金屬材料熱處理工藝及技術發(fā)展趨勢

常嘉瑋

（白銀礦冶職業(yè)技術學院，甘肅 白銀 730900）

金屬材料與我們的生活息息相關，熱處理技術對金屬材料的質(zhì)量有較大的影響，操作人員應該合理選擇熱處理手段，通過利用智能化、現(xiàn)代化的手段，全面控制生產(chǎn)流程，不斷地提高金屬材料熱處理水平，為后續(xù)的金屬材料精加工奠定前端基礎。

1 金屬材料熱處理工藝的概述

金屬材料是指具有一定光澤，延展性好，容易導電和傳熱的材料，大部分金屬材料具有一定的可塑性和硬度，一般可按照顏色可以分為黑色金屬、有色金屬和貴金屬。黑色金屬在日常生活中比較常見，一般指常見的鋼鐵材料，而有色金屬是指除鐵、錳以外的金屬及其合金，通常情況下可以根據(jù)密度分為輕金屬和重金屬，而貴金屬主要包括金、鉑等。我國金屬材料的應用較為廣泛，最早可以追溯到商朝的青銅器，而隨著歷史的不斷發(fā)展，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，金屬材料在使用過程中更要考慮到其材料的力學性能，綜合處理其硬度、強度、塑性和抗沖擊能力之間的關系。

2 金屬材料熱處理工藝流程

金屬材料熱處理過程中按溫度不同可以分為三個階段，為加熱、保溫、冷卻三個過程，也有一些熱處理工藝，只有加熱，冷卻兩個過程，但此過程相互銜接，不能間斷。下面主要介紹金屬材料熱處理的基本過程。

2.1 加熱

加熱作為熱處理工藝中的基本要素，在傳統(tǒng)熱處理過程中，大多采用木炭或者是煤炭來升高溫度，但隨著新能源的開發(fā)，液體燃料以及氣體燃料也被廣泛應用到熱處理過程中，液體燃料和氣體燃料相對較為清潔，比熱容較大，升溫較快。此外，在工業(yè)生產(chǎn)中也經(jīng)常采用電力技術進行加熱，電能便于作人員控制加熱時間以及加熱溫度。

2.2 保溫

保溫作為金屬熱處理加工中的第二道工序，保溫就是按照相應的技術標準和要求，讓加熱后的金屬材料穩(wěn)定在要求的溫度，最終促使金屬材料分子內(nèi)部熱運動，達到預期的性能。

2.3 冷卻

冷卻作為熱處理過程中的關鍵環(huán)節(jié)，直接決定的金屬材料的性能，技術人員要針對不同材料采取不同的冷卻方法，合理調(diào)整冷卻速度。在工業(yè)生產(chǎn)中，一般退火的冷卻速度較慢，正火的冷卻速度較快，而淬火的冷卻速度為最快。操作人員要綜合多種冷卻方法以達到冷卻要求。

3 金屬材料熱處理工藝中存在的問題

金屬材料制造有多種要求，熱處理過程中需要耦合多種參數(shù)。但有些管理人員尸位素餐、不了解金屬材料制造的國家標準及熱處理的工藝標準，不具備符合工作需求的專業(yè)素質(zhì)與職業(yè)技能，因此，在實際的熱處理工藝加工中，頻繁出現(xiàn)質(zhì)量問題。下面將主要論述金屬材料在熱處理過程中存在的問題。

3.1 金屬材料制造資源損耗較大

在金屬材料制造過程中，很容易出現(xiàn)大量的資源浪費現(xiàn)象，而我國現(xiàn)在已經(jīng)面臨著一定程度上的金屬材料資源緊缺。傳統(tǒng)的熱處理手段違反了可持續(xù)發(fā)展的基本理論，同時提高了企業(yè)的資金成本，不利于企業(yè)長久穩(wěn)定發(fā)展。

3.2 熱處理技術集成化不高

工藝流程智能化、數(shù)據(jù)化發(fā)展是時代的必然要求，但由于不同企業(yè)的金屬材料制造自動化水平不同，在熱加工信息處理過程中存在不兼容問題，不能實現(xiàn)真正的資源信息共享，導致熱處理技術集成化較低。不能實現(xiàn)對溫度、濕度、壓力等重要參數(shù)的實施調(diào)控，熱處理單元操作無法科學地整合在一起，工作效率低下。

3.3 金屬材料制造質(zhì)量不達標

金屬材料圖紙審核作為保證金屬材料質(zhì)量的重要一步，而就目前而言，大部分的企業(yè)在金屬材料生產(chǎn)過程中忽略了對圖紙的審核，在制造過程中很容易出現(xiàn)問題，或者金屬材料與甲方要求嚴重不符，影響了金屬材料的使用質(zhì)量。此外，金屬材料制造在熱處理過程中意外因素較多，而相應的管理人員不熟悉熱處理的基礎操作，不能實現(xiàn)對熱處理環(huán)節(jié)的動態(tài)調(diào)節(jié)，對金屬材料的細節(jié)數(shù)據(jù)掌握程度不夠，不能預判可能出現(xiàn)的危險，導致金屬材料往往達不到預期質(zhì)量。

4 金屬材料熱處理工藝及技術要點

4.1 明確金屬性能與熱處理之間的關系

4.1.1 耐久性與熱處理應力之間的關系

金屬材料在應用過程中會受到外界大量的應力，如果金屬材料長期處于不均勻應力或處于易腐蝕的環(huán)境下，可能會出現(xiàn)開裂或者是其他變化，因此研究熱處理應力對于金屬耐腐蝕性的關系十分必要。要綜合多種熱處理方法，降低金屬內(nèi)部剩余應力，提高金屬材料的耐久性，保障金屬材料可以適用在多種不良環(huán)境中。

4.1.2 材料的硬度與熱處理溫度的關系

金屬材料切割作為金屬加工中的重要一點，在許多工藝中都需要對金屬材料進行切割拼接，為了更好地完成切割，要根據(jù)需要合理選擇熱處理溫度，同時在切割過程中，施工環(huán)境會對金屬表面和金屬的光澤產(chǎn)生巨大的不良影響，在此情況下，可以綜合進行預熱加工的手段，避免金屬材料的毛面、斷面現(xiàn)象，提高切割的準確度以及效率。

4.1.3 金屬材料的疲勞性與熱處理

熱處理過程中，金屬材料需要進行冷卻，一旦冷卻過程中受到應力值較大，可能出現(xiàn)不規(guī)則斷裂，為了有效防止此類情況，工作人員因該合理控制溫度以及冷卻時間。在合理范圍內(nèi)對溫度進行調(diào)整，從而尋找到最合適的溫度，以提升金屬材料的疲勞性和抗壓性能。以市場需求為導向，不斷簡化熱處理的工作流程，減少金屬材料的耦合數(shù)據(jù)存在的偏差，實現(xiàn)對金屬材料熱處理過程的精細化管理。

例如，在金屬材料制造過程中要制定好相應的衡量標準，綜合考量金屬材料的結構特點，明確金屬材料的結構特點和用途，以用途推測結構，規(guī)范金屬材料的尺寸公差以及表面活性。綜合應用熱處理和冷處理等方法，提高金屬材料制造精度，在保證金屬材料質(zhì)量的前提下，最大限度地降低成本。

4.1.4 金屬材料的導電性與熱處理關系

金屬材料的導電性本質(zhì)上來說是金屬內(nèi)部電子受到電場或熱能后，表示可移動電子的的活躍程度。在導電性研究過程中較為復雜，不同金屬的的原子結構和導電能力存在一定差異，在現(xiàn)代生產(chǎn)過程中需要通過熱處理技術，對于單質(zhì)金屬進行融合，綜合利用多種合金材料，以達到日常的實際要求和成本控制。

例如，在進行熱處理過程中可以利用有限元以節(jié)點位移、并綜合應用矩陣階數(shù)與單位等效方程，根據(jù)變分原理，取得金屬材料函數(shù)的極值，使金屬結構能夠持續(xù)離散化。將連續(xù)的金屬材料分割成單一的微小導電單元，單元與單元之間通過固定的節(jié)點進行關聯(lián)，其外觀上有特定的網(wǎng)絡形狀。利用數(shù)據(jù)進行等效的計算，減少工作步驟，以滿足不同條件下的導電要求。

4.2 利用多種技術手段

熱處理作為改良金屬材料的基本手段，在工業(yè)生產(chǎn)上要最大程度上發(fā)揮金屬材料的使用價值，通過各種手段不斷提高材料的機械性能，不合理的熱處理方法會喪失金屬材料原有的優(yōu)良性能，破壞金屬材料本身的抗變性和耐久性，因此工作人員應該充分考量金屬材料本身性質(zhì)和組織構架，來確定熱處理工藝，設置科學合理的工業(yè)流程，最大程度上發(fā)揮金屬材料的使用價值。下面將主要論述熱處理技術的基本手段。

4.2.1 激光熱處理技術

一般情況下，激光熱處理技術在金屬材料中主要被應用于淬火，變相硬化等兩個方面。激光熱處理技術的主要原理是利用高密度的激光束對金屬材料表面進行熱處理，以此來達到強化的目的。在實際應用領域中，激光處理技術被廣泛應用于汽車領域，激光熱處理加工后的金屬耐磨性好且硬度高。

4.2.2 振動時效處理技術

在金屬材料熱處理過程中，金屬材料不可避免的會受到一定的機械力和應力，在這種情況下，金屬材料內(nèi)部會產(chǎn)生一定的振動動力，這種震動力有可能導致材料在切割的過程中出現(xiàn)位置偏移，最終對金屬質(zhì)量產(chǎn)生一定的影響，因此管理人員應該對于振動參數(shù)進行調(diào)整，以此來規(guī)避振動力對于材料加工過程的影響，最終實現(xiàn)精準的作業(yè)目標。

5 金屬材料熱處理工藝的發(fā)展趨勢

5.1 精細化發(fā)展

目前我國科技飛速發(fā)展，但金屬在材料加工中仍遇到許多問題。在未來發(fā)展過程中，將會綜合應用模擬，以仿真技術、信息技術為主的自動化控制會代替?zhèn)鹘y(tǒng)的熱處理操作。在市場化和全球化的今天，各個企業(yè)為了追求更大的利潤，必須快速提高生產(chǎn)效率，迎合市場的需求，滿足多樣化的市場的目的，因此快速和綠色的熱處理技術深度開發(fā)也是金屬材料制造行業(yè)發(fā)展的重要趨勢。未來的金屬材料勢必朝著統(tǒng)一標準，由現(xiàn)在的粗放型轉(zhuǎn)為集成性發(fā)展，使金屬材料加工接近零誤差，保證金屬材料加工顯得更加人性化、科學化，為后續(xù)的制造業(yè)服務。

5.2 整合多種新材料

金屬材料行業(yè)發(fā)展如火如荼，在未來發(fā)展過程中將會利用多種新材料，開創(chuàng)新局面。下面將主要介紹納米金屬材料與多孔性金屬材料

5.2.1 納米金屬材料

目前，我國金屬材料行業(yè)逐漸向著精細化和智能化發(fā)展，納米技術發(fā)展，使得納米金屬成為了一種新型的金屬物質(zhì)。納米技術可以將金屬材料密度尺寸直接壓縮到納米級，以改變金屬的密度參數(shù)，很大程度上改變了金屬材料被本身的物理性質(zhì)。通過納米技術可以調(diào)整普通金屬的硬度、性能和塑性，使金屬更好的滿足工業(yè)的需求。

5.2.2 多孔性金屬材料

一般自然界中的金屬材料的組織結構較為結實，而多孔性金屬材料具有良好的滲透劑性能，同時具備耐酸，耐堿，耐腐蝕的特性，能夠保證多孔性金屬在惡劣的自然環(huán)境下穩(wěn)定工作，多孔性金屬材料還能夠承受較大的能量減少自身應力。同時多孔性金屬材料可以吸收更多的電離能，能減少輻射干擾，在未來發(fā)展中，多孔性金屬材料將會應用到各種領域，發(fā)揮自身的特性。

6 總結

我國工業(yè)體系不斷發(fā)展，而金屬材料作為整個工業(yè)體系的前端，起到重要的支撐作用。熱處理技術作為金屬材料的基本技術手段，對于金屬材料的質(zhì)量至關重要，因此研究人員要明確金屬材料與熱處理工藝之間的關系，不斷完善熱處理工藝以及技術開發(fā)，我國后續(xù)的金屬精加工行業(yè)提供幫助。