金屬材料熱處理工藝及其技術(shù)發(fā)展趨勢探研

韓文濤

（寧夏天地重型裝備科技有限公司，寧夏 石嘴山 753000）

技術(shù)是第一發(fā)展力。利用傳統(tǒng)的方法對金屬進(jìn)行加工并應(yīng)用于生產(chǎn)，很有可能會出現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)的情況。這樣，不僅大量消耗了人力物力，還打擊了工作人員生產(chǎn)的積極性。因此，在金屬材料的處理方面，掌握一項(xiàng)高效率，高質(zhì)量的技術(shù)實(shí)屬眾望所歸。因此，金屬材料熱處理工藝應(yīng)運(yùn)而生。掌握并有效運(yùn)用金屬熱處理工藝，不僅可以提高工業(yè)生產(chǎn)的效率和質(zhì)量，還可以有效調(diào)動相關(guān)工作人員的積極性，并對技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的探索。

1 什么是金屬材料熱處理工藝

金屬材料熱處理工藝的基本要素?zé)o非是加熱，保溫與冷卻。具體的操作方法如下，將選定的金屬材料放置在相應(yīng)的容器內(nèi)，將其進(jìn)行迅速加熱，加熱后進(jìn)行保溫處理，最后進(jìn)行快速冷卻。以此來改變金屬材料的表面特征以及內(nèi)部的相應(yīng)結(jié)構(gòu)。這種金屬材料熱處理工藝為工業(yè)的發(fā)展提供了源源不斷的動力，有效促進(jìn)了社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

在古代，金屬材料熱處理工藝便是我們所熟悉的“淬火技術(shù)”。古代人民通過自己的勤勞智慧，發(fā)現(xiàn)將銅放入烈火之中加溫可以讓銅發(fā)生變形，采取相應(yīng)的手段，將不成規(guī)則的銅鑄造成不同的形狀，便產(chǎn)生了我們所熟悉的農(nóng)具。在古代，淬火技術(shù)的發(fā)現(xiàn)極大地促進(jìn)了社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。由于淬火技術(shù)的復(fù)雜性以及金屬材料的稀缺性，金屬器具的鑄造一般被相應(yīng)的機(jī)構(gòu)所壟斷，一概不對外傳授。因此，此項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展相對緩慢，甚至停滯不前。不過，在古代對金屬器具的需求不是很大，因此對技術(shù)個性的需求也不是很強(qiáng)烈。但是反觀現(xiàn)今社會，社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的日新月異。由于工業(yè)是社會發(fā)展的基礎(chǔ)，因此對工業(yè)的發(fā)展有著很高的要求。而在工業(yè)發(fā)展的過程中，金屬材料熱處理工藝發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。因此，現(xiàn)今社會的發(fā)展對金屬材料熱處理工藝的技術(shù)革新需求強(qiáng)烈。

2 金屬材料熱處理工藝應(yīng)用的必要性

2.1 改變金屬材料性能

對金屬材料進(jìn)行加工，形成工業(yè)生產(chǎn)最基本的單位要素。對單位要素進(jìn)行組裝以及技術(shù)搭配便成了我們平常所見的汽車等工業(yè)產(chǎn)品。傳統(tǒng)的金屬材料加工，以機(jī)床為基本工具，對金屬材料進(jìn)行壓，扎，切等，改變金屬材料的表面形狀，以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。但是，傳統(tǒng)的技術(shù)加工是對金屬材料進(jìn)行外力擠壓，并沒有改變金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，受外部環(huán)境的影響十分明顯。短時間內(nèi)可以滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求，但是時間一長，金屬材料在外部環(huán)境的不斷沖擊下，其質(zhì)量水平會明顯下降，所組成的工業(yè)機(jī)器就會故障百出，具有嚴(yán)重的安全隱患。并且，傳統(tǒng)技術(shù)對金屬材料進(jìn)行加工本身就具有缺陷。首先是對車床的質(zhì)量要求。車床本身就是用各種金屬材料加工而成的，其使用的壽命和精準(zhǔn)度受金屬材料的質(zhì)量影響十分明顯。一旦有質(zhì)量問題的金屬材料應(yīng)用到機(jī)床的組裝上面，并用此機(jī)床加工金屬材料，這樣的生產(chǎn)線便陷入了惡性循環(huán)。而金屬材料熱處理工藝的出現(xiàn)，這種問題便得到了有效的解決。有效利用金屬材料熱處理工藝有利于有效提高金屬材料的質(zhì)量以及精準(zhǔn)度，讓金屬材料的生產(chǎn)更加高效。并且，金屬材料熱處理工藝可以改變金屬材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)，讓金屬材料可以在相當(dāng)一段時間內(nèi)保持其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，也就是說在相當(dāng)長的一段時間內(nèi)可以保證金屬材料的質(zhì)量。

2.2 降低金屬切削難度

金屬材料的形成是經(jīng)過一系列的加工得到的。從礦石的開采，到烈火的焚燒，如此一系列的過程表示金屬材料具有一定的硬度，并且個別的金屬材料形狀還極不規(guī)則。對于傳統(tǒng)的金屬材料加工而言，對金屬材料的加工具有相當(dāng)?shù)碾y度。這就直接導(dǎo)致了傳統(tǒng)技術(shù)加工的金屬材料質(zhì)量層次不齊，精準(zhǔn)度有所偏差。并且，傳統(tǒng)金屬技術(shù)加工所用到的車床也是金屬材料制造的，所以在對金屬材料進(jìn)行加工的同時，自身也會有一定程度的磨損，進(jìn)而進(jìn)一步影響金屬材料的準(zhǔn)確度，金屬材料的質(zhì)量水平便更加虛無縹緲。而金屬材料熱處理工藝可以對這些問題做到有效的解決。金屬材料熱處理工藝可以有效降低金屬材料的加工難度，可以充分提高金屬材料加工的質(zhì)量和效率。

3 金屬材料熱處理工藝

3.1 化學(xué)滲透工藝

金屬是地質(zhì)活動中所產(chǎn)生的稀有資源，本身便具有一定的特質(zhì)。如果金屬與相應(yīng)的化學(xué)用品接觸，便會產(chǎn)生一系列的反應(yīng)。通過此原理，一些科技人員便創(chuàng)造了化學(xué)滲透工藝對金屬材料進(jìn)行加工。在金屬的表層覆蓋一層薄膜，薄膜上面有相應(yīng)的化學(xué)試劑，通過對金屬的覆蓋讓化學(xué)試劑滲透到金屬的內(nèi)部，改變金屬材料原有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，讓金屬材料的質(zhì)量得到進(jìn)一步的提升。并且，化學(xué)試劑與金屬內(nèi)部分子融合具有一定的穩(wěn)定性，因此金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)受外部的環(huán)境影響較小，金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)短時間內(nèi)不會發(fā)生變化，因此金屬材料的壽命被大大的延長。相對于其他工藝而言，化學(xué)滲透工藝的最大優(yōu)勢在于對環(huán)境的影響很小?；瘜W(xué)試劑與金屬材料內(nèi)部分子融合后穩(wěn)定性較強(qiáng)，因此加工好的金屬材料對環(huán)境的污染很小。但是，化學(xué)滲透工藝也有自己的不足之處?；瘜W(xué)滲透工藝所使用到的化學(xué)試劑調(diào)配難度較大，對技術(shù)的要求水平較高。并且，在前期的研發(fā)過程中資金投入巨大，而后期卻很容易被其他人員進(jìn)行模仿，導(dǎo)致投資與利益不平衡

3.2 激光處理工藝

由于金屬材料本身就具有相當(dāng)?shù)挠捕?，因此，相關(guān)技術(shù)人員便創(chuàng)造出一種正面硬剛的加工方式——激光處理工藝。所謂激光處理工藝就是采用高溫激光對金屬材料的外部形狀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行一定的改變。激光處理工藝最大的優(yōu)勢在于其穿透性，對于金屬材料外部的結(jié)構(gòu)處理十分方便。激光具有相當(dāng)高的溫度，照射在金屬材料并關(guān)掉冷卻，會讓金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的變化，從而讓金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，以達(dá)到提高金屬材料質(zhì)量的目標(biāo)。激光處理工藝對金屬材料的處理效率很高，其缺陷性便也暴露無遺。首先，激光處理工藝的前期投資很大。這是由于激光技術(shù)具有一定的難度，并且制造激光的設(shè)備十分昂貴。其次，激光處理工藝對技術(shù)水平的要求很高。這就需要培養(yǎng)一定量的技術(shù)人才對激光設(shè)備進(jìn)行操作。最后，激光處理工藝具有一定的危險(xiǎn)性。投射激光的設(shè)備質(zhì)量要求很高，一旦出現(xiàn)機(jī)械故障，對工作人員的人生安全產(chǎn)生很大影響。

3.3 涂層技術(shù)工藝

金屬材料的產(chǎn)生也有一系列的過程，從礦石的開采到熔爐的冶煉，金屬材料外部結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性顯而易見。為了解決這個問題，相關(guān)研究人員便開發(fā)出了一種涂層技術(shù)工藝。對金屬材料的表層進(jìn)行緊密的涂層覆蓋，所產(chǎn)生的巨大壓力讓金屬材料的表層趨于平整，以達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的需求。使用此項(xiàng)技術(shù)的金屬材料要求內(nèi)部的結(jié)構(gòu)具有一定的穩(wěn)定性，否則此項(xiàng)技術(shù)會讓金屬材料的質(zhì)量嚴(yán)重下降。涂層技術(shù)工藝操作簡單，但前期的資金投入也不可小覷。相對于傳統(tǒng)的技術(shù)加工而言，使用機(jī)器臂手對金屬材料進(jìn)行擠壓，操作難度大不說，耗費(fèi)大量的人力物力也很有可能達(dá)不到理想的標(biāo)準(zhǔn)。因此，涂層技術(shù)工藝算得上一個創(chuàng)舉，順應(yīng)了工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的需求，具有很大的實(shí)際操作意義。

3.4 振動處理工藝

金屬材料自身的質(zhì)量層次不齊，有的內(nèi)部結(jié)構(gòu)穩(wěn)定但是表層形狀不規(guī)則，有的表層形狀平整但是內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。這點(diǎn)針對的便是表層結(jié)構(gòu)平整而內(nèi)部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的金屬材料。將這種金屬材料放置在高溫環(huán)境中，通過振動產(chǎn)生的效果來改變金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，讓金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)趨于穩(wěn)定，以達(dá)到提高金屬材料質(zhì)量的目標(biāo)。此項(xiàng)技術(shù)的操作難度較小，但是專業(yè)性很強(qiáng)，需要有相應(yīng)的技術(shù)人才進(jìn)行操作。并且，此項(xiàng)技術(shù)的設(shè)備工具以及運(yùn)作流程都不會對環(huán)境造成污染，因此受到了眾多企業(yè)的熱力追捧。但是此項(xiàng)技術(shù)在我國的發(fā)展水平并沒有達(dá)到理想的水平，想要整個企業(yè)進(jìn)行普及，還任重而道遠(yuǎn)。

3.5 真空熱處理工藝

在正常的環(huán)境中對金屬材料進(jìn)行加工處理，難免受到一些外部環(huán)境的影響導(dǎo)致部分金屬材料的質(zhì)量達(dá)不到要求。為了解決這個問題，科研工作者另辟蹊徑，制造一個真空環(huán)境，在真空環(huán)境中對金屬材料進(jìn)行加工。在真空環(huán)境中，外部環(huán)境對金屬材料的加工影響很小，可以有效提高金屬材料加工的效率，保證金屬材料加工后質(zhì)量。其主要的優(yōu)點(diǎn)在于金屬材料加工環(huán)境的無氧化，可以有效的保證金屬材料質(zhì)量。但是其弊端也很明顯。打造一個真空環(huán)境資金投入巨大，并且一個真空環(huán)境對金屬材料加工的數(shù)量有限。因此，在真空環(huán)境中加工金屬材料針對的是一些高精尖工業(yè)產(chǎn)品中的零件。

3.6 熱處理CAD 技術(shù)

對金屬材料進(jìn)行加工處理的過程中難免出現(xiàn)一些意料之外的問題，這樣就會導(dǎo)致一些質(zhì)量不合格的金屬材料混雜于成品當(dāng)中。一旦用于工業(yè)機(jī)器的組裝當(dāng)中，工業(yè)機(jī)器產(chǎn)生故障是小事，產(chǎn)生安全問題便一發(fā)不發(fā)收拾。為了盡量避免這種情況的發(fā)生，相關(guān)技術(shù)人員便創(chuàng)造了熱處理CDA 工藝。通過云計(jì)算對金屬材料的加工過程進(jìn)行預(yù)判，如果發(fā)現(xiàn)問題，便立刻對其進(jìn)行優(yōu)化，盡量避免產(chǎn)生不可挽回的損失。熱處理CAD 工藝是一項(xiàng)承前啟后的技術(shù)，是對以上技術(shù)新的發(fā)展。這項(xiàng)技術(shù)就像一個管理者，對金屬材料的加工過程進(jìn)行宏觀調(diào)控，可以有效的提高金屬加工的質(zhì)量和效率。

4 金屬材料熱處理節(jié)能技術(shù)的發(fā)展情況

4.1 熱處理的主要污染物

對金屬材料進(jìn)行熱加工處理，無論此項(xiàng)工藝多么精湛，都會產(chǎn)生一定的污染物。這些污染物一旦進(jìn)入自然環(huán)境，便會對生態(tài)產(chǎn)生破壞?；瘜W(xué)滲透工藝產(chǎn)生的化學(xué)物品危害最大。比如，化學(xué)試劑滲透到土壤中，很有可能讓突然產(chǎn)生板結(jié)。進(jìn)入水域，便會成為一種毒藥毒害水中生物。激光處理工藝產(chǎn)生的污染大多是光污染，對工作人員的眼睛與皮膚具有一定的危害。如果是在居民區(qū)，早會影響到居民的日常生活。涂層處理工藝會產(chǎn)生塑料垃圾，如果不能及時或者有效的處理，對自然環(huán)境的危害。振動處理技術(shù)產(chǎn)生的污染多半為噪音污染，對長期處于該環(huán)境的工作人員的身體健康有著一定的危害，并且也會影響城市人們的生活。因此，對污染物的及時和有效處理至關(guān)重要。俗話說，綠水青山便是金山銀山。我們在發(fā)展社會經(jīng)濟(jì)的同時，也應(yīng)該兼顧環(huán)境的保護(hù)，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

4.2 我國金屬材料熱處理節(jié)能和環(huán)境保護(hù)現(xiàn)狀

對金屬材料進(jìn)行熱處理加工所產(chǎn)生污染物的多少受到工人對加工設(shè)備操作熟練程度的影響很大。對材料加工設(shè)備進(jìn)行熟練操作可以有效減少污染物的產(chǎn)生，以達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。因此，培養(yǎng)技術(shù)人才至關(guān)重要。因此，政府應(yīng)大力撥款以支持企業(yè)對人才的培養(yǎng)。

5 金屬材料熱加工處理發(fā)展趨勢

5.1 向無氧化方向發(fā)展

在無氧化的環(huán)境中對材料進(jìn)行熱加工處理的環(huán)境污染最小，在CDA技術(shù)的輔助下，有利于保證金屬材料的質(zhì)量和加工的效率，事半功倍。雖然打造無氧化環(huán)境資金投入巨大，但是一旦成為體系，那么金屬材料的熱處理加工便得到了質(zhì)的飛躍。并且，對環(huán)境的污染很小，達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益和諧發(fā)展的理想目標(biāo)。

5.2 向機(jī)械自動化方向發(fā)展

提高金屬材料熱處理加工的質(zhì)量和效率的另一種行之有效的方法便是向機(jī)械自動化方向發(fā)展。向機(jī)械自動化方向發(fā)展需要建設(shè)分工明確的生產(chǎn)線，前期的投資一樣巨大。但是一旦建設(shè)成功且運(yùn)作有條不紊，金屬材料熱加工處理的效率和成品質(zhì)量將得到極大的提升。

6 結(jié)語

金屬材料熱加工處理工藝對于工業(yè)的生產(chǎn)有這舉足輕重的地位。金屬材料是工業(yè)生產(chǎn)最基本的原料，沒有它，任何的工業(yè)生產(chǎn)都將停滯。因此，加大對金屬材料加工工藝的技術(shù)研發(fā)以及培養(yǎng)相應(yīng)的技術(shù)人才至關(guān)重要。