不同的熱處理工藝對金屬材料的性能分析

李源

摘要：隨著我國改革開放的不斷進(jìn)行，中國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來越快速，工業(yè)技術(shù)也有了較大的提高，因此在實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域中對金屬材料的各項(xiàng)性能要求也越來越高。為了滿足日益增長的工業(yè)需求，采用熱處理技術(shù)來改變金屬材料的機(jī)械性能就顯得尤為迫切。目前，對于金屬材料有較多的熱處理技術(shù)，應(yīng)用不同的熱處理技術(shù)所得的金屬材料的性能也具有較大差異。本文主要分析了金屬材料的性質(zhì)、熱處理工藝的分類和不同熱處理技術(shù)對金屬材料的影響。

關(guān)鍵詞：金屬材料;熱處理;性能分析

1金屬材料

人類社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步離不開材料的使用，其中石器時(shí)代、青銅時(shí)代和鐵器時(shí)代均以金屬材料的使用為其顯著標(biāo)志^[1]。金屬材料一般指的是自然界中銅、鐵、鋁等以金屬元素構(gòu)成的材料。金屬材料具有以下的優(yōu)點(diǎn)^[2-3]：（1）金屬材料具有較高的強(qiáng)度，金屬材料在收到外界一定程度的撞擊時(shí)，不會(huì)輕易的改變原有的形狀，不會(huì)發(fā)生形變;（2）金屬材料的易斷性，金屬材料在較長的時(shí)間內(nèi)循環(huán)收到一定的外力，超出了材料本身的臨界點(diǎn)，材料會(huì)發(fā)生斷裂;（3）金屬材料的可鍛造性，金屬材料在高溫、高壓和高外力作用下，金屬材料的長度和高度都會(huì)發(fā)生改變，但是其硬度和導(dǎo)熱性能不會(huì)發(fā)生影響，具有較好的可加工性能。金屬材料具有較好的性能，因此，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造、航天航空、汽車和建筑材料等領(lǐng)域^[4-6]。

由于傳統(tǒng)的金屬材料存在疲勞斷裂、可塑性較差、耐腐蝕和硬度較強(qiáng)等現(xiàn)象，影響了金屬材料在實(shí)際領(lǐng)域中的應(yīng)用，因此，需要對金屬材料進(jìn)行加工處理。熱處理技術(shù)指的是金屬材料采用加熱、保溫和冷卻等方法，將固態(tài)的金屬材料進(jìn)行加工，得到具有優(yōu)異性能的金屬材料，改善了金屬材料的物理和化學(xué)性質(zhì)，是金屬加工過程中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。但是，熱處理工藝是金屬材料在加工過程中十分復(fù)雜的一個(gè)過程，在這個(gè)過程中容易受到外界環(huán)境因素的影響，從而影響到金屬的物理性能和化學(xué)性能，因此，為了滿足工業(yè)條件的要求，需要對熱處理工藝做一個(gè)較好的防控，才能得到性能優(yōu)異的金屬材料。

2熱處理工藝

2.1熱處理工藝簡介

熱處理工藝指的是將金屬材料采用加熱、保溫和冷卻等^[7]方法，它改變了金屬材料內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)、增加可塑性和提高了金屬材料在實(shí)際領(lǐng)域的應(yīng)用的范圍。采用熱處理的方式，改變了分子間的結(jié)合力，增加了金屬材料的物理性質(zhì)，但是并沒有改變金屬材料的原有形狀。相對于原始的金屬材料具有韌性好、可塑性高、耐磨性較好、增加了材料的使用壽命和具有較好的表面光滑度，適用于各種精密儀器的制作，節(jié)省了企業(yè)的生產(chǎn)成本。熱處理最大的特點(diǎn)是維持了金屬材料的原有形狀和化學(xué)性質(zhì)，即熱處理工藝并不會(huì)對金屬材料的原有性質(zhì)產(chǎn)生影響。

2.2熱處理工藝的分類

金屬材料熱處理工藝按照處理方式不同分為整體熱處理法、表面熱處理法、化學(xué)熱處理法和真空熱處理工藝法^[8]。并且根據(jù)加熱介質(zhì)的不同和冷卻方式的不同，金屬材料的熱處理又可以細(xì)分為很多種。但是一般情況下的熱處理工藝不會(huì)改變金屬材料的加工形狀和化學(xué)性質(zhì)。所有的熱處理工藝一般都需要加熱、保溫和冷卻三個(gè)過程，這樣才能賦予金屬材料一定的性能。

3不同種類的熱處理工藝

整體熱處理法是金屬材料加工應(yīng)用時(shí)使用的最普遍方法。指的是將金屬材料整體進(jìn)行熱處理，其過程包括退火、正火、淬火和回火。退火指的是將金屬材料加熱到一定的溫度，然后保溫一段時(shí)間，進(jìn)行冷卻，它使晶體粒細(xì)化，去除了內(nèi)應(yīng)力、增加了材料的可加工性、穩(wěn)定了材料的尺寸，消除了材料的結(jié)構(gòu)缺陷。正火使材料中的碳化物和晶粒分布更具均勻，進(jìn)一步提高了材料的可塑性和韌性，增加了材料的機(jī)械性能。淬火是整體熱處理法中核心的步驟，淬火影響了材料內(nèi)部應(yīng)力，進(jìn)而對材料的形變產(chǎn)生了重要影響。目前常用的淬火介質(zhì)為水和油，因此，對溫度的控制尤為重要。一般情況下，水溫控制在50℃到70℃之間，油溫控制在60℃到90℃之間，在這個(gè)過程中，淬火速度對金屬晶體的再結(jié)晶性和冷卻速度產(chǎn)生影響，導(dǎo)致金屬材料發(fā)生形變。回火過程主要是為了消除在正火過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，而較大的應(yīng)力的存在容易使金屬材料在加工的過程中產(chǎn)生形變和裂縫，因此，回火提高了金屬材料的產(chǎn)品質(zhì)量。

表面熱處理法指的是對材料的表面進(jìn)行加熱處理的工藝，從而得到具有高硬度的表面層和分布均勻的內(nèi)應(yīng)力，提高了材料的耐磨性和抗疲勞性。目前，該方法應(yīng)用最普遍的為激光熱處理技術(shù)和超硬涂層技術(shù)。激光熱處理技術(shù)主要應(yīng)用在表面較為堅(jiān)硬的金屬材料，在熱處理過程中利用計(jì)算機(jī)來控制激光的強(qiáng)度和速度，使用較為方便、可控性較高。超硬涂層技術(shù)主要對金屬材料的表面進(jìn)行處理，并不會(huì)對材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，該技術(shù)提高了金屬材料的硬度，使得加工后的金屬材料具有較好的耐用性。

化學(xué)熱處理法指的是采用化學(xué)反應(yīng)改變了金屬材料的化學(xué)組成和表面結(jié)構(gòu)，得到了性能優(yōu)異的金屬材料。由于大多數(shù)金屬材料的失效和破損剛開始出現(xiàn)在表面層，因此采用化學(xué)熱處理法得到了表面性能優(yōu)異的金屬材料，該方法本質(zhì)上可以認(rèn)為是一種金屬復(fù)合材料，在金屬材料表面形成了較好的保護(hù)層，賦予了金屬材料多重屬性，增強(qiáng)了金屬材料的韌性、耐磨性和耐腐蝕性，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，增加了金屬材料的使用壽命，拓展了金屬材料使用領(lǐng)域。目前，化學(xué)熱處理法被廣泛應(yīng)用在軍事、機(jī)械等對零件具有多重性能要求的領(lǐng)域。

真空熱處理工藝法指的是將金屬材料放置在真空環(huán)境下進(jìn)行熱處理，該方法可以有效的控制金屬材料在熱處理過程中產(chǎn)生的毒氣，可以對低壓滲碳材料進(jìn)行表面處理，而且可以直接進(jìn)行高壓氣淬，提高了熱處理效率，并且不會(huì)對金屬材料本身性質(zhì)產(chǎn)生影響。目前，我國在該方法上探索較晚，因此和國外有一定的差距。

4結(jié)論

隨著我國的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對金屬材料的使用越來越多，在不同領(lǐng)域所使用的熱處理方法也是不同的，由于材料本身存在差異、外界環(huán)境溫度等的影響，在選擇不同的熱處理工藝時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮這些因素。為了提高能源的利用率和環(huán)境的保護(hù)，因此，選擇合適的熱處理工藝就顯得尤為重要。處理好金屬材料和不同熱處理之間的關(guān)系，我們就能很好的提高金屬材料的加工水平，促進(jìn)了其他工業(yè)的質(zhì)量安全。雖然，隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，在熱處理工藝上不斷有新的技術(shù)突破，但是在金屬熱處理上還不斷有許多問題存在，需要我們不斷的去改進(jìn)和完善，提高金屬材料熱處理工藝，擴(kuò)大金屬材料的使用范圍。

參考文獻(xiàn)

[1]張漢城. 金屬材料熱處理工藝分析與控制[J]. 科技風(fēng)，2017，10：150.

[2]郭宇. 金屬材料熱處理工藝與技術(shù)分析[J]. 工藝與設(shè)備. 2018，6：206.

[3]鄭倩. 淺談金屬材料與熱處理工藝的關(guān)系[J]. 工業(yè)技術(shù). 2016，15：130.

[4]孫學(xué)銀，姜建堂，甄良. 金屬材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用及其熱處理工藝[J]. 金屬熱處理. 2010，35（12）：14-19.

[5]李娜. 鈦及鈦合金材料在建筑環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用分析[J]. 山西冶金. 2016，5：51-52.

[6]閆俊杰. 金屬復(fù)合材料在機(jī)械制造中的應(yīng)用研究[J]. 遼寧師專學(xué)報(bào). 2018，20（1）：74-76.

[7]宮娜. 金屬熱處理科技工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)探討[J]. 綜合. 2018，6：211-212.

[8]王其府. 淺談金屬材料與熱處理工藝關(guān)系[J]. 管理及其他. 2018. 7：168-169.

[9]張大為. 試析金屬材料熱處理工藝及技術(shù)發(fā)展趨勢[J]. 綜合. 2018，2：249-250.