金屬材料熱處理過程及工藝研究

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前言

改革開放以來,在我國社會經濟快速發展的同時,科學技術的研發也獲得了突飛猛進,極大地促進了我國工業化的發展進程。在這樣的背景下,相關行業對金屬材料的需求及性能要求也越來越高。而且,在科學技術的支持下,我國金屬材料的熱處理工藝技術水平不斷提升,使得金屬材料各方面的性能越來越理想。更好地保障了我國的工業生產和發展,并更好地踐行了節能減排的綠色發展。

一、金屬材料熱處理工藝的發展歷程簡析

眾所周知,金屬材料主要是由鐵元素組成,為了提高金屬材料的硬度、強度、耐磨性及抗疲勞性,加工企業會通過淬火處理的工藝為其增添不同的元素,以提高其各項性能,獲得理想的金屬材料。

金屬材料的熱處理具有悠久的歷史,工業革命以來,特別是近代以來,金屬材料的熱處理工藝技術更新發展的速度越來越快,先后經歷了轉筒爐氣體滲碳、應用露點電位差計、二氧化碳紅外儀、氧探頭實現爐內可控碳勢等熱處理工藝技術。此外,等離子場、激光以及電子束等現代化科技手段也逐漸應用在金屬材料的熱處理工藝當中,為金屬材料的表面熱處理、化學熱處理等工藝提供了強大的技術支撐。

二、金屬材料的熱處理過程分析

在金屬材料進行淬火處理的過程中,根據控制溫度的不同,其熱處理工藝可以分為加熱、保溫和冷卻這三個過程。其中加熱環節是對金屬材料進行熱處理工藝的第一個步驟。就我國而言,歷史上最早的金屬熱處理工藝加熱環節主要是利用木炭作為熱源,后阿貍又發展到利用煤炭作為熱源。隨著現代能源產業的發展,在金屬熱處理加熱環節,逐漸開始運用液體及氣體燃料;而隨著電力技術的廣發應用,金屬材料的熱處理加熱工序也發生了較大的變革,等離子場、激光以及電子束等現代化科技手段逐漸成為加熱工序重要的手段;保溫工序是金屬材料熱處理中重要的一環,時金屬材料加熱到一定溫度后,在一定時間內將該金屬材料的內外溫保持一致,使其結構和性能能夠得到相應的轉變。但很多時候,很多金屬材料需要的保溫時間極短,甚至根本不需要保溫工序;冷卻工序也是金屬材料熱處理工藝重要的環節。在實際操作中,不同的金屬材料在不同熱處理工藝下,冷卻的方式和速度具有極大的差異。

三、金屬材料熱處理常用的基本工藝分析

在金屬材料熱處理過程中,常用的基本工藝是退火、正火、淬火和回火。其中,退火工藝就是將金屬材料加熱到預設溫度值后,對其進行緩慢冷卻處理,使其內部的組織結構能夠達到或接近平衡的狀態。這種工藝能降低金屬材料的硬度,并消除其內應力,從而提高其可塑性增強塑性,便于后續加工工藝的順利進行;正火工藝則是將金屬材料加熱到一定溫度后,在一定時間內完成冷卻的熱處理工藝。在金屬材料熱處理過程中,運用正火工藝進行鑄造、鍛壓加工,能促進中、低碳鋼的組織細化。很多加工企業往往都是以正火工藝作為要求較低的金屬材料最終的熱處理程序;淬火工藝則是將金屬材料加熱并保溫,然后將其浸泡在合適的淬火介質當中,使其能在最短的時間內完成冷卻。這種熱處理工藝能最大限度上增加該金屬材料的硬度與脆度。在實際操作中,金屬材料的淬火工藝因材質、機加工工藝等因素的不同,選用的淬火介質也各不相同,分別是水、油、有機水溶液或其他的無機鹽類;回火則是將經過淬火的金屬材料重新加熱到低于下臨界溫度Ac1的適當溫度,經過一段時間的保溫處理后,在空氣、水或油等介質中進行冷卻的金屬材料熱處理工藝。應用該工藝能減小或者消除淬火金屬材料中的內應力,降低其硬度與強度,同時提高其延展性和柔韌性。在實際操作中,將淬火和回火工藝相結合,能顯著提高金屬材料的力學性能。

四、金屬材料熱處理的新工藝技術分析

(一)振動處理工藝。振動處理技術是一種新穎的金屬材料熱處理工藝技術,是借助振動器將動壓力與振動方向轉嫁給金屬材料,使金屬材料在振動下抵消自身的內應力,同時提高自身的柔韌性和延展性,從而使其結構變得更加穩定。這種新處理技術借助外力的振動進行金屬材料的處理,易于操作人員的手工操作,生產的效果較好,同時生產周期較短、能耗較低,因此成本較低,值得推廣。

(二)涂層處理工藝。涂層處理工藝也是金屬材料熱處理的新技術。這種處理工藝在金屬的表面進行涂層處理,減少該金屬與外界的接觸,且不降低其自身的韌性,使其變得更強、更硬、更耐磨、更抗腐蝕。例如,在數控機床的刀具上,增添合適的涂層,不但能增強刀具自身的硬度和韌度,還能有效減少加工過程中摩擦所產生的熱量,從而有效提高數控機床刀具的質量和性能。

(三)化學滲透工藝。化學滲透工藝也是金屬熱處理新穎的技術之一。這種工藝是在金屬材料的表面涂抹化學成分,使其滲透到金屬機體當中,改變其表層形態及相應性能。在實操中,這種處理技術較為簡便,變化時間較短,效果好、成本低,且具有節能減排的優勢。

(四)激光處理工藝。激光處理工藝也是金屬材料熱處理新穎的技術之一。這種處理工藝是利用激光技術對金屬材料的局部地區或整體進行照射,借助激光的熱傳導,改變該金屬材料原有的結構,具有能量性、集中性和方向性的優勢,且控制起來十分容易,也十分精準,能顯著提高被加工金屬材料表面的硬度,延長其使用年限,是未來金屬材料熱加工工藝發展的重要方向。

五、結束語

綜上所述,金屬材料的熱處理工藝技術十分重要,能改善金屬材料的相關性能。因此,相關企業及科研單位應積極探索金屬材料的熱處理工藝技術,在探索中不斷獲得突破,不斷創新其熱處理的工藝技術,從而推動我國金屬材料熱處理行業的科學發展。