不同的熱處理工藝對金屬材料的性能分析

李源

摘要：隨著我國改革開放的不斷進行，中國的經濟發展越來越快速，工業技術也有了較大的提高，因此在實際應用領域中對金屬材料的各項性能要求也越來越高。為了滿足日益增長的工業需求，采用熱處理技術來改變金屬材料的機械性能就顯得尤為迫切。目前，對于金屬材料有較多的熱處理技術，應用不同的熱處理技術所得的金屬材料的性能也具有較大差異。本文主要分析了金屬材料的性質、熱處理工藝的分類和不同熱處理技術對金屬材料的影響。

關鍵詞：金屬材料;熱處理;性能分析

1金屬材料

人類社會的發展和進步離不開材料的使用，其中石器時代、青銅時代和鐵器時代均以金屬材料的使用為其顯著標志^[1]。金屬材料一般指的是自然界中銅、鐵、鋁等以金屬元素構成的材料。金屬材料具有以下的優點^[2-3]：（1）金屬材料具有較高的強度，金屬材料在收到外界一定程度的撞擊時，不會輕易的改變原有的形狀，不會發生形變;（2）金屬材料的易斷性，金屬材料在較長的時間內循環收到一定的外力，超出了材料本身的臨界點，材料會發生斷裂;（3）金屬材料的可鍛造性，金屬材料在高溫、高壓和高外力作用下，金屬材料的長度和高度都會發生改變，但是其硬度和導熱性能不會發生影響，具有較好的可加工性能。金屬材料具有較好的性能，因此，被廣泛應用于機械制造、航天航空、汽車和建筑材料等領域^[4-6]。

由于傳統的金屬材料存在疲勞斷裂、可塑性較差、耐腐蝕和硬度較強等現象，影響了金屬材料在實際領域中的應用，因此，需要對金屬材料進行加工處理。熱處理技術指的是金屬材料采用加熱、保溫和冷卻等方法，將固態的金屬材料進行加工，得到具有優異性能的金屬材料，改善了金屬材料的物理和化學性質，是金屬加工過程中最重要的一個環節。但是，熱處理工藝是金屬材料在加工過程中十分復雜的一個過程，在這個過程中容易受到外界環境因素的影響，從而影響到金屬的物理性能和化學性能，因此，為了滿足工業條件的要求，需要對熱處理工藝做一個較好的防控，才能得到性能優異的金屬材料。

2熱處理工藝

2.1熱處理工藝簡介

熱處理工藝指的是將金屬材料采用加熱、保溫和冷卻等^[7]方法，它改變了金屬材料內部的分子結構、增加可塑性和提高了金屬材料在實際領域的應用的范圍。采用熱處理的方式，改變了分子間的結合力，增加了金屬材料的物理性質，但是并沒有改變金屬材料的原有形狀。相對于原始的金屬材料具有韌性好、可塑性高、耐磨性較好、增加了材料的使用壽命和具有較好的表面光滑度，適用于各種精密儀器的制作，節省了企業的生產成本。熱處理最大的特點是維持了金屬材料的原有形狀和化學性質，即熱處理工藝并不會對金屬材料的原有性質產生影響。

2.2熱處理工藝的分類

金屬材料熱處理工藝按照處理方式不同分為整體熱處理法、表面熱處理法、化學熱處理法和真空熱處理工藝法^[8]。并且根據加熱介質的不同和冷卻方式的不同，金屬材料的熱處理又可以細分為很多種。但是一般情況下的熱處理工藝不會改變金屬材料的加工形狀和化學性質。所有的熱處理工藝一般都需要加熱、保溫和冷卻三個過程，這樣才能賦予金屬材料一定的性能。

3不同種類的熱處理工藝

整體熱處理法是金屬材料加工應用時使用的最普遍方法。指的是將金屬材料整體進行熱處理，其過程包括退火、正火、淬火和回火。退火指的是將金屬材料加熱到一定的溫度，然后保溫一段時間，進行冷卻，它使晶體粒細化，去除了內應力、增加了材料的可加工性、穩定了材料的尺寸，消除了材料的結構缺陷。正火使材料中的碳化物和晶粒分布更具均勻，進一步提高了材料的可塑性和韌性，增加了材料的機械性能。淬火是整體熱處理法中核心的步驟，淬火影響了材料內部應力，進而對材料的形變產生了重要影響。目前常用的淬火介質為水和油，因此，對溫度的控制尤為重要。一般情況下，水溫控制在50℃到70℃之間，油溫控制在60℃到90℃之間，在這個過程中，淬火速度對金屬晶體的再結晶性和冷卻速度產生影響，導致金屬材料發生形變。回火過程主要是為了消除在正火過程中產生的應力，而較大的應力的存在容易使金屬材料在加工的過程中產生形變和裂縫，因此，回火提高了金屬材料的產品質量。

表面熱處理法指的是對材料的表面進行加熱處理的工藝，從而得到具有高硬度的表面層和分布均勻的內應力，提高了材料的耐磨性和抗疲勞性。目前，該方法應用最普遍的為激光熱處理技術和超硬涂層技術。激光熱處理技術主要應用在表面較為堅硬的金屬材料，在熱處理過程中利用計算機來控制激光的強度和速度，使用較為方便、可控性較高。超硬涂層技術主要對金屬材料的表面進行處理，并不會對材料的內部結構產生影響，該技術提高了金屬材料的硬度，使得加工后的金屬材料具有較好的耐用性。

化學熱處理法指的是采用化學反應改變了金屬材料的化學組成和表面結構，得到了性能優異的金屬材料。由于大多數金屬材料的失效和破損剛開始出現在表面層，因此采用化學熱處理法得到了表面性能優異的金屬材料，該方法本質上可以認為是一種金屬復合材料，在金屬材料表面形成了較好的保護層，賦予了金屬材料多重屬性，增強了金屬材料的韌性、耐磨性和耐腐蝕性，提高了產品質量，增加了金屬材料的使用壽命，拓展了金屬材料使用領域。目前，化學熱處理法被廣泛應用在軍事、機械等對零件具有多重性能要求的領域。

真空熱處理工藝法指的是將金屬材料放置在真空環境下進行熱處理，該方法可以有效的控制金屬材料在熱處理過程中產生的毒氣，可以對低壓滲碳材料進行表面處理，而且可以直接進行高壓氣淬，提高了熱處理效率，并且不會對金屬材料本身性質產生影響。目前，我國在該方法上探索較晚，因此和國外有一定的差距。

4結論

隨著我國的經濟快速發展，對金屬材料的使用越來越多，在不同領域所使用的熱處理方法也是不同的，由于材料本身存在差異、外界環境溫度等的影響，在選擇不同的熱處理工藝時應當考慮這些因素。為了提高能源的利用率和環境的保護，因此，選擇合適的熱處理工藝就顯得尤為重要。處理好金屬材料和不同熱處理之間的關系，我們就能很好的提高金屬材料的加工水平，促進了其他工業的質量安全。雖然，隨著科學技術的日益進步，在熱處理工藝上不斷有新的技術突破，但是在金屬熱處理上還不斷有許多問題存在，需要我們不斷的去改進和完善，提高金屬材料熱處理工藝，擴大金屬材料的使用范圍。

參考文獻

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