金屬材料熱處理工藝分析與控制

楊宗強

（重慶海德世拉索系統（集團）有限公司，重慶 401120）

一、熱處理技術的概述

金屬材料的傳統熱處理技術在我國早期被應用，包括多個環節。首先是正火階段，要將需要加工的金屬材料加熱到其臨界點，此時的金屬材料極易鍛造加工。在完成正火工作后，要進行退火處理，退火的過程是需要將加熱后的材料在空氣中靜置一段時間，在靜置的過程中要保證金屬材料的加熱溫度不能夠過低，否則影響后續的加工處理。最后，要進行固熱熔處理，將加熱后的金屬材料能夠快速冷卻，在金屬材料達到冷卻效果之后，要對金屬進行強度的處理，在熱處理的過程中，由于步驟的繁瑣，所以熱處理技術對于技術的要求相對較高。熱處理技術是當前機械制造中的重要環節，熱處理能夠在不改變技術化學性質的情況下，通過溫度的改變，改變金屬材料的物理性質，從物理性質出發，達到改變材料性能的目的，主要過程包括加熱、保溫與冷卻環節，以上三個環節需要在加工處理中環環相扣，各個環節的不同流程起到改變金屬材料結構的目的。

二、金屬材料熱處理變形的影響因素

在金屬材料的熱處理過程中，影響金屬材料變形的主要因素有：

（一）溫度的影響，金屬材料具有其自身的臨界加熱溫度點，并且在金屬材料進行熱處理之后，隨著熱處理溫度的降低，耐高溫性逐漸降低。在某個臨界溫度點，金屬材料的熱應力及結構的張力不斷變化導致金屬材料的性能受到嚴重影響，溫度是熱處理過程中金屬材料變形的重要因素。

（二）冷卻介質的影響，金屬材料的大多數熱處理過程中重要的一環就是淬火介質的使用，但攪拌方法和高速冷卻介質的速率等因素也會影響材料的變形，最終由于材料組織的改變導致金屬材料本身的變化。在進行大量有關實驗后，可以得到冷卻劑對金屬材料的穩定性會產生重要的作用。

（三）預處理的影響，在對金屬材料進行熱處理之前，為了徹底消除應力，一般都需要進行預處理。通常情況下，預處理采用的都是正火處理方式，受場地的限制，正火工藝的冷卻過程多為堆疊冷卻，由此容易導致加熱爐內的金屬材料冷卻不均勻，進而造成組織不均，當對金屬材料進行熱處理時，變形則會不一致。除此之外，正火硬度過高、混晶、大量索氏體或魏氏組織等都會進一步增大熱處理變形的可能性。

三、熱處理技術應用方式

（一）提前對材料進行預處理

對材料進行預處理的是為了金屬材料能夠在經過熱處理之后，降低材料的變形幾率，熱加工的預處理環節，即為在金屬材料進行正火之前，進行一定的物理處理，在經過這樣的預處理之后，金屬材料的本身結構會提前發生改變，這樣的改變會使得金屬材料遭進行熱處理之后，自身的結構保持一種穩定的狀態，不會因為正火的處理而導致材料內部的結構不完整，這樣一來，金屬材料的變形現象也會降低，除此之外，如果材料出現了變形，要及時采取措施，例如進行退火處理，這樣可以有效控制材料變形問題。

（二）淬火工藝

熱處理技術應用于金屬材料的工藝過程中，淬火是其中重要且關鍵的一個環節。熟練操作淬火工藝對金屬材料熱處理技術的應用是非常重要的。傳統的淬火工藝已經不能滿足人們對于生產技術的要求，隨著社會的發展被逐步淘汰。淬火工藝中使用的淬火介質主要有油和水等，針對不同金屬材料選用合適的淬火介質來控制金屬材料熱處理變形狀況。如今，淬火工藝的改進與革新成為企業急需解決的問題，企業應該引起高度的關注并在合適的熱處理技術上合理調控溫度，從而避免淬火工程中出現的麻煩提高淬火效率。在大多數情況下，淬火介質為水時的水溫為55℃-65℃，淬火介質為油時的油溫為60℃-80℃，將淬火速率調控在正常范圍內，有效避免金屬材料熱處理變形。

（三）冷卻方法進行合理選擇

目前技術條件支持下，金屬材料熱處理加工中常見的冷卻方法有：

1.單液淬火法。本方法具有自動、機械的優勢，但難以達到最理想的淬火冷卻速度要求，操作過程中選擇水介質可能導致變形、開裂問題，選擇油介質則可能導致材料硬度分布不均勻或不充足的問題。

2.雙液淬火法。本方法首先選擇冷卻速度高的液體介質，將加熱后金屬材料冷卻至300℃范圍內，然后用冷卻速度更緩慢的液體介質將其冷卻至正常室溫。以碳鋼金屬材料為例，在水中冷卻達到300℃以內然后轉油冷卻至失穩狀態，合金鋼材料冷卻順序則正好相反。

3.分級淬火法。本方法是指金屬材料經加熱后先置于硝鹽浴或堿浴中，其溫度略高于馬氏體轉化反應起始溫度，保溫5 分鐘左右且材料內外部溫度均衡后在空氣中冷卻至室溫狀態，但受到冷卻水平的影響，分級淬火法通常僅用于刀具、模具等尺寸小、精度要求高的金屬材料熱處理工藝中。

綜上所述，隨著科技水平不斷提高，金屬材料熱處理工藝技術也得到了相應的發展，讓金屬材料在經濟熱處理工藝技術處理之后，其柔韌度及防腐、防蝕性能都得到了明顯的增加，因此相關科研人員要加強對金屬材料熱處理工藝技術，讓金屬材料在使用熱處理工藝技術時，不僅能確保金屬材料質量，提高金屬材料的使用率，而且還要降低金屬材料生產過程中對環境的污染率，促使金屬材料得到更加廣泛的應用和發展，進而更好的帶動社會經濟發展。