基于金屬材料的熱處理對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的影響

張明坤

亞太森博（山東）漿紙有限公司 山東日照 276800

1 概述

金屬材料的熱處理工藝和技術(shù)與產(chǎn)品的質(zhì)量有關(guān)，必須改進(jìn)熱處理技術(shù)，使熱處理工藝更加節(jié)能。目前，我國(guó)目前的熱處理設(shè)備和工藝更換非常緩慢，難免會(huì)出現(xiàn)這樣的錯(cuò)誤，導(dǎo)致工件加工出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，脫碳和氧化。同時(shí)，即使在同一生產(chǎn)車間加工的工件由于滲碳過(guò)程不充分而導(dǎo)致使用壽命縮短，金屬材料的熱處理過(guò)程也是落后的。通常，目前的熱處理技術(shù)存在自動(dòng)化程度低和專業(yè)化的問(wèn)題。在新開(kāi)發(fā)的工藝和技術(shù)中，液體和氣體燃料的應(yīng)用，可以間接加熱漂浮顆粒，不僅大大降低了企業(yè)的能源消耗，而且達(dá)到了要求的目的。

2 熱處理的工藝過(guò)程

金屬熱處理工藝一般包括加熱，保溫和冷卻三個(gè)階段，一些熱處理工藝沒(méi)有保溫階段，每個(gè)階段相互呼應(yīng)，不能中斷。早在700多年前，古人就在社會(huì)生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)金屬材料的性能受溫度和外壓的影響很大，熱處理的發(fā)展變得更加復(fù)雜和豐富。金屬有許多熱處理方法。早期使用木炭和煤炭作為熱源。在19世紀(jì)和20世紀(jì)，由于第一次工業(yè)革命和石油燃料的發(fā)現(xiàn)，人們極大地促進(jìn)了金屬性質(zhì)的探索，并且熱源逐漸發(fā)展起來(lái)。它是一種液體和氣體燃料，但這種加熱方法帶來(lái)了不可避免的污染和能源浪費(fèi)。電力的發(fā)展再次為人們提供了一個(gè)新的大陸。這種加熱方法易于控制且無(wú)污染。金屬可以通過(guò)熱源直接加熱，或通過(guò)間接加熱（熔化的鹽或金屬，漂浮顆粒）金屬間接加熱。對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的需求也需要熱處理。加熱的溫度，保持的熱量，以及哪種冷卻方法會(huì)對(duì)金屬的微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的影響，從而影響金屬材料的機(jī)械設(shè)計(jì)選擇。這是一個(gè)多彩的過(guò)程，不同的操作過(guò)程會(huì)帶來(lái)不同的結(jié)果。由于需要機(jī)械，現(xiàn)在運(yùn)行不同的熱處理方法。冶金熱處理工藝通常不會(huì)改變金屬的化學(xué)和物理因素，而是通過(guò)改變金屬的內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)或表面的化學(xué)成分來(lái)間接改變金屬的性能。這種變化對(duì)人眼來(lái)說(shuō)是不可見(jiàn)的。

3 熱處理的類別

正火：正火通常是中碳鋼和高碳鋼的中間熱處理工藝。它被用來(lái)為最終的熱處理鋪平道路。該工藝的目的是使金屬結(jié)構(gòu)均勻化并細(xì)化晶粒以使金屬材料的加工性能更高。優(yōu)化，這用于標(biāo)準(zhǔn)化操作，并且可以單獨(dú)進(jìn)行正火熱處理，而不是金屬機(jī)器的退火和淬火和回火處理。大多數(shù)金屬機(jī)械和設(shè)備必須在粗加工探傷和處理之前進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化治療；工具鋼首先經(jīng)過(guò)正火熱處理以進(jìn)行淬火和回火。正火后的金屬易于切削，加工過(guò)程中刀具的磨損最小化，間接延長(zhǎng)了刀具的使用壽命。

退火：退火工藝是金屬熱處理過(guò)程中最易于加工的金屬性能工具之一，是后熱處理的重要基礎(chǔ)。退火在生產(chǎn)過(guò)程中具有廣泛的應(yīng)用。退火方法因不同目的而不同。退火熱處理的類型通常包括：完全退火，球化退火和消除應(yīng)力退火。一般目的是降低材料的硬度。提高切削性能，消除殘余應(yīng)力，減少機(jī)器的變形和裂紋產(chǎn)生，細(xì)化晶粒，使材料均勻。退火金屬機(jī)械設(shè)備的性能可以通過(guò)拉伸或硬度測(cè)試來(lái)測(cè)試。退火熱處理僅是加工的輔助工藝，相當(dāng)于化學(xué)中的催化劑。

淬火：金屬淬火熱處理的發(fā)現(xiàn)是金屬加工歷史上的重大突破。淬火是指將金屬機(jī)械工件加熱到合適的溫度一段時(shí)間，然后將其通過(guò)冷介質(zhì)（鹽水，水，油等）金屬熱處理過(guò)程，當(dāng)溫度突然降至室溫時(shí)，淬火后金屬的硬度和耐磨性大大提高。這就是為什么古代鐵匠在鍛造武器時(shí)用來(lái)淬火的原因。在今天的淬火中，它主要用于各種用途。加工耐磨器具的部件，齒輪需要通過(guò)齒頂淬火，軸承需要通過(guò)球淬火，淬火熱處理可以與其他處理方法相結(jié)合，以優(yōu)化物理性能在操作過(guò)程中，改善了機(jī)械部件的強(qiáng)度和疲勞。延長(zhǎng)其使用壽命。淬火過(guò)程通常主要用于鋼部件。淬火后，金屬材料的微觀結(jié)構(gòu)從奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。馬氏體結(jié)構(gòu)在金屬結(jié)構(gòu)中非常硬，這是淬火后金屬材料硬度增加的微觀解釋。淬火熱處理也帶來(lái)一些危害，因?yàn)樗鼤?huì)使金屬更快地冷卻并產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)部應(yīng)力在機(jī)械設(shè)計(jì)中非常有害，導(dǎo)致機(jī)械部件的物理形狀變形甚至導(dǎo)致其開(kāi)裂，因此在淬火熱處理期間需要采取適當(dāng)?shù)睦鋮s方法。

回火：回火是基于淬火后的熱處理方法。它通常與淬火熱處理相結(jié)合?；鼗馃崽幚砉に囃ǔＪ侵冈诘陀谂R界溫度，保溫和冷卻的合適溫度下處理金屬。熱處理可以減少淬火后金屬的危害，減少或消除其內(nèi)應(yīng)力，并實(shí)現(xiàn)金屬機(jī)械部件的機(jī)械性能?；鼗疬^(guò)程可分為多次回火，并逐步優(yōu)化金屬的力學(xué)性能。該結(jié)構(gòu)的金屬可以在回火，回火馬氏體，回火索氏體，回火龜之后獲得?；鼗鸷蠼饘俚挠绊懯艿交鼗疬^(guò)程中的時(shí)間和溫度的影響。必須說(shuō)回火是金屬熱處理過(guò)程中的最后潤(rùn)色。

4 金屬材料的熱處理對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的影響

在金屬材料機(jī)械部件的設(shè)計(jì)中，淬火溫度通常保持在約30-50℃。通過(guò)改變淬火溫度，加工后的鋼可以具有不同的性能，這樣不僅可以有效地提高強(qiáng)度，而且可以改善和優(yōu)化材料的柔韌性和可塑性，以最小化淬火過(guò)程中的開(kāi)裂和變形。在加工和生產(chǎn)零件的過(guò)程中，往往存在許多缺陷，這些缺陷基本上是由于工藝設(shè)計(jì)缺乏合理性和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員操作不當(dāng)造成的。因此，如果要有效地提高零件加工質(zhì)量，就需要集中精力控制和集中上述兩個(gè)問(wèn)題，以便通過(guò)回火減少或消除零件加工和熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。如果設(shè)計(jì)過(guò)程不合理，通?？梢酝ㄟ^(guò)增加組合結(jié)構(gòu)，加工孔或線切割方法來(lái)操作，從而避免由不合理的施工過(guò)程引起的不利影響并提供機(jī)械部件的加工質(zhì)量保證。

5 結(jié)語(yǔ)

在各種金屬機(jī)械設(shè)備的加工和生產(chǎn)過(guò)程中，熱處理工藝可以實(shí)現(xiàn)金屬機(jī)械工件所需的機(jī)械，物理和化學(xué)性能。與其他金屬加工工藝相比，熱處理不會(huì)改變工件的形狀和成分。它可以通過(guò)改變工件內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)?？梢酝ㄟ^(guò)肉眼區(qū)分該過(guò)程。不同的熱處理在機(jī)械材料的設(shè)計(jì)和選擇中起著決定性的作用。這兩者之間可以說(shuō)是密切相關(guān)的。