材料及熱處理工藝研究

戰(zhàn)春鳴

摘 要：金屬材料因其具有良好的工藝性能和使用性能而廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)。尤其在機(jī)械行業(yè)中的應(yīng)用，幾乎占有80%的使用量。金屬材料在自然界中資源豐富且品種繁多，一般經(jīng)過(guò)采礦、冶煉、軋制等工藝而得以使用。本文簡(jiǎn)要的對(duì)材料及熱處理工藝研究。

關(guān)鍵詞：材料；熱處理；工藝

引言

在設(shè)計(jì)工作中選擇合適的熱處理工藝也能更加有效的改變金屬材料的機(jī)械性能。如果熱處理?xiàng)l件不合理，將會(huì)給金屬材料機(jī)械性能造成嚴(yán)重的破壞。

一、金屬材料熱處理工藝概述

熱處理是金屬材料通過(guò)一系列手段改變其性質(zhì)及性能的處理過(guò)程，主要包括加熱、保溫及降溫等處理方式。當(dāng)前在生產(chǎn)生活中各個(gè)層面均離不開(kāi)熱處理。通過(guò)熱處理后的金屬材料，其表面的硬度得以增強(qiáng)，同時(shí)，采用熱處理能夠極大提高金屬材料的柔韌性，使金屬材料的抗磨損及抗疲勞能力得以增強(qiáng)，將熱處理后的材料制成金屬零件，延長(zhǎng)了金屬零件的使用時(shí)間，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排的目的。

因此，現(xiàn)階段熱處理的作用被人們廣泛認(rèn)知，與傳統(tǒng)熱處理不同的是，現(xiàn)代熱處理技術(shù)轉(zhuǎn)變了加熱-保溫-降溫的簡(jiǎn)單流程，而是采用更為高級(jí)與先進(jìn)的技術(shù)對(duì)金屬材料進(jìn)行處理，這種熱處理技術(shù)能夠更為大幅度提升金屬材料的硬度，并降低金屬材料脆性，其現(xiàn)實(shí)意義較高。

二、金屬材料與熱處理之間的關(guān)系

其一，熱處理與金屬材料削切關(guān)系。金屬材料在熱處理后，材料的性質(zhì)得以轉(zhuǎn)變，包括材料的硬度、延展度及柔韌度，因此，熱處理能夠改變金屬材料削切性能。另外，部分金屬材料在經(jīng)過(guò)熱處理后，其材料穩(wěn)定性得以改善，在削切過(guò)程中能夠更好的控制削切角度與力度，進(jìn)而提升金屬處理效果。其二，熱處理與金屬材料切邊關(guān)系。金屬材料在經(jīng)過(guò)熱處理后，其切邊將會(huì)受到一定的影響，尤其是在改變金屬材料硬度、狀態(tài)及性能后，其切邊難度有所提升或下降。其三，熱處理與金屬材料柔韌性關(guān)系。不同的金屬數(shù)形具有差異性，其硬度、延展度與柔韌度各不相同。金屬材料在經(jīng)過(guò)熱處理后，其柔韌度得以改變，從而提升金屬材料的使用范圍，并加強(qiáng)金屬材料的穩(wěn)定性，使金屬材料在應(yīng)用中不會(huì)出現(xiàn)氧化問(wèn)題，延長(zhǎng)了金屬材料的使用壽命。

三、金屬材料熱處理工藝技術(shù)

（1）化學(xué)薄層滲透技術(shù)。化學(xué)熱處理的主要方式是將化學(xué)成分薄層滲透到金屬材料之上，從而改善金屬實(shí)際柔韌性和硬度，這種薄層滲透的方式能夠改變金屬表面形態(tài)，從而減低金屬材料在生產(chǎn)加工過(guò)程中出現(xiàn)浪費(fèi)。另外，采用化學(xué)薄層滲透的金屬物質(zhì)在加工過(guò)程中能夠降低生產(chǎn)成本，并避免金屬加工對(duì)環(huán)境造成的影響。同時(shí)，與傳統(tǒng)化學(xué)處理模式相比，薄層滲透僅作用于金屬表面，無(wú)需滲入到金屬的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其處理方法較為簡(jiǎn)單，所產(chǎn)生的效果較好，具有極高的性價(jià)比，能夠提升技術(shù)材料熱處理效率。

（2）激光熱處理技術(shù)。激光熱處理也被稱之為激光淬火，是采用激光束照射金屬表面，當(dāng)金屬表面的溫度快速升高后關(guān)閉激光束，在熱傳導(dǎo)作用下，金屬迅速自然冷卻，在金屬表面形成一層較薄的組織，與常規(guī)淬火模式相比，這一方式所處理后的金屬表面硬度更高，成為當(dāng)前常見(jiàn)的金屬材料熱處理工藝之一。激光作用于金屬材料之上具有穿透性強(qiáng)的特征，因此，使用激光進(jìn)行金屬材料熱處理，其效果較好，激光能夠促進(jìn)金屬表面形成硬度較大的外層，從而提高金屬材料硬度，改善金屬現(xiàn)有結(jié)構(gòu)。同時(shí)，當(dāng)前多采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制激光進(jìn)行熱處理，這種模式下處理方法與處理技術(shù)均采用計(jì)算機(jī)予以控制，能夠進(jìn)行自動(dòng)化的激光熱處理，顯著提升其工作效率，從而進(jìn)行批量化生產(chǎn)。

（3）超硬涂層技術(shù)。超硬涂層并不是一種技術(shù)，而是多種涂層技術(shù)的合稱，其本質(zhì)是采用多種技術(shù)在金屬表面制備涂層，該涂層硬度較高，從而實(shí)現(xiàn)金屬表面硬度的提升。一般用于超硬涂層的物質(zhì)包括氮化金屬、碳化金屬、硼化金屬及氧化金屬等金屬衍生物，也包括金剛石、氮化硼、氮化碳、納米結(jié)構(gòu)及納米晶等等。將上述物質(zhì)涂抹于金屬表面，采用蒸鍍、濺射、沉積、離子鍍等高科技形式完成涂層的制備。超硬涂層技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于方便快捷，對(duì)金屬材質(zhì)內(nèi)部的影響較小，因此，超硬涂層技術(shù)是金屬熱處理中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一，也是當(dāng)前提高金屬表面硬度的主要方式。目前金屬熱處理涂層技術(shù)不斷發(fā)展，采用更為先進(jìn)的方式進(jìn)行金屬材料涂層處理，可以更為簡(jiǎn)單快捷的提升金屬材料表面硬度，具有極高的應(yīng)用效果。

（4）振動(dòng)處理技術(shù)。振動(dòng)處理也稱振動(dòng)時(shí)效處理，是通過(guò)振動(dòng)來(lái)消除金屬內(nèi)應(yīng)力，使常規(guī)金屬參與內(nèi)應(yīng)力逐漸消失，從而實(shí)現(xiàn)材料達(dá)到屈服強(qiáng)度的目標(biāo)，最終導(dǎo)致金屬材料出現(xiàn)微量變形情況。通過(guò)上述方式能夠提升金屬材料的穩(wěn)定性，并逐步降低金屬材料內(nèi)部殘余內(nèi)應(yīng)力。當(dāng)前實(shí)施振動(dòng)處理金屬材料一般通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制，使金屬在振動(dòng)中各項(xiàng)參數(shù)得以有效控制，在極大程度上提升了材料處理效果，降低材料處理時(shí)間，進(jìn)而提升金屬材料振動(dòng)處理效率。因此，這項(xiàng)技術(shù)近年來(lái)發(fā)展速度較快，眾多企業(yè)采用此種形式進(jìn)行金屬熱處理，能夠極大降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)這項(xiàng)處理模式對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的影響極小，達(dá)成了節(jié)能減排的最終目的。

（5）熱處理CAD技術(shù)。（CAD-Computer Aided Design）也就是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，CAD技術(shù)通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行智能化模擬，將金屬材料熱處理的全過(guò)程進(jìn)行建模，從而了解該金屬材料熱處理過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)的各種問(wèn)題，進(jìn)行智能化調(diào)整后，再應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)操作之中。這種方式能夠不斷完善金屬熱處理效果，采用模擬-分析-研究這一結(jié)構(gòu)對(duì)金屬材料熱處理工藝加以完善，實(shí)施預(yù)見(jiàn)性、全面性的金屬熱處理模式。同時(shí)，通過(guò)CAD技術(shù)進(jìn)行金屬材料熱處理，能夠重點(diǎn)加強(qiáng)金屬材料處理前后各項(xiàng)參數(shù)的對(duì)比，進(jìn)而掌握金屬熱處理前后參數(shù)變化情況與處理方式、處理時(shí)間等變量之間的關(guān)系，從而保障熱處理效果，根據(jù)實(shí)際需要制定相應(yīng)的處理模式，有助于提升金屬材料熱處理效果。

四、金屬材料熱處理技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

當(dāng)前科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展下，各種金屬材料熱處理技術(shù)均得以全面提升，尤其是近年來(lái)各種先進(jìn)的金屬材料熱處理技術(shù)層出不窮，極大發(fā)展和拓展了我國(guó)金屬制造行業(yè)發(fā)展。筆者就當(dāng)前金屬熱處理相關(guān)文獻(xiàn)及學(xué)術(shù)成果加以研究，認(rèn)為未來(lái)金屬材料熱處理的技術(shù)發(fā)展應(yīng)以可控氣氛技術(shù)為主，所謂可控氣氛（Controlled Atmosphere）是指采用控制氣體模式加熱金屬，從而使金屬與氣體之間形成化學(xué)反應(yīng)，從而導(dǎo)致金屬表面形成一層保護(hù)層，這層保護(hù)層硬度與柔韌度與所用氣體及金屬材質(zhì)具有密切關(guān)系。一般而言，多采用氫氣、氬氣、氮?dú)庾鳛榭煽貧夥眨菇饘俦砻嫜趸?、脫碳、增碳。能夠有效提升金屬材料的硬度，生產(chǎn)中多使用2種及2種以上的氣體進(jìn)行熱處理，以達(dá)成保護(hù)金屬表面、提升金屬表面硬度的目標(biāo)。在未來(lái)對(duì)金屬熱處理技術(shù)認(rèn)識(shí)更為深入之后，筆者相信可控氣氛熱處理技術(shù)必然隨之顯著發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)操作難度低、生產(chǎn)效率較高，十分適用于生產(chǎn)之中。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)金屬材料的簡(jiǎn)要分析，引導(dǎo)出熱處理技術(shù)，熱處理在機(jī)械行業(yè)中有著非凡的作用。通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的熱處理和新型熱處理的對(duì)比，充分體現(xiàn)出新型熱處理的優(yōu)點(diǎn)（高質(zhì)、高效、節(jié)能、環(huán)保等好處），只有通過(guò)改進(jìn)和發(fā)展新型的設(shè)備技術(shù)和工藝，才能立于不敗之地。

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