金屬材料運(yùn)用和熱處理技術(shù)

董 妍

（潞安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 長治 046204）

引言

金屬材料主要為工業(yè)運(yùn)用的純金屬或者合金。金屬在自然環(huán)境中存在的種類繁多、數(shù)量豐富，被人們熟知并廣泛應(yīng)用的有很多，如鋅、銅、鐵、金、鉛、銀等。而熱處理技術(shù)水平高，則金屬質(zhì)量越好。如今，中國利用熱處理技術(shù)的金屬應(yīng)用廣泛，卻對環(huán)境造成污染，且消耗的能量較多。優(yōu)化熱處理技術(shù)方法，高效應(yīng)用金屬材料，保護(hù)環(huán)境、節(jié)約能量是目前亟待解決的問題之一。

1 金屬材料概述

金屬材料主要是由黑色金屬、特種金屬與有色金屬構(gòu)成。

1）黑色金屬。涵蓋存鐵量不小于90%工業(yè)純鐵，存碳量2%≤w（P）≤4%的鑄鐵等等，還有如不銹鋼、精密合金、錳等等。

2）特種金屬。涵蓋各種特性的結(jié)構(gòu)金屬及性能金屬。如準(zhǔn)晶、納米晶、金屬及復(fù)合材料等等。

3）有色金屬。涵蓋全部金屬材料（除去鐵、錳、鉻），一般分為輕、重金屬、半金屬、稀土金屬等等。其質(zhì)地強(qiáng)硬，電阻大［1－2］。

2 金屬材料應(yīng)用

2.1 多孔金屬應(yīng)用

多空金屬是較為新型的金屬材料，其具備高滲透、抗高溫、抗腐蝕的特點(diǎn)，如今在很多領(lǐng)域中應(yīng)用。

1）過濾與分離方面。多空金屬高滲透特點(diǎn)使其成為制造過濾設(shè)備的重要材料，其孔能夠阻止和捕捉固體粒子，并且分離氣液體，達(dá)到分離效果［3］。多空金屬制造成的過濾設(shè)備，能夠用在過濾尾氣、凈化空氣的作用，且對污水處理、過濾泥沙等方面有幫助；

2）電極材料。多孔金屬材料能夠制作很多類型的電池（如蓄電池、空氣電池等等），其材質(zhì)不重，能夠代替原有的材料，以減少能量的消耗，增加密度；

3）控制流體。能夠控制火箭內(nèi)的冷卻液，實(shí)現(xiàn)信號的延遲控制；

4）熱交換。熱交換與加熱設(shè)備對于多孔金屬的應(yīng)用較多，其金屬材料中的不同孔能夠起到降溫散熱的作用，有非常優(yōu)良的應(yīng)用功能［4］。同時，泡沫鋼能夠應(yīng)用到汽車相關(guān)設(shè)備制作中（如發(fā)動機(jī)排氣管等等）。

2.2 納米金屬應(yīng)用

納米金屬是一種較為特殊組成的材料（納米級尺），其具備較高的力學(xué)與性能特點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用到很多領(lǐng)域中。

質(zhì)地硬的納米復(fù)合金屬，具有較高的防磨功能（WC—Co結(jié)構(gòu)），如今運(yùn)用到防護(hù)涂層與制作設(shè)備中。在工業(yè)領(lǐng)域，其應(yīng)用數(shù)量非常之多；鋁基納米金屬。其主要由a—A1粒子組成，質(zhì)地較硬，且使用周期較長，在加工處理后，很多非晶態(tài)金屬能過轉(zhuǎn)換為晶體，如應(yīng)用質(zhì)地硬的材料，鋁基納米金屬是非常理想的對象；電沉積納米金屬。其組成形式為柱狀晶，在內(nèi)部直徑增長過程中，利用放溶質(zhì)能夠保證其組成更加牢固，應(yīng)用多管材中的涂覆極好［5］。

3 熱處理技術(shù)

如今中國機(jī)械領(lǐng)域熱處理場所一共有1.05萬個，有將近149 000人從事此行業(yè)，加熱器將近115 000臺，且熱處理技術(shù)有著質(zhì)的飛躍和提高、然而和先進(jìn)國家比較仍有一定的差距。如圖1為某金屬材料熱處理過程。

圖1 某金屬材料熱處理過程

3.1 熱處理技術(shù)種類

熱處理技術(shù)類型繁多，依照其宗旨、降溫、升溫方式差異，通常為一般熱處理、外表熱處理和他種熱處理組成［6］。一般熱處理通常為退火、淬火、正火、回火等；外表熱處理為外表淬火、滲氮熱處理等等；而他種熱處理如性變熱處理、真空及激光熱處理等等。即使方式多種多樣，卻全部為加熱、保溫、降溫3個步驟。

3.2 金屬材料熱處理

3.2.1 切削

金屬材料生產(chǎn)時，一旦和切削可以良好交流，緊密聯(lián)系合作，則能夠優(yōu)化產(chǎn)品檔次。切削材料時，因?yàn)榧庸げ牧?、切削設(shè)備與環(huán)境等存在差異，使得金屬材料發(fā)生了不同程度形變。事前熱處理一般用在制作產(chǎn)品工具的半成品（如鑄、鍛等等）祛除熱加工時出現(xiàn)的不足，且為實(shí)施熱處理奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，確保材料切削功能，防止過度形變。以7×××系列鋁合金為例，去熔點(diǎn)低，加熱溫度不高，切削效果不佳。Ⅱ級切削時，7×××系列鋁合金共晶相固溶情況有差異，因此比較適合Ⅱ級切削，更加均勻化，均勻化程度提高13%左右。

3.2.2 斷裂韌性

斷裂韌性是每個材料都具備且不一樣的性質(zhì)，每一種金屬材料都有各種個數(shù)與紋路型號。其實(shí)斷裂韌性主要為受力基礎(chǔ)上防控裂縫紋路出現(xiàn)［7］。幫助金屬材料塑造更好的韌性，最主要的為盡量控制金屬晶體內(nèi)部的位置錯開，減少錯位數(shù)量，以保證金屬材料更加強(qiáng)硬。以7×××系列鋁合金為例，在一般情況下7×××系列鋁合金（如7075系鋁合金）均勻化與固溶處理不夠充分。如在一般基礎(chǔ)上逐漸增加溫度（強(qiáng)化固溶），使得其多項(xiàng)共晶溫度不低于475℃，由此可使得7×××系列鋁合金斷裂與屈服強(qiáng)度各自增加11%與17%。

同樣將晶體硬度加強(qiáng)也是控制錯位的主要方式去，利用晶粒讓晶體界面面積加大且防止發(fā)生位置移動，塑造更好的材料韌性。然而金屬材料構(gòu)成的細(xì)化應(yīng)利用熱處理與結(jié)晶，因此取得一定效果。在溫度下降發(fā)生形變時，熱處理應(yīng)保證溫度充足，促進(jìn)結(jié)晶的發(fā)生和實(shí)現(xiàn)。缺少應(yīng)力和溫度的存在，是無法保證材料減少錯位數(shù)量的，且不利于結(jié)晶完成。所以，溫度和金屬熱處理成果息息相關(guān)。

3.2.3 抗腐蝕裂縫

金屬材料一般在應(yīng)力和固定腐蝕條件影響中出現(xiàn)裂縫。多數(shù)導(dǎo)致應(yīng)力腐蝕的原因?yàn)槭Ｓ嗬瓚?yīng)力出現(xiàn)，在拉力機(jī)（如圖2）使用中出現(xiàn)。熱處理后，升溫并冷卻降溫，使得金屬材料組成結(jié)構(gòu)與功能出現(xiàn)變化，讓零件中的應(yīng)力漸漸減少到0。同樣以7×××系列鋁合金為例，在實(shí)施雙擊實(shí)效工藝過程中，T73、T76和T6態(tài)比較，靜強(qiáng)度減少14%上下，如強(qiáng)度達(dá)到T6等級，則可使用最新研制的T736熱處理技術(shù)，由此達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

金屬材料種類繁多，且性能優(yōu)良，受到很多領(lǐng)域尤其是機(jī)械領(lǐng)域的關(guān)注與應(yīng)用。而通過對金屬材料進(jìn)行熱處理，能夠更好地優(yōu)化其性能，提高應(yīng)用效率和效果。隨著我國科技的發(fā)展，熱處理技術(shù)水平有了很大的提高，其通過切削、斷裂韌性強(qiáng)化、抗腐蝕等對金屬材料進(jìn)行熱處理，使得金屬材料更好地應(yīng)用到產(chǎn)品生產(chǎn)中，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

［1］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，2010，12（9）：214－220.

［2］譚家駿.金屬材料強(qiáng)化原理基本途徑及熱處理新技術(shù)［J］.電子工藝技術(shù)，2009，6（12）：1 105－1 110.

［3］王芳.我國金屬材料及熱處理研究現(xiàn)狀分析——基于《金屬熱處理》2008－2012年載文、被引和裝備廣告信息統(tǒng)計(jì)結(jié)果［J］.金屬熱處理，2013，10（7）：123－127.

［4］苗高蕾.淺談金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的運(yùn)用［J］.化工管理，2013，2（24）：135－141.

［5］苗高蕾.基于現(xiàn)實(shí)意義下金屬材料熱處理應(yīng)用的研究［J］.現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)信息，2014，8（22）：423－427.

［6］苗高蕾.基于金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)運(yùn)用探究［J］.門窗，2014，6（12）：202－209.

［7］田水.試論金屬材料熱處理工藝與技術(shù)［J］.輕工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2015，1（13）：367－369.