金屬材料熱處理工藝在機械制造中的應用

李世鵬

（阿克蘇地區(qū)庫車中等職業(yè)技術學校，新疆 阿克蘇 842000）

熱處理是對金屬材料成分組織以及性能研究重要技術，能夠快速改變材料內部組織結構，提升材料的整體工藝性能，也可以充分發(fā)揮材料內在潛力，保證材料質量全面提高，有效減輕重量，節(jié)約材料消耗，降低材料制造成本。在機械加工制造中，需要重點考慮使用效能使設計壽命和設計質量。大部分機械零部件都需要經過鑄造、鍛壓、焊接成形，整個零部件的加工效率比較慢，而運用熱處理技術，可以滿足零部件的服役需求，確保整個零部件的質量全面提高。

1 金屬材料的詳細介紹

1.1 金屬材料分類

隨著現代科技快速發(fā)展，各種尖端設備不斷增強，對材料處理能力提高到了納米級別，金屬材料主要包括納米金屬材料和多孔金屬材料等。盡管金屬材料成分沒有發(fā)生明顯改變，但其物理性質和化學性質卻有了顯著升級。利用納米技術可以隨意改變原子結構，使金屬材料可以按照設計需求重新組合，保證金屬材料性能與特點符合加工需要。多孔金屬材料主要是指經過特殊工藝處理后增強材料滲透性能，不改變材料原有性質可以極大增強對環(huán)境的抵抗能力，具有更廣泛應用場景，可以快速吸收更多能量，在吸收熱量設備中被廣泛應用。根據楞次定律多孔構造形成回路，具有較強電磁吸收能力，在移動電子裝置設備上被廣泛應用。

1.2 金屬材料的主要性能

金屬材料相比于傳統(tǒng)材料而言，耐久性更強、硬度更高、抗疲勞能力強，在金屬材料實際使用中可以在正常環(huán)境下不會受到腐蝕或老化等問題，導致材料喪失基本功能。金屬材料具有較強的抗腐蝕能力、材料耐久度也更高。不同金屬材料有不同硬度特點，即使相同材料接受不同的加工處理后，也會形成明顯的硬度區(qū)別，硬度較強材料可以承受更大沖擊力而且受沖擊后變形也比較小。金屬材料在經過周期力的作用下，晶體內部結構發(fā)生斷裂，擴展為整體斷裂，這也是金屬材料獨有的特征。

2 金屬材料與熱處理加工工藝的關系

2.1 金屬材料耐久性以及熱處理能力

受外力長期侵蝕，金屬材料在加工過程中容易產生疲勞、斷裂等問題，造成金屬構件損壞。熱處理加工需要對金屬材料耐久性和應力變化進行有效控制，延長金屬材料整體使用壽命。只有正確使用熱處理技術，才可以減少對應力產生的不良影響，充分利用熱處理技術，使金屬加工材料更加精確。

2.2 材料切割與熱處理預熱

在金屬材料實際加工中，需要對大量的金屬材料進行切割。合適切工工具是保障順利的關鍵通過恰當的材料切割技術，也可以縮短切割時間，減少切割損耗，在整個工作環(huán)境中，不同的金屬會產生明顯的特性，嚴重降低了金屬的整體品質，為了避免出現明顯的影響，在金屬材料切割之前需要采取熱處理技術，確保金屬處于活性區(qū)間，即使快速切割金屬的硬度降低，也能夠提高對刀具的保護效果，增強切割的速度和精度，保證切割工作順利完成。

2.3 金屬疲勞性與熱處理技術

良好的熱處理技術可以顯著增強金屬材料的整體性能，但在實際工作中很容易遇到瞬間冷卻而造成金屬構應力值顯著增加的問題，如果超過了金屬材料的可承受范圍，會造成金屬構件的斷裂，為了避免瞬間冷卻造成的快速斷裂，需要在金屬材料加工中運用現代化的精準控制技術對金屬材料進行溫度控制，保證加工溫度符合金屬材料各項指標，也能夠快速尋找新的問題，提高金屬材料的抗疲勞性能，使金屬耐凍性顯著增加。

3 機械設計中金屬材料的主要基本原則

3.1 荷載大小和性質

根據不同的機械外觀性能，在材料選擇時要充分考慮材料自身的可塑性以及對機器外觀產生的影響，只有保證材料的荷載大小和性質符合標準，才能真正發(fā)揮出機械設備的整體使用功能。

3.2 零件工作環(huán)境

在機械設計中，由于不同零部件所處的工作環(huán)境不同，對金屬材料提出了更高要求。鋁金屬具有耐腐蝕的特點，可以在濕熱環(huán)境下長時間工作，而鐵金屬具有良好的導電性能和導熱性能極佳，在工業(yè)生產中被廣泛應用。在零件加工制造中，需要按照零部件不同的工作環(huán)境分析，選擇相對應金屬材料，全面發(fā)揮出金屬材料的使用優(yōu)勢。

3.3 零件尺寸和質量

在材料選擇時要根據零部件的尺寸進行分析，是驅動機械重要基礎。零件質量是持續(xù)工作關鍵，需要嚴格按照材料的自身性能進行毛坯制造，如果無法滿足尺寸和質量需要，則不能選用。零部件的加工復雜性和材料的加工性能，也是影響材料選擇的重要因素，在材料選擇時要針對材料的鑄造性能、焊接性能、切削性能、沖壓性能等多種因素進行全面分析，保證零部件機械加工設計整體效果。在金屬材料選擇中，需要盡量保證材料發(fā)揮自身的特性，遵循經濟環(huán)保實用的要求，選用性價比更高的金屬材料。在機械設計中所使用金屬材料以碳素鋼為主，適當加入合金元素，增強材料強度和韌性提升材料耐腐蝕性、耐高溫和抗磨損的特性。在機械實際加工中，根據不同材料，加工技術也各不相同，例如鑄造技術非常適用于收縮性流動性和吸氣性強的材料，而熱處理加工技術也符合淬透性的相關標準，其熱敏感和氧化脫碳等相關技術標準。

4 熱處理技術

4.1 化學薄層滲透技術

化學薄層滲透技術在各種金屬材料中被廣泛應用，不僅可以有效減少能源資源消耗，而且可以確保能源準確處理，減少環(huán)境污染問題，提高材料處理加工效率?；瘜W薄層滲透技術是目前應用范圍廣泛，也最成熟金屬熱處理技術。

4.2 激光熱處理技術

激光是現代工業(yè)最先進的技術之一，能夠在工業(yè)生產中被廣泛應用。通過金屬熱處理可以顯著提高激光的高功率和高密度，通過淬火和硬化來提高零部件的整體強度，顯著增強，耐磨性和耐腐蝕性，可以應用于受磨損較多的零部件加工。

4.3 熱處理CAD技術

CAD技術是計算機自動化技術的關鍵，可以對零部件進行全自動處理，還能夠通過軟件對重金屬加工參數進行分析與判斷，利用虛擬實驗保證加工數據可靠性與穩(wěn)定性。運用CAD處理技術可以對零部件加工各項數據進行全自動分析，有效避免因為加工人員經驗不足引起操作失誤，顯著提高金屬材料加工質量，節(jié)約能源資源。

4.4 超硬涂層技術

超硬涂層技術不改變金屬結構基礎上能夠顯著提高金屬材料表面硬度，增強金屬材料的整體耐用性和穩(wěn)定性，整個超硬涂層技術非常簡單高效，深受廣大廠商青睞。在金屬材料表面涂抹特殊材料，操作簡單、使用方便。

4.5 振動時效處理技術

在金屬材料熱處理中，會受到機械作用力的周期性振動，導致金屬材料加工位置發(fā)生偏離，致使加工精度無法有效控制。振動時效處理技術可以根據機械力的作用變化進行分析，保證在金屬材料熱處理中以相同頻率平衡掉振動機械力，減少出現加工誤差的情況，也可以使得振動加工精度更加準確。

4.6 無氧作業(yè)熱處理技術

金屬材料在熱處理中受到高溫因素的影響，導致金屬和氧氣之間的接觸更加頻繁，也可能出現深度氧化的情況，使用氧離子可以使得金屬晶體快速擴散，在金屬表面形成一層氧化物，改變金屬局部特性。無氧作業(yè)熱處理技術可以有效去除氧化反應，使得金屬材料的純度更高。

4.7 真空低壓滲碳技術

運用可控滲碳來代替氧氣和一氧化碳等溫室氣體，通過比較高碳流量實現碳快速轉移，確保工件奧氏體碳濃度快速飽和，有效節(jié)約加工時間。滲碳技術可以有效減少環(huán)境污染，避免精簡氧化。使用低碳馬氏體不銹鋼，能夠使得微合金鋼表層硬化的溫度快速上升，實現小負荷以及大批量生產。

4.8 真空高壓淬火技術

真空高壓淬火技術可以全部或部分取代油萃技術整個加工表面干凈、無氧化無脫氧，在加工之后無需清洗可以實現全自動萃取加工，工件畸變小容性大，可以實現冷卻過程控制，更好控制材料尺寸。能迅速應對表面反應，高效低成本，實現一體化生產。

4.9 余熱利用熱處理技術

余熱利用熱處理技術主要是在材料熱處理加工中對大量的余熱進行回收，有效節(jié)約加熱裝置無需占用額外場地就能夠實現鍛造淬火回火的一體化作業(yè)，生產熱處理工期提高熱處理生產效率與普通熱處理技術相比較而言，鍛熱淬火能夠使得力學性能發(fā)生顯著變化。

4.1 0 以水帶油淬火冷處理技術

采用以水帶油方法能夠對碳合金鋼淬火冷卻，有效節(jié)約退火油或者聚合類物質，減少成本支出，也可以避免產生大量廢棄物，減少環(huán)境負荷。

5 金屬材料熱處理工藝在機械制造中的質量控制

5.1 熱處理前要做好預處理

金屬熱處理中包括正火退火等都會對金屬材料最終的變形量產生影響，而正火中如果溫度偏高會使得金屬材料內部發(fā)生明顯變形。針對這一問題，在金屬材料熱處理加工之前，要合理控制溫度，經正火處理后運用等溫淬火處理技術，既可以保證金屬材料內部結構更加均勻，同時也可以減少材料變形的問題，而要想確保金屬材料正火處理獲得良好效果，還可以同時加強退火工藝，根據金屬材料實際的結構特點科學選取退火工藝，減少金屬材料受到溫度升溫影響，確保在金屬材料熱處理中對變形問題有效控制，加強金屬材料整體質量。某些合金淬火形成過飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當溫度下保持較長時間，以提高合金的硬度、強度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時效處理。把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結合起來進行，使工件獲得很好的強度、韌性配合的方法稱為形變熱處理；在負壓氣氛或真空中進行的熱處理稱為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，保持處理后工件表面光潔，提高工件的性能，還可以通入滲劑進行化學熱處理。

5.2 加強機械加工

在金屬材料熱處理后，需要充分運用好機械加工技術，根據金屬材料的實際變形規(guī)律，通過反變形收縮端遇障孔等多種手段提高對金屬材料變形控制效果，在金屬熱處理最后階段，需要保證對熱處理變形允許值分析，確保與上道加工工序保持一致，根據金屬材料的具體變形規(guī)律，要加強熱處理的尺寸修正，切實增強金屬材料的處理合格效率。

5.3 運用合理的裝夾方法

為了保證金屬材料熱處理變形得到合理控制，在金屬材料熱處理加工中要運用同樣組織應力，要改進裝夾方式。為了只加熱工件表層而不使過多的熱量傳入工件內部，使用的熱源須具有高的能量密度，即在單位面積的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時或瞬時達到高溫。

6 結語

在金屬材料熱處理工藝中，需要充分對機械制造加工技術要求進行全面分析與判斷，確保整個熱處理對零部件切削影響降至最低。熱處理作為一種全新工藝方法，在實際生產中也會受到諸多因素的影響，任何一個細小的變化都會產生不同的結果。要全面把握熱處理工藝的技術要求，這樣才能充分激發(fā)金屬材料內在潛力，延長金屬材料使用壽命，降低生產成本，全面提高機械制造的質量和水平。