金屬材料熱處理工藝與技術(shù)分析

李林濤

（內(nèi)蒙古科技大學(xué)，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

隨著社會的發(fā)展，我國的工業(yè)生產(chǎn)在國民經(jīng)濟中所占的比例越來越大，這也帶動了有色金屬行業(yè)的迅猛發(fā)展。近年來，我國對有色金屬的開發(fā)和利用越來越多，其熱處理加工技術(shù)也逐漸走向成熟。在工業(yè)生產(chǎn)中，金屬材料的物理性能受熱處理加工工藝的影響較大，因熱處理技術(shù)低下造成的金屬材料耐久性、硬度、疲勞性能不達標 , 會導(dǎo)致金屬材料報廢，增加企業(yè)的生產(chǎn)成本。而不合格的產(chǎn)品應(yīng)用在實際生產(chǎn)中 , 還將可能造成嚴重的安全事故 , 導(dǎo)致巨大的人身財產(chǎn)損失。這就要求相關(guān)企業(yè)對熱處理工藝進行嚴格的控制 ,以提高金屬材料的各項性能[1]。

提高金屬材料的熱處理技術(shù)水平，不但可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，而且能使熱處理工藝更加綠色環(huán)保，滿足工業(yè)生產(chǎn)節(jié)能減排的要求。所以，相關(guān)研究人員應(yīng)重視金屬材料熱處理工藝的研發(fā)與創(chuàng)新，加強對熱處理工藝各環(huán)節(jié)的管控，以提高金屬材料的熱處理技術(shù)水平[2]。

1 金屬材料的主要性能

金屬材料在實際應(yīng)用中表現(xiàn)出塑性好、強度高、韌性強、耐腐蝕等特點，其主要物理性能為以下幾點。

1.1 金屬材料的硬度性能

金屬材料的硬度主要是在應(yīng)用中金屬表現(xiàn)出來的抗擊能力。硬度是金屬材料物理性能衡量的重要指標，也是金屬自身的顯著物理特性之一。金屬材料的硬度越高 , 其在實際應(yīng)用中展現(xiàn)出較好的抗擊性能，應(yīng)用范圍也更為廣泛。

1.2 金屬材料的耐久性

金屬材料的耐久性是金屬材料在使用過程中經(jīng)受環(huán)境的作用，還能繼續(xù)保持其使用性能的能力。耐久性與金屬材料受腐蝕程度是密切聯(lián)系的，金屬材料在實際應(yīng)用中，受環(huán)境因素影響，必然會受到某種程度上的腐蝕，其種類包括應(yīng)力、腐蝕、縫隙腐蝕等，金屬材料的耐久性越強，則自身受腐蝕的程度就越低，就能具備較長的使用壽命。

1.3 金屬材料的疲勞性

金屬材料出現(xiàn)疲勞是指金屬材料在工作環(huán)境中，長期承受交變載荷作用，未發(fā)生顯著塑性變形的情況下突然嚴重損壞或斷裂的現(xiàn)象，其特征是金屬材料所受應(yīng)力并未達到材料規(guī)定的臨界點。然而，連續(xù)性的周期性外力，造成金屬材料斷裂或者損壞。

疲勞性也是金屬性能的重要衡量指標之一。在實際應(yīng)用中，金屬材料極易出現(xiàn)疲勞失效的現(xiàn)象 , 如機械設(shè)備中的軸、軸承、連桿類等零件都會出現(xiàn)疲勞失效的現(xiàn)象。因此對各類長期在應(yīng)力下工作的工件都要求具備較高的疲勞強度 ,這樣可以提高工件的使用周期。

2 熱處理工藝對金屬材料性能的影響

對金屬材料進行熱處理處理加工，可以有效提高金屬的物理性能，保證金屬工件在應(yīng)用中獲得最佳的機械效果。

2.1 熱處理工藝對金屬材料耐久性的影響

在金屬材料進行熱處理時，金屬材料持續(xù)處在熱處理盈利的作用下，其自身的腐蝕狀況會發(fā)生較大的改變。因此可從熱處理的應(yīng)力入手對金屬的耐久性進行改善。在對金屬材料進行熱處理的過程中，技術(shù)人員需要按照金屬材料自身耐久性情況，對熱處理應(yīng)力的大小進行確定，避免剩余應(yīng)力對金屬材料的耐久性帶來的不良影響，從而提高金屬材料的質(zhì)量和耐久性。

2.2 熱處理溫度對金屬材料疲勞性的影響

金屬材料通過科學(xué)、合理的熱處理工藝技術(shù)處理與整體加工后，其成品的物理性能及質(zhì)量都會得到顯著提升。在熱處理工藝中，熱處理溫度對金屬材料的疲勞性影響較大，比如金屬材料在加工完畢后，如果冷卻速度過快，短時間內(nèi)金屬材料因溫度劇變而受到較大的應(yīng)力作用，極易出現(xiàn)金屬斷裂等現(xiàn)象。所以對金屬材料進行熱處理時，工作人員對熱處理工藝的溫度應(yīng)嚴格把控，在合理范圍內(nèi)對溫度進行調(diào)節(jié)，從而找到最適宜的熱處理溫度，以此提高金屬材料的疲勞性。

2.3 熱處理預(yù)熱對材料切割造成的影響

對金屬材料進行整體加工時，會對金屬材料進行一系列的切割操作。所以必須根據(jù)金屬特點選擇適宜的切割工具，除此之外，在切割的進行過程中，工作環(huán)境也會對金屬的變形情況、光澤度造成影響。基于此，為了提高的金屬材料的切割質(zhì)量，可以采用預(yù)熱處理的方式為切割提供技術(shù)保障。對金屬材料進行預(yù)熱加工處理，可避免在切割時刀具、材料之間粘連現(xiàn)象的發(fā)生，從而使得切割效率和切割精準度得到有效保障，金屬成品的質(zhì)量和規(guī)格都符合要求[3,4]。

3 金屬材料熱處理新工藝與技術(shù)

近年來，隨著科技水平的提升，一些熱處理的新工藝，新方法也不斷出現(xiàn)，技術(shù)的改進使得金屬材料的物理性能、成品質(zhì)量都得到了極大提高。

3.1 熱處理 CAD 技術(shù)

熱處理 CAD 技術(shù)是一種運用計算機輔助進行熱處理工藝的模擬系統(tǒng)，其優(yōu)勢在于將實際的熱處理工藝過程進行實驗室模擬，可以縮短實驗時間、減少實際工作中的失誤、提高實驗效率。比如采用熱處理 CAD 技術(shù)，可以實現(xiàn)等溫退火、完全退火等現(xiàn)實工作不可能達到的操作，可以對熱處理過程中金屬材料的變形進行預(yù)防。在具體模擬時，科研人員先運用 CAD 技術(shù)對整個熱加工過程進行還原，并結(jié)合金屬材料的物理、化學(xué)特性、熱加工的具體要求，對熱加工工序進行模擬，對步驟中存在的缺陷進行完善。熱處理 CAD 技術(shù)屬于電腦、信息技術(shù)在加工領(lǐng)域中的應(yīng)用，帶來了熱處理技生產(chǎn)水平的全面提高。

3.2 激光熱處理技術(shù)

激光熱處理技術(shù)是將工件用高能量激光束進行熱處理，金屬表面在高能激光作用下，溫度快速提升達到相變點。激光熱處理技術(shù)的優(yōu)點在于激光束密度、功率較高，金屬材料表面經(jīng)照射后，其處理層擁有更好的結(jié)合強度，金屬成品可同時具有高強度、高硬度和高耐磨性的效果。現(xiàn)階段，激光熱處理的對象一般是鑄造型板沖壓模具，且生產(chǎn)成本較高，只應(yīng)用于冶金、汽車、石油化工等領(lǐng)域。

3.3 化學(xué)薄層滲透熱處理技術(shù)

化學(xué)薄層滲透技術(shù)是以化學(xué)反應(yīng)的方式對金屬材料進行熱處理，對金屬進行薄層滲透后，其堅韌性能得到大幅度提高。化學(xué)薄層滲透熱處理技術(shù)改變了傳統(tǒng)的燃料加熱的熱處理過程，具備減少耗能時間、減少能耗、節(jié)能減排的效果，現(xiàn)階段該模式已經(jīng)在實際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。

3.4 真空熱處理技術(shù)熱處理技術(shù)

傳統(tǒng)的熱處理依靠燃料燃燒，氧氣是必備的工作條件，但金屬的活性較高，有氧作業(yè)下，金屬材料表層往往發(fā)生氧化，其材料性能大打折扣。近年來科學(xué)技術(shù)水平不斷進步，可以實現(xiàn)對金屬材料的真空熱處理。其優(yōu)點是 ：真空作業(yè)使得避免了金屬表層氧化現(xiàn)象的出現(xiàn)，真空環(huán)境下能夠?qū)Φ蛪簼B碳材料表面實施有效處理，并直接進行高壓氣淬施工，有效的提高了材料熱處理效率，有效提高材料熱處理效率，縮短了熱處理的工藝流程。

3.5 振動時效處理技術(shù)

振動時效處理技術(shù)是在對金屬熱加工過程中必須的技術(shù)，因為在熱處理時，金屬材料在機械設(shè)備的作用下，受到較大的振動，產(chǎn)生相應(yīng)的振動力，金屬材料會發(fā)生位移、錯位等，最終導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量達不到預(yù)期要求。使用振動時效處理技術(shù)對振動進行干預(yù)，可以將材料振動的影響降到最低，加工的精確性得到較大提高，金屬成品更加完整。

4 結(jié)論

隨著我國工業(yè)的不斷發(fā)展，金屬材料熱處理工藝在實際生產(chǎn)中發(fā)揮著越來越重要的作用。但是我國的熱處理新興技術(shù)起步較晚，與國外發(fā)達國家相比，其工藝水平、應(yīng)用時間都處于落后階段，相關(guān)工作人員只有對熱處理技術(shù)進行進一步研發(fā)與創(chuàng)新，對傳統(tǒng)的加工流程進行進行調(diào)整完善，才可以不斷的提升我國金屬材料的加工水平，為我國的工業(yè)發(fā)展提供更大的幫助。