淺析金屬材料熱處理工藝技術(shù)及控制

馬澤群 李滿昌

摘要：金隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展，對(duì)常規(guī)金屬材料的性能要求也越來越高。采取研制新材料和對(duì)常規(guī)金屬材料進(jìn)行熱處理以此來達(dá)到需要的目的。常規(guī)金屬材料的熱處理是一種綜合重要的工藝，也是質(zhì)量管理的重要環(huán)節(jié)。文章分析了熱處理工藝分類，工藝技術(shù)及熱處理工藝缺陷及控制措施。金屬材料被廣泛應(yīng)用與各個(gè)行業(yè)，成為人們生產(chǎn)生活離不開的必需品。

關(guān)鍵詞：常規(guī)金屬材料;熱處理技術(shù);工藝分析

0前言

屬材料能夠大力的在工業(yè)領(lǐng)域被使用，得益于其具備特殊的力學(xué)及理化性能。熱處理技術(shù)對(duì)于金屬材料具有非凡的意義，因?yàn)樗坏梢蕴嵘饘佼a(chǎn)品的質(zhì)量，還能夠節(jié)省金屬材料等等。因此，在進(jìn)行一次加工時(shí)要做到因材料的不同而采取有針對(duì)性的技術(shù)

1.??? 新型金屬材料的選材原則

金屬?gòu)?fù)合材料中添加增強(qiáng)物可使復(fù)合材料強(qiáng)度高，耐磨性好，但也會(huì)給對(duì)金屬?gòu)?fù)合材料的二次加工增加相當(dāng)?shù)睦щy，而因?yàn)榻饘購(gòu)?fù)合材料種類的不同，使得在加工方法和工藝上也會(huì)產(chǎn)生許多的差異。比如某些金屬?gòu)?fù)合材料在復(fù)合過程中便能完成，如連續(xù)纖維曾強(qiáng)金屬基復(fù)合材料構(gòu)件，而有些卻需要更多的技術(shù)手段，而這些技術(shù)的應(yīng)用與實(shí)踐，更是需要我們長(zhǎng)期研究與探討的長(zhǎng)久性課題。

2.??? 金屬材料熱處理工藝分類

一般地常規(guī)金屬材料的熱處理工藝大體上分為整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理。

另外在根據(jù)加熱介質(zhì)和加熱溫度和冷卻方法的不同，我們又將它分為若干不同的熱處理工藝。這在具體的要求中可以根據(jù)需要加以處理。經(jīng)過實(shí)踐可以知道，在處理常規(guī)金屬（鋼鐵）材料熱處理的時(shí)候一般不會(huì)改變加工工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是我們通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學(xué)成分來滿足我們的需求。但不管是哪一種熱處理，都是將加工工件加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，然后以某種速度冷卻下來。但是不論怎么樣，在絕大多數(shù)情況下，常規(guī)金屬材料的熱處理總是要加熱到臨界點(diǎn)以上的溫度，得到所要求的組織和性能。

3.??? 金屬材料熱處理工藝分析

在明確常規(guī)金屬（鋼鐵）材料熱處理工藝時(shí)，首先要知道熱處理的主要目的是消除前道工序產(chǎn)生的某些個(gè)缺陷，來加以改善材料的工藝性能;還有就是不斷提高零件或工模具的使用性能。恰當(dāng)?shù)臒崽幚砉に嚳梢韵T、鍛、焊件等的某些缺陷，改善其工藝性能。因此，熱處理在現(xiàn)代工業(yè)中占有重要地位。根據(jù)固態(tài)組織轉(zhuǎn)變規(guī)律，鋼的熱處理包括三個(gè)階段加熱、保溫、冷卻，來使組織結(jié)構(gòu)改變，從而改善鋼材的性能。

3.1? 熱處理中的退火種類

又可以分為完全退火和等溫退火等。這需要說明的是完全退火主要用于亞共析成分的各種碳鋼和合金鋼的鑄，鍛件及熱軋型材，這個(gè)應(yīng)用比較寬泛。而去應(yīng)力退火則是用來消除鑄件，熱軋件等的殘余應(yīng)力。如果這些應(yīng)力不予消除，將會(huì)引起鋼件在一定時(shí)間后，或在隨后的切削加工過程中產(chǎn)生變形或裂紋。

3.2? 淬火工藝技術(shù)

（1）鋼材熱處理的制定最終決定了鋼材的組織與性能。因此，對(duì)鋼材的使用壽命起著決定的作用的是鋼材熱處理工藝參數(shù)制定正確與否。鋼的淬火溫度一般為Ac3+（30～50℃），保溫一定時(shí)間，再以大于臨界淬火速度冷卻，使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變成為馬氏體組織的過程。馬氏體是碳溶于在α-Fe中的過飽和的固溶體，是奧氏體通過無擴(kuò)散型相變轉(zhuǎn)變成的亞穩(wěn)定相。一般有兩種類型，在低、中碳鋼中的板條狀馬氏體和在高碳鋼中的片狀馬氏體。混合型馬氏體組織是在中碳鋼中出現(xiàn)，并且以板條狀為主。當(dāng)淬火溫度超過Ac3溫度以上時(shí)，且經(jīng)過保溫后使奧氏體的化學(xué)成分均勻化，淬火后才能得到均勻一致的馬氏體。如果加熱溫度低于Ac3溫度在Ac1與Ac3溫度之間的話，這時(shí)鋼的組織將是鐵素體與奧氏體的整合組織。淬火后奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變而鐵素體不發(fā)生變化，最終得到馬氏體與鐵素體的混合組織，為不完全淬火組織。不但硬度低，更嚴(yán)重的是工件在回火后力學(xué)性能變壞。因此必須將鋼加熱Ac3溫度以上。但不能超過Ac3溫度過多，如果超過太多，工件將出現(xiàn)顯著的過熱現(xiàn)象，奧氏體晶粒易粗大，淬火后得到極粗的馬氏體組織，即為過熱組織，使工件的力學(xué)性能降低，特別是沖擊韌性下降，同時(shí)增加了淬火鋼的應(yīng)力。（2）淬火保溫時(shí)間。淬火保溫時(shí)間也是淬火工藝的重要參數(shù)之一。保溫時(shí)間不宜過長(zhǎng)，時(shí)間太久不僅浪費(fèi)能源，還會(huì)引起奧氏體晶粒的粗化，淬火后硬度降低，同時(shí)脆性增加，并且容易引起工件表面氧化脫碳。加熱時(shí)間太短，組織轉(zhuǎn)變還未充分進(jìn)行，淬火后達(dá)不到所要求的性能。所以經(jīng)過綜合考慮，本實(shí)驗(yàn)的熱處理保溫時(shí)間為0.5h。

3.3? 回火目的

所謂回火它是將經(jīng)過淬火的工件重新加熱到低于下臨界溫度的適當(dāng)溫度，保溫一段時(shí)間后在空氣或水、油等介質(zhì)中冷卻的金屬熱處理工藝。或?qū)⒋慊鸷蟮暮辖鸸ぜ訜岬竭m當(dāng)溫度，保溫若干時(shí)間，然后緩慢或快速冷卻。這樣做的主要目的是滿足加工工件所要求的機(jī)械性能，獲得穩(wěn)定工件尺寸，降低脆性，消除或減少內(nèi)應(yīng)力。但是要注意，回火溫度越高，滲碳體質(zhì)點(diǎn)越大，彌散度越小，則鋼的硬度和強(qiáng)度越低，塑性、韌性較高。這時(shí)候的組織主要是回火索氏體。

3.4? 冷卻介質(zhì)的確定

淬火介質(zhì)是使鋼從奧氏體組織變?yōu)轳R氏體組織的冷卻介質(zhì)。冷卻速度越快表明冷卻介質(zhì)越好，當(dāng)冷卻速度大于鋼的臨界冷卻速度時(shí)，工件容易淬硬，并且淬硬層深度隨著冷卻速度的加快而加深。冷卻速度不宜過大，太大會(huì)使工件產(chǎn)生變形或開裂。試樣在650℃為了降低淬火熱應(yīng)力，冷卻速度應(yīng)較緩慢;當(dāng)在650～400℃之間時(shí)，為了避免發(fā)生珠光體或貝氏體轉(zhuǎn)變，應(yīng)使試樣快速通過此區(qū)域，所以應(yīng)加快冷卻速度;在Ms點(diǎn)附近400℃以下時(shí)，應(yīng)緩慢冷卻，因?yàn)榇藭r(shí)已經(jīng)開始發(fā)生馬氏體相變，如果冷卻速度太快會(huì)產(chǎn)生馬氏體組織應(yīng)力。因此，在保證馬氏體組織并且減少淬火應(yīng)力引起的變形和開裂的前提下，選擇冷卻介質(zhì)。常用淬火介質(zhì)有靜止自來水、10%、15%NaCl濃度的水溶液、5%Na2CO3濃度的水溶液、機(jī)油、錠子油等。

4.??? 金屬材料熱處理工藝缺陷及控制

在實(shí)際的金屬（鋼鐵）材料熱處理工藝時(shí)，難免會(huì)出現(xiàn)這樣那樣的失誤，導(dǎo)致加工工件質(zhì)量不過關(guān)。比較常見的現(xiàn)象是過熱現(xiàn)象，斷口遺傳現(xiàn)象，脫碳和氧化現(xiàn)象等。出現(xiàn)產(chǎn)生斷口遺傳的理論爭(zhēng)議較多，曾因加熱溫度過高導(dǎo)致，而冷卻時(shí)這些夾雜物又會(huì)沿晶接口析出，受沖擊時(shí)易沿粗大奧氏體晶界斷裂。這要求我們必須采取一定措施預(yù)防。如若在金屬（鋼鐵）材料熱處理時(shí)，出現(xiàn)了氫、二氧化碳及水蒸氣等發(fā)生反應(yīng)時(shí)，出現(xiàn)了氧化等現(xiàn)象，我們要及時(shí)采取把工件表面涂料，用不銹鋼箔包裝密封加熱、采用鹽浴爐加熱、采用保護(hù)氣氛加熱（如凈化后的惰性氣體、控制爐內(nèi)碳勢(shì)）、火焰燃燒爐。出現(xiàn)氫脆現(xiàn)象時(shí)候，我們可以通過除氫處理（如回火、時(shí)效等）也能消除氫脆，采用真空、低氫氣氛或惰性氣氛加熱可避免氫脆。

5.??? 結(jié)束語

由于科學(xué)技術(shù)在不斷的更新，金屬材料熱處理工藝和技術(shù)也在逐漸的進(jìn)步。在注重技術(shù)進(jìn)步、提高產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，還要保護(hù)好環(huán)境，節(jié)能降耗，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。金屬材料熱處理工藝和技術(shù)不但要更加高效、精準(zhǔn)，而且要降低成本，減少有毒氣體和廢渣的排放。許多熱處理技術(shù)存在缺陷，只能針對(duì)某一種工件進(jìn)行熱處理，所以，在以后的發(fā)展中，要實(shí)現(xiàn)技術(shù)的全面性，使熱處理技術(shù)更加普及。

參考文獻(xiàn)：

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