基于金屬材料的熱處理對機械設計的影響

張明坤

亞太森博（山東）漿紙有限公司 山東日照 276800

1 概述

金屬材料的熱處理工藝和技術與產品的質量有關，必須改進熱處理技術，使熱處理工藝更加節能。目前，我國目前的熱處理設備和工藝更換非常緩慢，難免會出現這樣的錯誤，導致工件加工出現斷裂現象，脫碳和氧化。同時，即使在同一生產車間加工的工件由于滲碳過程不充分而導致使用壽命縮短，金屬材料的熱處理過程也是落后的。通常，目前的熱處理技術存在自動化程度低和專業化的問題。在新開發的工藝和技術中，液體和氣體燃料的應用，可以間接加熱漂浮顆粒，不僅大大降低了企業的能源消耗，而且達到了要求的目的。

2 熱處理的工藝過程

金屬熱處理工藝一般包括加熱，保溫和冷卻三個階段，一些熱處理工藝沒有保溫階段，每個階段相互呼應，不能中斷。早在700多年前，古人就在社會生產中發現金屬材料的性能受溫度和外壓的影響很大，熱處理的發展變得更加復雜和豐富。金屬有許多熱處理方法。早期使用木炭和煤炭作為熱源。在19世紀和20世紀，由于第一次工業革命和石油燃料的發現，人們極大地促進了金屬性質的探索，并且熱源逐漸發展起來。它是一種液體和氣體燃料，但這種加熱方法帶來了不可避免的污染和能源浪費。電力的發展再次為人們提供了一個新的大陸。這種加熱方法易于控制且無污染。金屬可以通過熱源直接加熱，或通過間接加熱（熔化的鹽或金屬，漂浮顆粒）金屬間接加熱。對機械設計的需求也需要熱處理。加熱的溫度，保持的熱量，以及哪種冷卻方法會對金屬的微觀結構產生不同的影響，從而影響金屬材料的機械設計選擇。這是一個多彩的過程，不同的操作過程會帶來不同的結果。由于需要機械，現在運行不同的熱處理方法。冶金熱處理工藝通常不會改變金屬的化學和物理因素，而是通過改變金屬的內部微觀結構或表面的化學成分來間接改變金屬的性能。這種變化對人眼來說是不可見的。

3 熱處理的類別

正火：正火通常是中碳鋼和高碳鋼的中間熱處理工藝。它被用來為最終的熱處理鋪平道路。該工藝的目的是使金屬結構均勻化并細化晶粒以使金屬材料的加工性能更高。優化，這用于標準化操作，并且可以單獨進行正火熱處理，而不是金屬機器的退火和淬火和回火處理。大多數金屬機械和設備必須在粗加工探傷和處理之前進行標準化治療；工具鋼首先經過正火熱處理以進行淬火和回火。正火后的金屬易于切削，加工過程中刀具的磨損最小化，間接延長了刀具的使用壽命。

退火：退火工藝是金屬熱處理過程中最易于加工的金屬性能工具之一，是后熱處理的重要基礎。退火在生產過程中具有廣泛的應用。退火方法因不同目的而不同。退火熱處理的類型通常包括：完全退火，球化退火和消除應力退火。一般目的是降低材料的硬度。提高切削性能，消除殘余應力，減少機器的變形和裂紋產生，細化晶粒，使材料均勻。退火金屬機械設備的性能可以通過拉伸或硬度測試來測試。退火熱處理僅是加工的輔助工藝，相當于化學中的催化劑。

淬火：金屬淬火熱處理的發現是金屬加工歷史上的重大突破。淬火是指將金屬機械工件加熱到合適的溫度一段時間，然后將其通過冷介質（鹽水，水，油等）金屬熱處理過程，當溫度突然降至室溫時，淬火后金屬的硬度和耐磨性大大提高。這就是為什么古代鐵匠在鍛造武器時用來淬火的原因。在今天的淬火中，它主要用于各種用途。加工耐磨器具的部件，齒輪需要通過齒頂淬火，軸承需要通過球淬火，淬火熱處理可以與其他處理方法相結合，以優化物理性能在操作過程中，改善了機械部件的強度和疲勞。延長其使用壽命。淬火過程通常主要用于鋼部件。淬火后，金屬材料的微觀結構從奧氏體轉變為馬氏體。馬氏體結構在金屬結構中非常硬，這是淬火后金屬材料硬度增加的微觀解釋。淬火熱處理也帶來一些危害，因為它會使金屬更快地冷卻并產生內應力。內部應力在機械設計中非常有害，導致機械部件的物理形狀變形甚至導致其開裂，因此在淬火熱處理期間需要采取適當的冷卻方法。

回火：回火是基于淬火后的熱處理方法。它通常與淬火熱處理相結合。回火熱處理工藝通常是指在低于臨界溫度，保溫和冷卻的合適溫度下處理金屬。熱處理可以減少淬火后金屬的危害，減少或消除其內應力，并實現金屬機械部件的機械性能。回火過程可分為多次回火，并逐步優化金屬的力學性能。該結構的金屬可以在回火，回火馬氏體，回火索氏體，回火龜之后獲得。回火后金屬的影響受到回火過程中的時間和溫度的影響。必須說回火是金屬熱處理過程中的最后潤色。

4 金屬材料的熱處理對機械設計的影響

在金屬材料機械部件的設計中，淬火溫度通常保持在約30-50℃。通過改變淬火溫度，加工后的鋼可以具有不同的性能，這樣不僅可以有效地提高強度，而且可以改善和優化材料的柔韌性和可塑性，以最小化淬火過程中的開裂和變形。在加工和生產零件的過程中，往往存在許多缺陷，這些缺陷基本上是由于工藝設計缺乏合理性和現場技術人員操作不當造成的。因此，如果要有效地提高零件加工質量，就需要集中精力控制和集中上述兩個問題，以便通過回火減少或消除零件加工和熱處理過程中產生的內應力。如果設計過程不合理，通常可以通過增加組合結構，加工孔或線切割方法來操作，從而避免由不合理的施工過程引起的不利影響并提供機械部件的加工質量保證。

5 結語

在各種金屬機械設備的加工和生產過程中，熱處理工藝可以實現金屬機械工件所需的機械，物理和化學性能。與其他金屬加工工藝相比，熱處理不會改變工件的形狀和成分。它可以通過改變工件內部的微觀結構來實現。可以通過肉眼區分該過程。不同的熱處理在機械材料的設計和選擇中起著決定性的作用。這兩者之間可以說是密切相關的。