金屬材料熱處理工藝與技術(shù)分析

劉 威

（新余鋼鐵集團(tuán)有限公司，江西 新余 338001）

在工業(yè)生產(chǎn)中為了最大限度的發(fā)揮金屬材料的使用價(jià)值，需要通過各種手段不斷提高材料的機(jī)械性能。金屬材料的熱處理規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中，采用科學(xué)合理的工藝和技術(shù)能夠不斷挖掘、提高金屬材料的應(yīng)用價(jià)值；相反，不合理的熱處理方法不僅不能提高材料的性能，反而會造成金屬材料本身性能的破壞和喪失。因此，工作人員在根據(jù)金屬材料成分、組織架構(gòu)來確定熱處理工藝技術(shù)要求時(shí)，應(yīng)該充分考慮到金屬材料與熱處理工藝的各種關(guān)系，制定科學(xué)合理的工藝流程。只有這樣才能讓各種各樣的金屬材料在先進(jìn)工業(yè)技術(shù)的應(yīng)用過程中實(shí)現(xiàn)價(jià)值最大化[1]。

1 金屬材料概念與性能

金屬材料是指有一定的光澤和延展性，容易導(dǎo)電和傳熱的材料，它們具有疲勞性、可塑性、耐久性和一定的硬度與韌性。一般分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。黑色金屬就是平常所說的鋼鐵材料；有色金屬是指鐵、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等；而特種金屬材料包括不同用途的結(jié)構(gòu)金屬材料和功能金屬材料，比如，非晶態(tài)金屬材料、納米晶金屬材料以及金屬復(fù)合材料。

金屬材料的應(yīng)用也是人類社會進(jìn)步的重要標(biāo)志?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，金屬材料的使用與加工處理要充分考慮到材料的力學(xué)性能（就是我們俗稱的機(jī)械性能，包括強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、疲勞極限和抗沖擊能力等）、化學(xué)性能（抗腐蝕性、抗氧化性）、物理性能（密度、熔點(diǎn)、熱膨脹性、磁性、電學(xué)性能）與工藝性能（切割加工性能、可鍛性，可鑄造性、可焊性），為不同性能的金屬材料制定科學(xué)合理的處理工藝，促進(jìn)金屬材料使用范圍的擴(kuò)大和使用年限的延長。

2 金屬材料熱處理概念與分類

工業(yè)生產(chǎn)中的金屬材料熱處理是指把金屬或合金材料在特定容器中加熱到規(guī)定溫度并持續(xù)一定的時(shí)間，然后用不同的速度在各種預(yù)定介質(zhì)中降溫冷卻，從而達(dá)到改變金屬材料表面或內(nèi)部基本組織結(jié)構(gòu)和塑造與穩(wěn)定金屬材料性能目的一種工藝技術(shù)。簡單的說，就是固體材料通過加熱、保溫、冷卻獲得預(yù)期組織結(jié)構(gòu)與性能的金屬加熱工藝[2]。

金屬熱處理工藝總體上分為整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理三種。不同的熱處理工藝能夠促使同一種金屬內(nèi)部與表面基本結(jié)構(gòu)的不同重組構(gòu)建，從而達(dá)到不同的使用性能要求。

3 金屬材料熱處理的過程

根據(jù)金屬材料熱處理過程中溫度的變化，熱處理過程一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)階段。有時(shí)可能只有加熱和冷卻兩個(gè)過程，但這些過程都是互相銜接，不能間斷的。

加熱是熱處理工藝中的基本要素和前提。以前熱處理在加熱的時(shí)候多采用木炭或者煤炭來升高溫度，隨著時(shí)代的進(jìn)步和新能源的開發(fā)，液體及氣體燃料也廣泛應(yīng)用到了熱處理過程中?，F(xiàn)在電力技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用給金屬材料熱處理帶來了前所未有的便利之處，用電力技術(shù)進(jìn)行加熱便于工作人員操作控制加熱的溫度與時(shí)間，這對于保障熱處理質(zhì)量具有劃時(shí)代的意義。然而，在熱處理過程中金屬材料與工件暴露在空氣中往往會發(fā)生氧化、脫碳現(xiàn)象，這對控制加熱環(huán)境提出新的要求的同時(shí)，也可以用涂料和包裝方法進(jìn)行保護(hù)加熱[3]。

保溫就是在熱處理過程中要按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，在溫度得到有效保障與可控制的前提下，讓加熱后的金屬材料繼續(xù)維持特定的溫度，最終促使金屬材料內(nèi)外部結(jié)構(gòu)完整的完成預(yù)期變化，使金屬材料的使用性能得以穩(wěn)定和提高。

冷卻工藝也是熱處理過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對不同的工藝和金屬材料需要采取不同的冷卻方法和冷卻時(shí)間。主要體現(xiàn)在對冷卻速度的控制上，一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。

4 工業(yè)生產(chǎn)中常用熱處理工藝和技術(shù)

4.1 激光熱處理技術(shù)

激光熱處理技術(shù)是指通過激光照射較為堅(jiān)硬的金屬材料表面，實(shí)現(xiàn)對金屬材料的硬化處理。由于激光具有穿透性強(qiáng)、密度高、功率大的特點(diǎn)，在改善金屬材料表面性質(zhì)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。激光熱處理技術(shù)與計(jì)算機(jī)的結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化熱處理和有效提高整體的工作效率。激光熱處理技術(shù)在提升金屬材料硬度、強(qiáng)度與使用性能的同時(shí)，能夠解決傳統(tǒng)工藝處理過程中的特殊部位的包凹凸、深溝等在內(nèi)的特殊問題。

4.2 化學(xué)熱處理薄層滲透技術(shù)

這是現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛的熱處理技術(shù)，薄層滲透技術(shù)是基于傳統(tǒng)熱處理技術(shù)存在的問題而產(chǎn)生的。在金屬材料表面涂抹薄薄的一層化學(xué)物質(zhì)，不需要深入滲透到材料內(nèi)部就能夠改變金屬材料的表面性質(zhì)。這一技術(shù)在保障金屬材料自身性能的同時(shí)，有效地減少了對環(huán)境的污染和成本投入，對于熱處理技術(shù)的發(fā)展具有研究價(jià)值。

4.3 振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)

振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)是在計(jì)算機(jī)的配合與控制下運(yùn)用振動(dòng)原理通過計(jì)算好的振動(dòng)來達(dá)到穩(wěn)定金屬材料性能的目的。這一技術(shù)的廣泛應(yīng)用能夠防止熱處理過程中出現(xiàn)斷裂、變形、開裂現(xiàn)象，同時(shí)也縮短加工時(shí)間，降低成本與能源消耗，有效保障熱處理質(zhì)量與效率。

4.4 真空熱處理技術(shù)

使用真空熱處理技術(shù)讓金屬材料在無氧環(huán)境中通過惰性氣體的對流傳熱，保證熱處理過程中金屬材料的加工更為均勻、科學(xué)，具有明顯的節(jié)能環(huán)保效果。然而，由于真空處理技術(shù)在我國興起時(shí)間較短，目前還處于發(fā)展階段，該種技術(shù)的應(yīng)用對條件與技術(shù)要求比較嚴(yán)格，不能達(dá)到真正意義上的真空狀態(tài)。

5 結(jié)束語

科技的進(jìn)步能夠帶動(dòng)我國金屬材料熱處理工藝和技術(shù)的飛速發(fā)展。在環(huán)保與可持續(xù)發(fā)展的趨勢下，熱處理技術(shù)必須向節(jié)能、綠色、環(huán)保的方向前進(jìn)，這需要工業(yè)生產(chǎn)主體與相關(guān)部門在對熱處理技術(shù)與金屬材料性能之間關(guān)系進(jìn)行認(rèn)真研究和設(shè)計(jì)合理熱處理工藝流程的同時(shí)，加大對熱處理材料設(shè)備的改善，在保障材料循環(huán)利用的基礎(chǔ)上達(dá)到節(jié)能減排的目的，真正意義上提高國內(nèi)熱處理技術(shù)水平。