【導(dǎo)讀】quality.limitations.Atthefunctional-orengineering-designstage,apractical,workabledeignis. product.

　　

【正文】 料選擇唯一要考慮的問屬題是：是否有性能符合要求的材料可供選用；如果沒有的話，是否有較大的把握在成本和時間都允許的限度內(nèi)研制出一種新材料。 在功能設(shè)計或工程設(shè)計階段，要做出一個切實可行的設(shè)計。在這個階段要繪制出相當(dāng)完整的圖紙，選擇并確定各種零件的材料。通常要制造出樣機或者實物模型，并對其進行試驗，評價產(chǎn)品的功能、可靠性 、外觀和維修保養(yǎng)性等。雖然這種試驗可能會表明，在產(chǎn)品進入到生產(chǎn)階段之前，應(yīng)該更換某些材料，但是，絕對不能將這一點做為不認(rèn)真選擇材料的借口。應(yīng)該結(jié)合產(chǎn)品的功能，認(rèn)真仔細地考慮產(chǎn)品的外觀、成本和可靠性。一個很有成就的公司在制造所有樣機時．所選用的材料應(yīng)該和其在生產(chǎn)中使用的材料相同，并盡可能使用同樣的制造技術(shù)。這樣做對公司是很有好處的。功能完備的樣機如果不能根據(jù)預(yù)期的銷售量經(jīng)濟地制造出來，或者是樣機與正式生產(chǎn)的裝置在質(zhì)量和可靠性方面有很大不同．則這種樣機就沒有多大的價值。設(shè)計工程師最好能在這一階段全部完成材料的分 析、選擇和確定工作，而不是將其留到生產(chǎn)設(shè)計階段去做。因為，在生產(chǎn)設(shè)計階段材料的更換是由其他人進行的．這些人對產(chǎn)品的所有功能的了解可能不如設(shè)計工程 8 師。 在生產(chǎn)設(shè)計階段中，與材料有關(guān)的主要問題是應(yīng)該把材料完全確定下來，使它們與現(xiàn)有的設(shè)備相適應(yīng)，能夠利用現(xiàn)有設(shè)備經(jīng)濟地進行加工，而且材料的數(shù)量能夠比較容易地保證供應(yīng)。 在制造過程中，不可避免地會出現(xiàn)對使用中的材料作一些更改的情況。經(jīng)驗表明，可以采用某些便宜材料作為替代品．然而，在大多數(shù)情況下，在進行生產(chǎn)后改換材料要比在開始生產(chǎn)前改換材料所花費的代價要高．在生產(chǎn)設(shè)計階 段做好材料選擇工作，可以避免大多數(shù)的這種材料更換情況。在生產(chǎn)制造開始后出現(xiàn)了可供使用的新材料是更換材料的最常見的原因。當(dāng)然，這些新材料可能降低成本、改進產(chǎn)品性能。但是，必須對新材料進行認(rèn)真的評價．以確保其所有性能都滿足要求。應(yīng)當(dāng)時刻牢記．新材料的性能和可靠性很少像現(xiàn)有材料那樣為人們所了解。大部分的產(chǎn)品失效和產(chǎn)品責(zé)任事故案件是由于在選用新材料作為替代材料之前．沒有真正了解它們的長期使用性能而引起的。 產(chǎn)品的責(zé)任訴訟迫使設(shè)計人員和公司在選擇材料時，采用最好的程序。在材料選擇過程中，五個最常見的問題為： (a)不了 解或者不會使用關(guān)于材料應(yīng)用方面的最新和最好的信息資料： (b)未能預(yù)見和考慮產(chǎn)品可能的合理用途 (如有可能，設(shè)計人員還應(yīng)進一步預(yù)測和考慮由于產(chǎn)品使用方法不當(dāng)造成的后果。在近年來的許多產(chǎn)品責(zé)任訴訟案件中，由于錯誤地使用產(chǎn)品而受到傷害的原告控告生產(chǎn)廠家，并且贏得判決 )； (c)所使用的材料的數(shù)據(jù)不全或者有些數(shù)據(jù)不確定，尤其是當(dāng)其長期性能數(shù)據(jù)是如此的時候； (d)質(zhì)量控制方法不適當(dāng)和未經(jīng)驗證； (e)由一些完全不稱職的人員選擇材料。 通過對上述五個問題的分析，可以得出這些問題是沒有充分理由存在的結(jié)論。對這些問題的分析研究可 以為避免這些問題的出現(xiàn)指明方向。盡管采用最好的材料選擇辦法也不能避免發(fā)生產(chǎn)品責(zé)任訴訟，設(shè)計人員和工業(yè)界按照適當(dāng)?shù)某绦蜻M行材料選擇，可以大大減少訴訟的數(shù)量。 從上面的討論可以看出，選擇材料的人們應(yīng)該對材料的性質(zhì)，特點和加工方法有一個全面而基本的了解。 普遍認(rèn)同的對金屬及合金熱處理的定義是，以一定的方式加熱或冷卻固態(tài)金屬或合金以達到一定的條件和／或獲得某些性能。以熱加工 (如鍛造 )為目的的加熱，不在此定義之列。同樣地，有時用于生產(chǎn)諸如玻璃或塑料制品的熱處理也不屬于該定義的范疇． 相變曲線 熱處理的基礎(chǔ)是時間 溫度 相變曲線，即 TIT 曲線， 3 個參數(shù)都繪制在一個圖中。根據(jù)曲線的形狀特點，分別稱為 c 曲線或 s 曲線。 9 為了繪制 TIT 曲線，將特定的鋼置于給定溫度下，以預(yù)先確定的時間間隔檢查其結(jié)構(gòu)，記錄發(fā)生相變的量。我們知道共析鋼 (C80)在平衡條件下，在 723℃以上時全為奧氏體，而低于此溫度，則為珠光體．為了形成珠光體，碳原子將產(chǎn)生擴散形成滲碳體。擴散是一種漸進過程，需要足夠的時間完成奧氏體向珠光體的轉(zhuǎn)變。對于不同的樣品，可以記錄下在任一溫度時產(chǎn)生相變的量，然后把這些點繪制在一條以時間和溫度為坐標(biāo)軸的曲線上。通過這些點就可以得 到如圖 1所示的共析鋼的相變曲線。左邊的曲線表示任一給定溫度下奧氏體開始轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w所需要的時間。類似地，右邊的曲線表示相變完成所需要的時間。兩條曲線之間是表示部分相變的點。兩條水平線燈 (和材 f 表示馬氏體轉(zhuǎn)變的開始和結(jié)束。 圖 1 共析鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線 熱處理工藝的分類 在某些場合熱處理過程可以根據(jù)其工藝和應(yīng)用明確地區(qū)分開來。而在另一些場合，因為同樣的工藝常?？梢杂脕磉_到不同的目的，因此對該術(shù)語的說明和簡單的解釋是不夠的。例如：消除應(yīng)力的熱處理和回火處理常 常使用同樣的設(shè)備、同樣的時間和溫度循環(huán)來實現(xiàn)，但這兩種工藝的目的是不同的。 下面對主要熱處理工藝的描述大體上是按其相互關(guān)系來安排的。 正火；把鐵類合金加熱到指定的相變溫度上限以上 (通常 501000 F? 或28~56℃ )的合適溫度．接下來在不流動的空氣中冷卻到至少比相變溫度低得多的某 — 溫度。對于低碳鋼，得到的結(jié)構(gòu)和性能與完全退火相同．而對于大多數(shù)鐵類合金，正火和退火意義不同。 正火一般作為起調(diào)節(jié)作用的熱處理工藝，特別是用于細化在鍛造或其他熱加工工藝中經(jīng)受了高溫 的鋼的晶粒．正火處理之后通常還要接著進行淬火、退火或回火等進行奧氏體化。 退火：熱處理的一個通用術(shù)語，指的是加熱到一定溫度并保溫，然后以合適的速度冷卻，主要用于降低金屬材料的硬度，同時在其他性能或顯微組織方面產(chǎn) 10 作一些理想的變化。這種變化的目的是改善其機械加工性、便于冷加工 (被稱為中間退火 )，改善機械或電性能，或增加工件的尺寸穩(wěn)定性，但也不僅僅局限于此．如果僅僅用于消除應(yīng)力，就叫做去應(yīng)力退火，與應(yīng)力消除熱處理是同義詞． 當(dāng)“退火”這個術(shù)語用于鐵類合金而又無其他限制條件時，指的是完個退火。這種處理是把合金加熱到 其相變溫度以上，再進行循環(huán)冷卻以便硬度下降最大。冷卻過程的變化范圍較大，要看具體合金的成分和特性。 淬火；把鋼或合金浸沒在液體或氣體介質(zhì)中，從奧氏體化溫度下快速冷卻。常用的淬火介質(zhì)有水、 5％的鹽水、 5％的堿性水溶液、油、聚合物溶液和氣體 {常為空氣或氮氣 )。 對淬火介質(zhì)的選擇主要取決于材料的淬透性以及被處理的材料的質(zhì)量 (主要是淬火部分的厚度 )。 上面列出的各種淬火介質(zhì)的冷卻能力有很大的區(qū)別．在選擇淬火介質(zhì)時，最好避免選擇比達到預(yù)期效果所需的冷卻能力更強的溶液，從而盡量降低處理零件開裂或變形的可能性．淬火包括直 接淬火、噴霧淬火、熱淬火，分級淬火、局部淬火、噴射淬火和限時淬火。在本章最后的術(shù)語表中對這些術(shù)語進行了定義． 回火；在鐵類合金的熱處理中，回火指的是把奧氏體化和淬硬的鋼或鐵再加熱到預(yù)先設(shè)定的相變溫度下限以下的某一溫度 (通常低于 13000F 或 705℃ )。回火提供了獲得各種綜合機械性能的方法．用于淬硬鋼的回火溫度通常低于 300 F? {150℃ )。不要把回火與中間退火或去應(yīng)力退火混淆。即使 3 種處理方法的時間和溫度循環(huán)可能相同，但是被處理的材料的狀態(tài)和目的可能是不同的 。 去應(yīng)力退火：與回火相似，去應(yīng)力退火總是把鋼和鐵加熱到相變溫度下限以下的某一溫度．對于有色金屬，這個溫度可以是稍高于室溫，也可以達到幾百度，取決于合金的種類和期望去除的應(yīng)力的大?。? 去應(yīng)力退火的主要目的是消除在模鑄、軋制、機加工、焊接等過程中在工件中產(chǎn)生的應(yīng)力。通常這一過程是把工件加熱到預(yù)先設(shè)定的溫度并保持足夠長的時間來降低殘留的應(yīng)力 (這是一個與時間和溫度有關(guān)的工序 )．接下來，以比較慢的速度冷卻以避免產(chǎn)生新的應(yīng)力。