探討金屬材料與熱處理工藝的關系

滕思炎

本鋼板材股份有限公司冷軋廠酸洗作業區 遼寧本溪 117000

1 金屬材料與熱處理工藝概述

1.1 金屬材料結構

工業生產中使用比較多的金屬包括鐵、鉛、鉻、錳、銅、鋁等，但是基本使用的都是合金金屬，其與金屬結構相比有兩個特征，其一是原子空間排列方式，其二是金屬原子結合方式。金屬性能與原子空間排列匹配情況聯系密切，原子排列不同，性能也就不同。而金屬材料的熱處理就是在一定介質中加入金屬工件，其在加熱到一定溫度并保持一段時間后，在不同介質中以不同的速度冷卻，金屬材料表面甚至內部結構就會發生改變，進而形成另一種金屬[1]。因此，對金屬合金來講，可以利用熱處理工藝改變其原子排列，進而對其組織結構作出改變，對其機械性能進行控制，進而滿足工程技術要求。熱處理條件不同，材料性能所改變的效果也不同。

1.2 熱處理工藝類型

（1）真空熱處理技術。該處理技術包括退火、淬火以及化學熱處理等內容，其能夠使工件減少變形，避免氧化，凈化表面以及實現脫氣，增加工件使用期限，實現自動控制。該基礎主要應用在高速鋼、不銹鋼等合金的淬火上。

（2）可控氣氛熱處理技術。該處理技術是通過控制爐氣成分實現熱處理，其中爐氣包括還原、滲碳和中性這幾種。氣氛保護目的在于避免工件表面出現化學反應。該處理是在加熱時避免材料出現氧化脫硫反應，提高材料質量和數量及工件精度。

（3）氣象沉積技術。該處理技術分為物理和化學兩種處理，其通過對化合物氣體分解或化學反應，實現工件沉積脫模。而物理處理就是利用真空濺射等方式實現真空鍍膜，其應用比較廣泛[2]。

（4）形變熱處理技術。該處理技術是強化金屬與合金的方法，其將塑性變形與熱處理兩個技術相機和，實現了材料性能復合熱處理。高溫形變將材料加熱到一定范圍實現塑性變形，之后完成回火與淬火工作，為強化變形效果需要避免奧氏體結晶軟化，這就需要迅速冷卻形變體。

2 金屬材料與熱處理工藝關系分析

2.1 金屬材料與熱處理溫度關系

（1）材料斷裂韌性。材料不同尺寸不同，斷裂力學的起點就是不同的裂紋數量。金屬晶體位錯降低，材料位錯密度也就下降，強度有所提升，其斷裂性也隨之上升。金屬晶體位錯要想減少就需要強化細晶，其原理就是避免位錯滑移，使得晶體比例上升，增加了材料韌度，經過熱處理可以細化金屬結構[3]。

（2）材料切變模量。切邊模量作為材料的力學性能指標，模量大，則材料剛性就越大，經過熱處理后，材料物理性質會產生改變，材料性能和切邊模量也會出現變化，導致設計計算和實際計算的彈簧伸長量也會出現誤差。通過分析熱處理與切邊模量之間的關系，可以得到，彈簧鋼設計計算時，需要應用彈簧模量以及材料切邊模量。但是，其取值是根據傳統設計得到的，其會導致計算出現誤差。而由于熱處理后，成品彈簧和熱繞成型彈簧本身的原子結合會決定彈性模量大小，而影響原子結合力的包括合金組織、結構、形變、溫度等，熱處理后，會導致材料溫度出現變化，也就意味著彈性模量變化。本人認為，在計算線性要求高的彈簧需要根據現有條件，在規定的范圍內進行切邊模量選取就可以。

2.2 金屬材料抗應力腐蝕開裂與熱處理應力

金屬材料拉伸應力在腐蝕狀態下會出現開裂現象，這就是腐蝕開裂，其是由于殘余拉應力導致的，而殘余應力發生在金屬焊接中。金屬加熱和冷卻處理過程中，材料內部結構性能發生變化，隨之金屬熱應力也會發生變化。通過對殘余應力和裂紋形成關系的分析可以得知，提高淬火冷卻速度，材料縱裂能夠得到抑制。此外，材料冷卻后期，為了使截面溫差與其中心金屬部位收縮速度降低，需要降低應力值，以達到淬裂目的。

3 結語

金屬材料與熱處理對于機械零件的制造十分重要，實際生產時需要把握好兩者關系，了解其中的構成關系，以提高機械零件的整體制作水平，提高金屬材料的精準度。