金屬材料熱處理技術發展現狀及未來發展方向

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摘要：金屬材料與各種科學活動以及經濟社會有著密切的聯系，人類社會發展到今天。隨著時代的進步和科技的發展，金屬的替代品不斷地被研發出來，金屬材料熱處理技術也得到了前所未有的提高，下文將對其發展現狀及未來發展方向進行簡要的敘述和分析。

關鍵詞：金屬材料熱處理技術；現狀；發展方向

前言

金屬材料是人類發展的最重要材料之一，無論哪個時代，金屬材料都在人們的生活中發揮著巨大的作用。金屬材料根據其特點具有韌度高、硬度強度大等特點，而且金屬材料容易獲得，且不少金屬制作簡易。隨著現代金屬工藝的發展和推廣、科學技術的發展壯大，金屬材料在機械制作、國防領域、工業、農業、電子信息等行業，都有明顯的性價比優勢和廣闊的發展前景市場。

1.金屬熱處理技術的現狀

1.1普通熱處理

普通熱處理的目的在于改善金屬組織結構、調整強度、硬度、韌性，改善金屬的加工性能，不改變金屬的化學成分。主要工藝為退火、正火、淬火及回火。

退火是將鋼加熱到工藝要求值，保溫一定時間，然后緩慢冷卻，以獲得平衡狀態的熱處理工藝。退火的目的主要有降低硬度，以利于金屬機工性能；細化晶粒，提高塑性及韌性；消除內應力。

正火是將鋼加熱到Ac3以上30-50℃或Acm 以上30-50℃，保溫后在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火的作用是將鋼加熱到奧氏體區，使鋼進行重結晶，從而解決鋼的晶粒粗大和組織不均勻問題。

淬火是將鋼加熱到Ac3或Ac1以上30-50℃，保溫后在淬火介質中快速冷卻，使過冷奧氏體轉變為馬氏體或貝氏體組織的工藝方法。由于淬火時工件容易產生裂紋或形變，在工藝上還要嚴格控制淬火加熱溫度、合理選擇淬火介質、正確選擇淬火方法，以獲得更好的淬火效果。

回火是將淬火鋼重新加熱到Ac1以下某溫度，保溫后冷卻使其轉變為穩定的回火組織。回火的主要目的是消除淬火內應力，以降低鋼的脆性，防止產生裂紋，同時使鋼獲得所需的力學性能。

普通熱處理技術在我國機械工業生產中得到廣泛應用，并在設備、工藝方面取得良好的發展。如高壓氣瓶生產中，經鋼板多次沖拔形成的杯形體，每次沖拔后均需進行退火，以細化晶粒、消除內應力，防止后續沖拔作業中產生斷裂、變形。

1.2表面熱處理

表面熱處理是對鋼件表面的加熱、冷卻而改變表層力學性能的金屬熱處理工藝。主要工藝為：表面淬火和化學熱處理。

表面淬火是將鋼件的表面層淬透到一定深度，而心部仍保持未淬火狀態的一種局部淬火方法。表面淬火的主要目的是獲得高硬度、高耐磨性的表層，而心部仍保持良好的韌性，常用于機床主軸、齒輪、發動機曲軸等。

化學熱處理是將工件置于一定的化學介質中加熱、保溫，使介質中的活性原子滲入工件表層，以改變工件表層的化學成分和組織，獲得所需的力學性能和理化性能。依據所滲入的元素不同，化學熱處理可分為滲碳、滲氮、滲硼、滲鋁等。如果同時滲入兩種以上元素，則稱之為共滲，如碳氮共滲、鉻鋁硅共滲等。

表面熱處理技術在機械工業中得到良好的應用，如電感應加熱表面淬火法，由渦流所產生的電阻熱使工件表層被迅速加熱到淬火溫度，隨即向工件噴水，將工件表層淬硬。由于加熱設備及淬火設備簡單、生產效率高、成本低，在工業生產中應用廣泛。

2.金屬熱處理技術的發展方向

2.1發展新的加熱源

金屬熱處理傳統的加熱源主要有燃料加熱源、電加熱源，近年來新誕生了一種高能率加熱源，如激光束加熱源和電子束加熱源等；它主要用于定向地對工件表面施加極高能量密度的加熱，利用這種方法可以使工件表面溫度快速升高，從而在極短的時間內，將工件欲處理區表層的溫度上升到相變溫度以上或熔融狀態，然后再讓工件自身冷卻直至其表面硬化或凝固，最終使得其表面某些特性發生改變。這種高能率熱處理可以減小工件的變形，使工件獲得特殊的組織性能和表面狀態，提高了工件表面的耐磨性和耐蝕性，延長了工件的使用壽命，在提高經濟效益方面具有很大的優越性。

科學技術的快速進步對熱處理技術的發展奠定基礎，先進科技產物的新的加熱源的產生帶動了熱處理技術的發展，發展新的加熱源是現代熱處理技術中的重大研究課題。新的加熱源衍生的高能率熱處理近年來發展迅速，國內外已將激光熱處理和離子注入表面改性技術投入生產，但由于高能率熱處理的設備費用昂貴等原因，目前國內外尚未大量應用，但其具有廣闊的發展前景。

2.2發展新的加熱方式

加熱是金屬熱處理主要工序之一。選用合理的加熱方式可以保證和提高金屬熱處理的質量。加熱時，應保持溫度適當而均勻以避免或減少金屬表面氧化、脫碳，保證工件表面質量：同時還應控制加熱速度，保證金屬材料進行適當的相序轉變。

傳統的加熱方式是燃料加熱，工件與熱源直接接觸加熱；為了改變熱源直接接觸工件而引起的表面氧化、脫碳，發展為間接加熱方法，如將工件埋在熔融鹽液等介質中加熱，可以基本上避免氧化，減少脫碳。電加熱法的發展應用，使金屬熱處理的加熱方法更趨完善，加熱溫度更易于控制，同時避免了環境污染。可控氣氛加熱和真空加熱的發展，實現無氧化加熱，使金屬表面化學成分能夠穩定、合理地調整到預定要求，可控氣氛加熱和真空加熱的發展是工業加熱和熱處理技術的一次重要變革。

3.促進金屬材料熱處理技術快速發展的措施

3.1改良設備工藝，提高處理效率

針對目前許多熱處理車間的技術工藝落后現狀，在沒有足夠的資金更新的情況下，可以進行適當的技術改良，以暫時性提高熱處理的效率。部分仍在進行手動化操作的熱處理車間需要進行設備的自動化或半自動化改良；部分過于老舊的熱處理爐可以考慮更換部分保溫材料，換成新式的材料，以提高熱處理爐的保溫和升溫效果。

3.2引進先進技術，保證產品質量

我國想要在短時間內靠自主研究提高滲碳、殘余應力消除等熱處理技術的水平有一定的困難，因此有引進國外同類先進技術的必要。但在引進時應注意國內的研究現狀，避免引入國內研究已經有相當成果的技術工藝，否則只會造成技術浪費。具體來說，我國目前針對金屬熱處理技術的研究成果主要體現在失效分析、力學性能與馬氏體組織上，這些方面的熱處理技術引進可以相對放緩，要把目光更多地投注在國內有所需求，但仍呈現空白或研究稀少的技術領域上。

3.3培養技術人才，強化技術實踐

為了保證涂層、激光熔覆等新型熱處理技術能在實踐中得到有效應用，一方面要加強對熱處理技術人才的培養，調整技術人才和研究人才的比例，另一方面要增強現有熱處理研究人員研究方向與實際需求的聯系，真正實現產、學、研的一體化。金屬材料熱處理技術的研究者應注意與熱處理生產人員的交流，了解我國熱處理工藝真正需要的技術支持，以此為指導確定研究方向，提高熱處理技術的研究能效。

4.總結語

隨著未來金屬材料需求的增大，金屬材料的發展將會面向微型化、高性能、低成本等方向發展。并隨著這類的發展影響下，整個金屬材料也將會發展出更好更快的生命力。我們可以相信，在科技工作者和政府的共同努力下，金屬材料行業將會出現更加繁榮的未來。

參考文獻：

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