淺談金屬材料與熱處理工藝的關(guān)系

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)得到很大提高，較高的機(jī)械性能能夠發(fā)揮出金屬材料最大的潛能。為了滿足生產(chǎn)需求，需要通過(guò)熱處理工藝改變金屬材料的機(jī)械性能，所以必須加強(qiáng)對(duì)熱處理工藝的研究，處理好金屬材料和熱處理工藝之間的關(guān)系，獲得最佳的生產(chǎn)效果。作為設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)金屬材料的特性和組成成分，選擇最佳的熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)二者之間的有機(jī)結(jié)合。文章主要對(duì)當(dāng)前熱處理工藝和金屬材料之間的關(guān)系進(jìn)行分析，希望能夠給相關(guān)人士提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：金屬材料；熱處理；工藝；關(guān)系

1 金屬材料和熱處理發(fā)展的歷史

早在四千年前我國(guó)就已經(jīng)開始使用金屬材料了，而且相比世界其他國(guó)家，我們很早就開始具有較高的熱處理水平。自從改革開放之后，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到了快速發(fā)展，金屬材料的種類日益繁多，熱處理技術(shù)也得到很大提升，為我國(guó)金屬制造業(yè)、冶金業(yè)、鋼鐵業(yè)等工業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)，進(jìn)一步促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。當(dāng)前金屬材料和熱處理工藝之間的關(guān)系越來(lái)越緊密，需要相關(guān)研究人員深入探討二者之間的積極關(guān)系。

2 金屬材料的基本組織和結(jié)構(gòu)

雖然鋁、銅、鐵等金屬材料被廣泛使用在生產(chǎn)工業(yè)中，但是由于單純的某種金屬材料存在一定的缺陷，所以當(dāng)前這些金屬材料的合金形式被使用的更加廣泛。當(dāng)前合金內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要分為兩個(gè)方面，一個(gè)是內(nèi)部空間原子之間的排列情況，另一個(gè)是原子和金屬之間的結(jié)合方式。空間原子之間排列方式的不同則會(huì)產(chǎn)生不同的金屬性能，所以，空間原子排列情況和金屬性能有直接關(guān)系，我們可以根據(jù)這一規(guī)律利用熱處理技術(shù)來(lái)滿足生產(chǎn)需求。所謂金屬材料熱處理工藝指的是在一定的介質(zhì)中加熱金屬達(dá)到特定的溫度，并保持一段時(shí)間，在不同的介質(zhì)下進(jìn)行冷卻，達(dá)到改變金屬性能的一種工藝。熱處理工藝是一項(xiàng)十分復(fù)雜的加工工藝，其中任何一個(gè)因素受到外界影響而發(fā)生改變，都會(huì)影響到金屬性能的改變，所以為了能夠滿足生產(chǎn)工業(yè)的需要，需要做好熱處理工藝的控制，進(jìn)一步提高機(jī)械性能。

3 分析熱處理和金屬材料的關(guān)系

3.1 分析熱處理預(yù)熱和金屬材料的切削性能所存在的關(guān)系

為了能夠保證生產(chǎn)出來(lái)的金屬材料性能滿足需要，就必須保證在加工過(guò)程中熱處理工藝和切削性能之間保持相互配合的關(guān)系。在切削加工中可能會(huì)因?yàn)榻饘俨牧稀⑶邢鳁l件、加工材料等因素而產(chǎn)生不同程度的光潔度。在熱處理過(guò)程中不可避免的會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，影響到金屬材料的性能，所以為了盡可能地減少加工缺陷，就需要對(duì)這些毛坯或者金屬半成品進(jìn)行預(yù)熱處理，使其保持在切削加工的良好狀態(tài)，同時(shí)也保障切削材料的加工精度滿足產(chǎn)品要求，零件的性能也能夠進(jìn)一步提高。不同的金屬材料具有不同的金相組織和硬度范圍，所以相對(duì)應(yīng)的每種金屬材料都具有一個(gè)最佳的切削性能。在切削加工的過(guò)程中，有可能會(huì)因?yàn)橛捕炔贿_(dá)標(biāo)而產(chǎn)生粘刀現(xiàn)象，在傾面上產(chǎn)生積屑瘤，這不僅影響到金屬材料的切削性能，同時(shí)也影響了零件表面的光潔度。目前，加工人員可以通過(guò)正火處理來(lái)減少粘刀問(wèn)題的產(chǎn)生，進(jìn)一步提高了切削性能。鋁合金是當(dāng)前生產(chǎn)工業(yè)中比較常見的一種合金。在加工鋁合金時(shí)可以采用固溶處理，能夠增強(qiáng)鋁合金的性能，使合金內(nèi)部晶粒體現(xiàn)出均勻的組織，這也能有效提高機(jī)械的加工精度。

3.2 熱處理溫度和金屬材料切邊橫量所存在的關(guān)系

材料力學(xué)性能指標(biāo)之一包括了切邊橫量，切應(yīng)變和切應(yīng)力的比值，是材料在彈性變形比例極限范圍內(nèi)以及剪切應(yīng)力作用下得出來(lái)的。對(duì)材料抵抗切應(yīng)變的能力有了表征的作用，模量大，材料的剛性就越強(qiáng)，通過(guò)熱處理，改變了材料本身的物理性質(zhì)，材料的性能也發(fā)生了改變，隨之切邊衡量也應(yīng)該發(fā)生變化，從而實(shí)際和設(shè)計(jì)計(jì)算的彈簧伸長(zhǎng)量出現(xiàn)了一定的誤差。通過(guò)對(duì)熱處理和金屬材料切邊模量變化關(guān)系的分析，可以看出，選用彈簧鋼的工業(yè)生產(chǎn)中，對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，要使用彈簧模量和材料切邊的模量。然而，切邊模量的取值是按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)給出的，會(huì)導(dǎo)致彈簧的變形量在實(shí)際和計(jì)算中都存在著很大的誤差。因?yàn)榻?jīng)過(guò)熱處理后，加工的成品彈簧以及熱繞成型的彈簧，由于原子間的結(jié)合力決定了材料彈性模量的大小，彈性模量的大小受到影響原子間結(jié)合力的因素的影響。影響原子間的結(jié)合力是由合金組織、成分、溫度和形變強(qiáng)化等產(chǎn)生的。所以材料溫度在經(jīng)過(guò)熱處理后發(fā)生了變化，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候，彈簧特性線產(chǎn)生的先天性誤差，是由彈性模量的變化所引起的。所以在設(shè)計(jì)計(jì)算特性線要求比較高的彈簧時(shí)，設(shè)計(jì)不能按照傳統(tǒng)資料給的定值，要根據(jù)載荷、工作溫度等彈簧的服役情況確定。

3.3 熱處理溫度和金屬材料斷裂韌性所存在的關(guān)系

在金屬材料加工的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)金屬材料斷裂的現(xiàn)象。實(shí)際上，在外力的作用下，存在裂紋的金屬材料會(huì)抵抗裂紋的擴(kuò)展，我們可以稱之為斷裂韌性。通過(guò)減少金屬晶體中的位錯(cuò)現(xiàn)象，就能夠減小位錯(cuò)密度，進(jìn)而提高金屬材料的性能，使得金屬材料的斷裂韌性能力得到提升。通常情況下，主要采用細(xì)晶強(qiáng)化的方式來(lái)阻礙金屬晶體位錯(cuò)。而通過(guò)熱處理工藝，能夠使得細(xì)晶強(qiáng)化功能得到進(jìn)一步提升，實(shí)現(xiàn)金屬組織的再結(jié)晶，其過(guò)程是通過(guò)加熱金屬材料，使之達(dá)到非常高的溫度，然后產(chǎn)生等軸晶粒代替已經(jīng)變形的晶粒，這一過(guò)程通常是在變性劇烈區(qū)域完成。在變形溫度達(dá)到一定的前提下，金屬材料的局部錯(cuò)位密度就會(huì)累計(jì)到一個(gè)最高點(diǎn)，進(jìn)而發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。因此，金屬的熱處理溫度直接關(guān)系到再結(jié)晶效果，而且這種關(guān)系十分明顯，需要加工人員能夠特別注意。為了能夠更高程度的激活原子，并使它遷移，必須保證變形金屬的加熱溫度達(dá)到一定程度，同時(shí)逐漸形成結(jié)晶。原子的擴(kuò)散過(guò)程能夠獲得熱處理的控制溫度，進(jìn)而提高金屬材料的斷裂韌性。

3.4 熱處理應(yīng)力和金屬材料應(yīng)力腐蝕所存在的關(guān)系

金屬材料的應(yīng)力腐蝕開裂直接影響到其使用性能，所以必須引起重視。應(yīng)力腐蝕開裂的產(chǎn)生主要是在特定的腐蝕環(huán)境以及拉伸應(yīng)力的作用，金屬材料出現(xiàn)了脆性斷裂。金屬材料在焊接過(guò)程中會(huì)存在一些殘余應(yīng)力，而這些殘余應(yīng)力卻導(dǎo)致了金屬材料的應(yīng)力腐蝕開裂。金屬材料在加熱和冷卻過(guò)程中其內(nèi)部組織和性能會(huì)發(fā)生改變，導(dǎo)致金屬材料的表面和內(nèi)部溫度存在差異，進(jìn)而產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力，在這種情況下，金屬內(nèi)部的冷卻溫度要高于表面溫度，收縮程度比表面小，使得材料內(nèi)部受到拉應(yīng)力影響。在金屬材料熱處理過(guò)程中，由于材料的性能發(fā)生了變化，不同部位有不同的體積，產(chǎn)生了組織應(yīng)力。金屬材料的表面和內(nèi)部都會(huì)受到不同程度的組織應(yīng)力和殘余應(yīng)力的影響。在熱處理過(guò)程中的冷卻速度是決定殘余應(yīng)力和影響淬火質(zhì)量的決定性因素之一。所以加工人員在進(jìn)行金屬材料熱處理過(guò)程中應(yīng)該控制好冷卻速度，盡可能地接近標(biāo)準(zhǔn)值，減少應(yīng)力的產(chǎn)生，進(jìn)而提高金屬材料的性能。

4 結(jié)束語(yǔ)

處理好熱處理工藝和金屬材料之間的關(guān)系，能夠有效加強(qiáng)金屬零部件的制造水平，同時(shí)也促進(jìn)其他工業(yè)生產(chǎn)的加工質(zhì)量。伴隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，相關(guān)研究人員必須不斷探索金屬材料和熱處理工藝之間的關(guān)系，提高二者結(jié)合的準(zhǔn)確度，實(shí)現(xiàn)全方位的加工技術(shù)。

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