【導(dǎo)讀】詳細(xì)分析了農(nóng)業(yè)機(jī)械典型零部件用材及熱處理工藝。重點(diǎn)包括軸類零部件、齒輪類零部件、箱體類零部件、刀具類零部件及緊固件等。最后對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械和零部件材料面臨的機(jī)遇與挑戰(zhàn)進(jìn)行了討論。公元前90年前后，趙過(guò)發(fā)明的三行耬，即三行條播機(jī)，其基本結(jié)構(gòu)至今仍被應(yīng)用。40年代起，歐美各國(guó)的谷物聯(lián)合收獲機(jī)逐步由牽引式轉(zhuǎn)向自走式。新中國(guó)成立初期，廣為發(fā)展新式畜力農(nóng)具，如步犁、耘鋤、播種機(jī)、收割機(jī)和水車等。50年代后期，中國(guó)開始建立拖拉機(jī)及其配套農(nóng)機(jī)具制造工業(yè)[]。中國(guó)近期仍以發(fā)展中小型農(nóng)業(yè)機(jī)械為主，重點(diǎn)發(fā)展的項(xiàng)目是經(jīng)濟(jì)效益高、能提高抗御自然災(zāi)害能力、保證穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和增產(chǎn)增收的農(nóng)業(yè)機(jī)械品種，如排灌、植物保護(hù)和施肥等機(jī)械。用于農(nóng)村多種經(jīng)營(yíng)的機(jī)械品種將得到較大的發(fā)展，例如各種農(nóng)副產(chǎn)品加工機(jī)械和禽畜飼養(yǎng)機(jī)械，以及養(yǎng)蜂、養(yǎng)蠶、池塘養(yǎng)魚和食用苗類培植等

　　

【正文】 量檢查成品。上述加工工藝對(duì)鋼材都有一定的要求。① 鍛造滲碳鋼因其所含合金元素總量不高，故其成分對(duì)鍛造工藝沒(méi)有多大影響[28]。但若鋼材表面存在裂紋(發(fā)紋)或皮下氣孔時(shí)，在鍛造時(shí)零件表面易產(chǎn)生裂紋，因此鋼材表面必須經(jīng)過(guò)清理，將表面缺陷清除，這種鋼材在標(biāo)準(zhǔn)中稱“熱加工用鋼”，有時(shí)為了考核鋼材的鍛造性能還要對(duì)鋼材進(jìn)行熱頂鍛試驗(yàn)。當(dāng)零件不經(jīng)鍛造而是用鋼材直接切削加工制成時(shí)，鋼材的表面缺陷在切削時(shí)可以加工掉，這種鋼材稱“切削加工用鋼”，機(jī)械制造廠根據(jù)自己的加3232藝來(lái)選擇“熱加工用鋼”或“切削加工用鋼”。近些年來(lái)，鋼材鍛造時(shí)的加熱方法不斷改進(jìn)，由煤氣爐或電爐加熱改為感應(yīng)加熱，這種改變對(duì)鋼材的表面質(zhì)量提出了更高的要求。有時(shí)軋制鋼材的表面質(zhì)量滿足不了這樣高的要求，必須采用切削剝皮的鋼材。② 鍛坯熱處理鍛坯熱處理的目的是改善金相組織，消除鍛造的殘留內(nèi)應(yīng)力，以減少滲碳熱處理時(shí)的變形，并調(diào)整硬度以改善可加工性[29]。載貨汽車用的合金元素含量較低的鋼種，如20Cr、20CrMnTi、20MnTiB、20MnVB等鋼種鍛造后的毛坯經(jīng)正火處理后就可以得到珠光體加鐵素體組織和適于切削加工的硬度范圍(156～187HBW)。正火處理是將鍛坯加熱到高溫AC3+(60—150。C)奧氏體化后在空氣中連續(xù)冷卻過(guò)程中完成相變的，如果鍛坯冷卻時(shí)是成堆放置時(shí)各個(gè)齒坯冷卻速度不同而出現(xiàn)組織差異，冷卻速度過(guò)快或鋼中殘留含鉬量較高時(shí)將在組織中出現(xiàn)粒狀貝氏體，這種組織不利于切削加工并使?jié)B碳熱處理后變形難以控制。如果冷卻速度過(guò)慢會(huì)使齒坯金相組織中鐵素體過(guò)多，硬度低，在切削過(guò)程中產(chǎn)生粘刀，使零件表面粗糙度上升。合金元素含量較高的滲碳鋼種，如12CrNi12Cr2Ni4和18Cr2Ni4Mo等鋼正火后硬度高，難于切削加工，必須再經(jīng)高溫回火后才能切削加工，即使如此，可加工性仍很差。 20CrMnTiH材料及熱處理工藝20CrMnTiH齒輪鋼是最常用的齒輪用鋼，用于制造截面小于30mm的承受高速重載、沖擊及摩擦的重要零件如齒輪、齒圈、齒輪軸、十字頭等。 20CrMnTiH齒輪鋼化學(xué)成份： 碳 C ：～ 硅 Si：～ 錳 Mn：～ 硫 S ：允許殘余含量≤ 磷 P ：允許殘余含量≤ 鉻 Cr：～ 鎳 Ni：允許殘余含量≤ 銅 Cu：允許殘余含量≤ 鈦 Ti：～ 20CrMnTiH齒輪鋼的硬度：退火或高溫回火時(shí)≤217HB，壓痕直徑≥。20CrMnTiH齒輪鋼交貨狀態(tài)：以軋制或鍛制狀態(tài)交貨。根據(jù)需方要求也可以熱處理（正火、退火或高溫回火）狀態(tài)交貨。 SCr420H材料及熱處理工藝SCr420H 是較常用的Cr系齒輪鋼，其化學(xué)成分如下：碳 C ：～ 硅 Si：～ 錳 Mn：～ 硫 S ：允許殘余含量≤ 磷 P ：允許殘余含量≤ 鉻 Cr：～ 銅 Cu：允許殘余含量≤ SCr420H硬度為退火或高溫回火時(shí)≤179HB，壓痕直徑≥。SCr420H以軋制或鍛制狀態(tài)交貨。根據(jù)需方要求也可以熱處理（正火、退火或高溫回火）狀態(tài)交貨。 16MnCr5材料及熱處理狀態(tài)16MnCr5齒輪鋼是從德國(guó)引進(jìn)的鋼種，相當(dāng)于我國(guó)15CrMn鋼，有較好的淬透性和切削性，對(duì)較大截面零件，熱處理后能得到較高表面硬度和耐磨性，低溫沖擊韌度也較高。16MnCr5齒輪鋼經(jīng)滲碳淬火后使用，主要用于制造齒輪、蝸輪、密封軸套等零部件。 16MnCr5齒輪鋼化學(xué)成份： 碳 C ：～ 硅 Si：≤ 錳 Mn：～ 硫 S ：～ 磷 P ：≤ 鉻 Cr：～ 16MnCr5齒輪鋼力學(xué)性能： 抗拉強(qiáng)度 σb (MPa)：1373 條件屈服強(qiáng)度 (MPa)：1187 伸長(zhǎng)率 δ5 (％)：13 斷面收縮率 ψ (％)：57 沖擊韌性值 αku (J/cm2)：72 硬度 ：≤297HB 試樣尺寸：某試料 16MnCr5齒輪鋼熱處理規(guī)范：900℃油淬+870℃油淬+200℃回火，金相組織為回火馬氏體。 箱體類零部件用材及熱處理規(guī)范 箱體材料一般要求及加工方法箱體材料一般選用HT200~400的各種牌號(hào)的灰鑄鐵，而最常用的為HT200?；诣T鐵不僅成本低，而且具有較好的耐磨性、可鑄性、可切削性和阻尼特性。在單件生產(chǎn)或某些簡(jiǎn)易機(jī)床的箱體，為了縮短生產(chǎn)周期和降低成本，可采用鋼材焊接結(jié)構(gòu)。此外，精度要求較高的坐標(biāo)鏜床主軸箱則選用耐磨鑄鐵。負(fù)荷大的主軸箱也可采用鑄鋼件。毛坯的加工余量與生產(chǎn)批量、毛坯尺寸、結(jié)構(gòu)、精度和鑄造方法等因素有關(guān)。有關(guān)數(shù)據(jù)可查有關(guān)資料及根據(jù)具體情況決定。毛坯鑄造時(shí)，應(yīng)防止砂眼和氣孔的產(chǎn)生。為了減少毛坯制造時(shí)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，應(yīng)使箱體壁厚盡量均勻，箱體澆鑄后應(yīng)安排時(shí)效或退火工序。平面加工方法有刨、銑、拉、磨等，刨削和銑削常用作平面的粗加工和半精加工，而磨削則用作平面的精加工。此外還有刮研、研磨、超精加工、拋光等光整加工方法。采用哪種加工方法較合理，需根據(jù)零件的形狀、尺寸、材料、技術(shù)要求、生產(chǎn)類型及工廠現(xiàn)有設(shè)備來(lái)決定。（1）刨削刨削是單件小批量生產(chǎn)的平面加工最常用的加工方法，加工精度一般可達(dá)IT9~IT7級(jí)，~。刨削可以在牛頭刨床或龍門刨床上進(jìn)行，如圖83所示。刨削的主運(yùn)動(dòng)是變速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樵谧兯贂r(shí)有慣性，限制了切削速度的提高，并且在回程時(shí)不切削，所以刨削加工生產(chǎn)效率低。但刨削所需的機(jī)床、刀具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造安裝方便，調(diào)整容易，通用性強(qiáng)。因此在單件、小批生產(chǎn)中特別是加工狹長(zhǎng)平面時(shí)被廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，普遍采用寬刃刀精刨代替刮研，能取得良好的效果。采用寬刃刀精刨，切削速度較低(2~5m/min)，加工余量小（~，~），工件發(fā)熱變形小，可獲得較小的表面粗糙度值（~）和較高的加工精度（），且生產(chǎn)率也較高。圖8－4為寬刃精刨刀，前角為10?~15?，有擠光作用；后角為5?，可增加后面支承，防止振動(dòng)；刃傾角為3?~5?。加工時(shí)用煤油作切削液。（2）銑削銑削是平面加工中應(yīng)用最普遍的一種方法，利用各種銑床、銑刀和附件，可以銑削平面、溝槽、弧形面、螺旋槽、齒輪、凸輪和特形面，如圖85所示。一般經(jīng)粗銑、精銑后，尺寸精度可達(dá)lT9~1T7，~。銑削的主運(yùn)動(dòng)是銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是工件的直線運(yùn)動(dòng)。圖86為圓柱銑刀和面銑刀的切削運(yùn)動(dòng)。（3）銑削的工藝特征及應(yīng)用范圍銑刀由多個(gè)刀齒組成，各刀齒依次切削，沒(méi)有空行程，而且銑刀高速回轉(zhuǎn)，因此與刨削相比，銑削生產(chǎn)率高于刨削，在中批以上生產(chǎn)中多用銑削加工平面。當(dāng)加工尺寸較大的平面時(shí)，可在龍門銑床上，用幾把銑刀同時(shí)加工各有關(guān)平面，這樣，既可保證平面之間的相互位置精度，也可獲得較高的生產(chǎn)率。 灰鑄鐵材料及熱處理工藝％叫鋼。％的叫鐵。由于鐵屬于脆性材料，多數(shù)采用鑄造方法生產(chǎn)，一般比較多的叫鑄鐵。根據(jù)鑄鐵中碳的不同存在方式。一般分為石墨鑄鐵和白口鐵。白口鐵硬而脆，一般不能進(jìn)行機(jī)械加工，鑄件做成后，只需少量清理就可以使用。典型材料是犁鏡，就是犁鏵（牲口使用的犁鏵，現(xiàn)在機(jī)械犁地的犁鏵是鋼的）。石墨鑄鐵根據(jù)石墨的形態(tài)分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵和可鍛鑄鐵?；诣T鐵中石墨是片狀，比較脆，硬度比白口鐵小，可以進(jìn)行機(jī)械加工。比如機(jī)床床身、下水道蓋板等使用灰鑄鐵?；诣T鐵就是普通鑄鐵，多用在閥門，設(shè)備底座，等一些對(duì)強(qiáng)度要求不高，載荷不大的設(shè)備上。易于加工，成本較低。一般小型鑄造廠的產(chǎn)品都是灰鑄鐵?；诣T鐵的力學(xué)性能與基體的組織和石墨的形態(tài)有關(guān)?；诣T鐵中的片狀石墨對(duì)基體的割裂嚴(yán)重，在石墨尖角處易造成應(yīng)力集中，使灰鑄鐵的抗拉強(qiáng)度、塑性和韌性遠(yuǎn)低于鋼，但抗壓強(qiáng)度與鋼相當(dāng)，也是常用鑄鐵件中力學(xué)性能最差的鑄鐵。同時(shí)，基體組織對(duì)灰鑄鐵的力學(xué)性能也有一定的影響，鐵素體基體灰鑄鐵的石墨片粗大，強(qiáng)度和硬度最低，故應(yīng)用較少；珠光體基體灰鑄鐵的石墨片細(xì)小，有較高的強(qiáng)度和硬度，主要用來(lái)制造較重要鑄件；鐵素體一珠光體基體灰鑄鐵的石墨片較珠光體灰鑄鐵稍粗大，性能不如珠光體灰鑄鐵。故工業(yè)上較多使用的是珠光體基體的灰鑄鐵。 灰鑄鐵良好的鑄造性能、良好的減振性、良好的耐磨性能、良好的切削加工性能、低的缺口敏感性?；诣T鐵的熱處理方式為：① 消除內(nèi)應(yīng)力退火；② 改善切削加工性退火 ③ 表面淬火。常用的HT200、HT300、HT400均是灰鑄鐵。表示抗拉強(qiáng)度分別為200、300、400MPa。 刀具類零部件用材及熱處理工藝 一般刀具材料碳素工具鋼是較早出現(xiàn)并使用的刀具材料。一般用于制作刃具、模具和量具。其加工性良好，價(jià)格低廉，使用范圍廣泛，所以它在工具生產(chǎn)中用量較大。在工具鋼中，碳素工具鋼性能相對(duì)較差，一般150℃以下使用，％～％。含碳量越高，鋼的耐磨性越好，而韌性越差，常見的有TT7A、TTT10A、T1T12A等。與合金工具鋼相比，此類鋼淬透性低，在水中淬透直徑為15mm，而在油中淬透直徑僅為5mm。另外，此類鋼的熱硬性低，工作溫度高于250℃時(shí)鋼的硬度和耐磨性急劇下降，從而鋼的切削能力顯著降低，所以此類鋼只適于制作尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、切削速度低、進(jìn)刀量小、工作溫度不高的工具。合金工具鋼是在碳素工具鋼中加入Si、Mn、Ni、Cr、W、Mo、V等合金元素的鋼。加入Cr和Mn可以提高工具鋼的淬透性，可根據(jù)要求，有選擇地加入或同時(shí)加入其他元素(加入總量一般不超過(guò)5％)，即形成一系列的合金工具鋼。合金工具鋼廣泛用作刃具、冷、熱變形模具和量具，也可用于制作柴油機(jī)燃料泵的活塞、閥門、閥座以及燃料閥噴嘴等。低合金工具鋼用于制造截面較大、形狀較復(fù)雜、切削條件較苛刻、碳素工具鋼不能勝任的刀具[9]，一般300℃以下使用；高速鋼主要用于制造需要高韌性、鋒利的切削刃以及用其它材料不能制造的幾何形狀復(fù)雜的刀具，其典型的應(yīng)用包括鉆頭、擴(kuò)孔鉆、立銑刀、鉸刀等刀具。目前，大部分刀具材料都是普通高速鋼(W6Mo5Cr4V2)，在普通銑床上用來(lái)加工鋁合金材料的飛機(jī)零件。另外，鈷高速鋼（W2Mo9Cr4VCo8）和鋁高速鋼（W6Mo5Cr4V2AL）以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)使用量在不斷增加，這兩種高性能高速鋼刀具主要用于加工鈦合金、30CrMnSiA鋼件等飛機(jī)零件。 刀具材料表面改性技術(shù)但是，上面幾種鋼在農(nóng)業(yè)機(jī)械中，由于接觸環(huán)境比較復(fù)雜（如切割機(jī)等接觸地面、雜草等），耐磨性不夠，使用壽命很低。因此出現(xiàn)了眾多的金屬材料表面改性技術(shù)[30]。在眾多的金屬材料表面改性處理技術(shù)中, 熔覆處理技術(shù)具有熔覆層厚、熔覆層質(zhì)量高、熔覆層成分可調(diào)等優(yōu)點(diǎn), 在很大程度上適合于處理耐磨性要求較高的工作表面。近年來(lái), 對(duì)激光熔覆的研究是金屬材料表面改性處理的一個(gè)研究熱點(diǎn), 與此同時(shí), 用等離子弧、高頻感應(yīng)、電子束等做熱源的熔覆方法也不斷出現(xiàn)。但目前對(duì)氬弧熱源進(jìn)行熔覆的研究尚少。氬弧具有熱量集中、能量密度高(介于自由電弧和壓縮電弧之間)、靈活性高等優(yōu)點(diǎn)[3133]，其能流密度雖遠(yuǎn)不如激光束高, 但其熱量足以使各類材料熔化, 因此利用氬弧實(shí)現(xiàn)熔覆不失為另一種有效的熔覆處理技術(shù)。鎳基自熔性合金以其優(yōu)良的耐磨性而在表面強(qiáng)化領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用, 是表面技術(shù)中最早實(shí)現(xiàn)系列化和商品化的粉末之一。對(duì)該類材料, 一般選用熱噴涂工藝進(jìn)行耐磨層的制備。但該工藝存在耐磨層厚度小且易產(chǎn)生裂紋和剝落、材料損耗大、成本高等缺點(diǎn)[34]。 其他零部件在農(nóng)業(yè)機(jī)械上，要大量使用通用緊固件以及其他零部件。下面對(duì)緊固件及個(gè)別零部件材料及熱處理情況做一介紹。 螺栓等外螺紋用材料 ，用Q235ASAE1015DINC15足以，根本不要什么熱處理，直接冷加工制成，而級(jí)別稍高一點(diǎn)的緊固件如：%以上的鋼，如C1020C1022Ml20ML35等，此類螺絲也不需要什么熱處理的，冷加工強(qiáng)度完全可以滿足要求。實(shí)際上含碳量越高，冷成型就越困難，特殊情況另當(dāng)別論了。，一般使用中碳鋼，ML35SAE1035DIN35JISSWRCH35K經(jīng)過(guò)熱處理(淬火+回火)，也可以使用SAE514040Cr等，合金元素的增加對(duì)熱處理的淬透性有很大的幫助，所以規(guī)格大的螺絲可以選擇使用合金鋼，不致于用中碳鋼導(dǎo)致我們常說(shuō)的中心部位“淬不透”現(xiàn)象的存在。ISO SAE Grade8則要用低到中合金鋼材料，經(jīng)過(guò)熱處理(淬火+回火)，用合金材料在材料機(jī)械性能方面有一個(gè)很好的結(jié)合，常用的材料為40Cr35CrMoSAE5140SCM435SAE4135SAE4137JISSCr440(H)DIN41Cr4等，實(shí)際上45也可以達(dá)到要求的機(jī)械性能，不過(guò)在綜合機(jī)械性能方面要比合金鋼稍有遜色。ISO SATMA 574是一個(gè)對(duì)機(jī)械性能要求很高的高強(qiáng)度螺栓，則要用中碳合金鋼經(jīng)過(guò)熱處理(淬火+回火)，如SCM43535CrMoSAE4137SAE4135DIN34CrMo4，此種高強(qiáng)度螺栓如果表面處理要經(jīng)過(guò)酸洗這一工序時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象，所以一定要有去氫這一工序(特別是存在尖角的緊固件)，要不然會(huì)死的很慘。 螺母等內(nèi)螺紋用材料 沒(méi)有機(jī)械性能要求的或是ISOClass56SAEGrade34一般用C1010Q235A或C15，不需要熱處理，冷加工即可。ISOClass8，SAEGrade5，一般要用Ml35SAE1035DINC35，小規(guī)格的螺母不需要熱處即可達(dá)要求的機(jī)械性能，規(guī)格大的要經(jīng)過(guò)熱處理(淬火+回火)。ISOClass10，SAEGrade8一般使用中碳鋼經(jīng)過(guò)熱處理即可達(dá)到其強(qiáng)度要求。如SAE1035等中碳鋼。但是需要注意，螺母和螺栓不同，其受力主要以壓縮為主而非伸張，因此螺母的強(qiáng)度不只和材料有關(guān)，還和很多因素有關(guān)，包括精度、螺距、螺母內(nèi)倒角、螺母厚度。 平墊圈用料 無(wú)機(jī)械性能要求的平墊圈一般用角料制造，如Q235A，有硬度要求但不高時(shí)可以用較厚板料壓延一下達(dá)到要求的硬度。彈墊等防松用的墊圈一般用65Mn70或S50CM—S70CM制造，要經(jīng)過(guò)熱處理（淬火+回火）。 鉚釘、銷軸類 鉚釘、銷軸類一般用料與螺栓相同，但有些鉚釘硬度不可太高，甚至有些要求HRB60以下，一般正?；牧嫌捕仍贖RB7080，因此有些要經(jīng)過(guò)退火才能達(dá)到性能要求。 曲軸曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)主要零部件之一，它是通過(guò)活塞把動(dòng)力傳遞出去。生產(chǎn)農(nóng)機(jī)曲軸的材料基本可分為