的金屬零件加工方法，主要運(yùn)用于精準(zhǔn)尺寸零件的獲取。相對(duì)于上述兩種工藝，這話總工藝最大的特點(diǎn)是零件的尺寸更加精準(zhǔn)，零件的表面光潔度更高。其原理是將金屬進(jìn)行融化使之形成液態(tài)，然后澆入固定的金屬鑄型之中。

綜合來(lái)看，微觀組織角度可以將焊縫劃分為三個(gè)區(qū)域：鈦合金主觀區(qū)（A）、綜合焊縫區(qū)（B）和鋁合金區(qū)（C）。通過(guò)能量色散X射線光譜儀進(jìn)行各區(qū)EDS測(cè)試，其質(zhì)量分?jǐn)?shù)如表2。

表2 釬焊縫不同分區(qū)EDS分析結(jié)果（質(zhì)量單位%）

2.2 釬焊接頭力學(xué)性能

本次實(shí)驗(yàn)對(duì)前焊接頭力學(xué)性能也做出了相應(yīng)測(cè)試，測(cè)試方法為壓剪法。壓剪過(guò)程中，合金母材受到下壓應(yīng)力。通過(guò)檢測(cè)可以確定，釬焊接頭可承受最高強(qiáng)度為200MPa。

釬焊縫切斷面外部形貌進(jìn)行觀測(cè)，可以將其分為D、E兩大分區(qū)。D區(qū)為合金過(guò)渡區(qū)，內(nèi)部具有大量的Si顆粒，并與周圍結(jié)構(gòu)組織緊密相連，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)脫離現(xiàn)象[5]。經(jīng)過(guò)能量色散X射線光譜儀進(jìn)行各區(qū)EDS測(cè)試，其結(jié)果如表3所示。

表3 切斷面不同分區(qū)EDS分析結(jié)果（質(zhì)量單位%）

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)選擇的超聲振動(dòng)釬焊法，可以對(duì)鈦合金和鋁合金進(jìn)行有效金屬焊接。焊接后，通過(guò)微觀組織觀測(cè)可以發(fā)現(xiàn)，焊縫內(nèi)會(huì)出現(xiàn)Zn-Al固溶體，并向一側(cè)偏移。在鈦合金浸入液態(tài)鋁時(shí)，會(huì)在表面產(chǎn)生鈦化鋁顆粒，平均厚度在3微米左右，焊接時(shí)不會(huì)產(chǎn)生異常反應(yīng)，最后保留在焊縫中。焊縫接頭最大抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到180MPa。

3 結(jié)語(yǔ)

鈦合金和鋁合金的金屬焊對(duì)現(xiàn)代高精尖設(shè)備生產(chǎn)具有重要的研究意義。通過(guò)對(duì)其焊接方法和相關(guān)釬焊接頭的微觀組織和力學(xué)性能進(jìn)行綜合性分析，可以得出相關(guān)物理指標(biāo)，從而為后續(xù)相關(guān)設(shè)備開(kāi)發(fā)和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。

[1]馬志鵬,張譽(yù)嚳,閆久春,等．鈦合金與鋁基復(fù)合材料釬焊接頭組織及力學(xué)性能[J]．材料熱處理學(xué)報(bào),2016, 37,18(1)：61-65．

[2]于冰冰,陳志勇,趙子博,等．TC17鈦合金電子束焊接接頭的顯微組織與力學(xué)性能研究[J]．金屬學(xué)報(bào),2016, 52,58(7)：831-841．

[3]靜永娟,岳喜山,高興強(qiáng),等．TC4鈦合金釬焊接頭的組織與性能[J]．金屬熱處理,2017,42(2)：21-24．

[4]張思聰,雷永平,劉昕．退火對(duì)TC18鈦合金電子束焊接接頭組織與力學(xué)性能的影響[J]．機(jī)械工程材料,2017,41,14(1)：30-33．

[5]崔慶龍．預(yù)鍍層鈦合金與鋁合金電弧熔釬焊接頭界面組織及力學(xué)性能分析[J]．焊接學(xué)報(bào),2016,37(10)：125-128．