金屬材料熱處理工藝與技術分析

劉 威

（新余鋼鐵集團有限公司，江西 新余 338001）

在工業生產中為了最大限度的發揮金屬材料的使用價值，需要通過各種手段不斷提高材料的機械性能。金屬材料的熱處理規劃設計過程中，采用科學合理的工藝和技術能夠不斷挖掘、提高金屬材料的應用價值；相反，不合理的熱處理方法不僅不能提高材料的性能，反而會造成金屬材料本身性能的破壞和喪失。因此，工作人員在根據金屬材料成分、組織架構來確定熱處理工藝技術要求時，應該充分考慮到金屬材料與熱處理工藝的各種關系，制定科學合理的工藝流程。只有這樣才能讓各種各樣的金屬材料在先進工業技術的應用過程中實現價值最大化[1]。

1 金屬材料概念與性能

金屬材料是指有一定的光澤和延展性，容易導電和傳熱的材料，它們具有疲勞性、可塑性、耐久性和一定的硬度與韌性。一般分為黑色金屬、有色金屬和特種金屬材料。黑色金屬就是平常所說的鋼鐵材料；有色金屬是指鐵、錳以外的所有金屬及其合金，通常分為輕金屬、重金屬、貴金屬、半金屬、稀有金屬和稀土金屬等；而特種金屬材料包括不同用途的結構金屬材料和功能金屬材料，比如，非晶態金屬材料、納米晶金屬材料以及金屬復合材料。

金屬材料的應用也是人類社會進步的重要標志。現代工業生產過程中，金屬材料的使用與加工處理要充分考慮到材料的力學性能（就是我們俗稱的機械性能，包括強度、硬度、塑性、韌性、疲勞極限和抗沖擊能力等）、化學性能（抗腐蝕性、抗氧化性）、物理性能（密度、熔點、熱膨脹性、磁性、電學性能）與工藝性能（切割加工性能、可鍛性，可鑄造性、可焊性），為不同性能的金屬材料制定科學合理的處理工藝，促進金屬材料使用范圍的擴大和使用年限的延長。

2 金屬材料熱處理概念與分類

工業生產中的金屬材料熱處理是指把金屬或合金材料在特定容器中加熱到規定溫度并持續一定的時間，然后用不同的速度在各種預定介質中降溫冷卻，從而達到改變金屬材料表面或內部基本組織結構和塑造與穩定金屬材料性能目的一種工藝技術。簡單的說，就是固體材料通過加熱、保溫、冷卻獲得預期組織結構與性能的金屬加熱工藝[2]。

金屬熱處理工藝總體上分為整體熱處理、表面熱處理和化學熱處理三種。不同的熱處理工藝能夠促使同一種金屬內部與表面基本結構的不同重組構建，從而達到不同的使用性能要求。

3 金屬材料熱處理的過程

根據金屬材料熱處理過程中溫度的變化，熱處理過程一般包括加熱、保溫、冷卻三個階段。有時可能只有加熱和冷卻兩個過程，但這些過程都是互相銜接，不能間斷的。

加熱是熱處理工藝中的基本要素和前提。以前熱處理在加熱的時候多采用木炭或者煤炭來升高溫度，隨著時代的進步和新能源的開發，液體及氣體燃料也廣泛應用到了熱處理過程中。現在電力技術的快速發展和應用給金屬材料熱處理帶來了前所未有的便利之處，用電力技術進行加熱便于工作人員操作控制加熱的溫度與時間，這對于保障熱處理質量具有劃時代的意義。然而，在熱處理過程中金屬材料與工件暴露在空氣中往往會發生氧化、脫碳現象，這對控制加熱環境提出新的要求的同時，也可以用涂料和包裝方法進行保護加熱[3]。

保溫就是在熱處理過程中要按照技術標準和規范，在溫度得到有效保障與可控制的前提下，讓加熱后的金屬材料繼續維持特定的溫度，最終促使金屬材料內外部結構完整的完成預期變化，使金屬材料的使用性能得以穩定和提高。

冷卻工藝也是熱處理過程中的關鍵環節。針對不同的工藝和金屬材料需要采取不同的冷卻方法和冷卻時間。主要體現在對冷卻速度的控制上，一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。

4 工業生產中常用熱處理工藝和技術

4.1 激光熱處理技術

激光熱處理技術是指通過激光照射較為堅硬的金屬材料表面，實現對金屬材料的硬化處理。由于激光具有穿透性強、密度高、功率大的特點，在改善金屬材料表面性質方面具有獨特優勢。激光熱處理技術與計算機的結合能夠實現自動化熱處理和有效提高整體的工作效率。激光熱處理技術在提升金屬材料硬度、強度與使用性能的同時，能夠解決傳統工藝處理過程中的特殊部位的包凹凸、深溝等在內的特殊問題。

4.2 化學熱處理薄層滲透技術

這是現階段應用最為廣泛的熱處理技術，薄層滲透技術是基于傳統熱處理技術存在的問題而產生的。在金屬材料表面涂抹薄薄的一層化學物質，不需要深入滲透到材料內部就能夠改變金屬材料的表面性質。這一技術在保障金屬材料自身性能的同時，有效地減少了對環境的污染和成本投入，對于熱處理技術的發展具有研究價值。

4.3 振動時效處理技術

振動時效處理技術是在計算機的配合與控制下運用振動原理通過計算好的振動來達到穩定金屬材料性能的目的。這一技術的廣泛應用能夠防止熱處理過程中出現斷裂、變形、開裂現象，同時也縮短加工時間，降低成本與能源消耗，有效保障熱處理質量與效率。

4.4 真空熱處理技術

使用真空熱處理技術讓金屬材料在無氧環境中通過惰性氣體的對流傳熱，保證熱處理過程中金屬材料的加工更為均勻、科學，具有明顯的節能環保效果。然而，由于真空處理技術在我國興起時間較短，目前還處于發展階段，該種技術的應用對條件與技術要求比較嚴格，不能達到真正意義上的真空狀態。

5 結束語

科技的進步能夠帶動我國金屬材料熱處理工藝和技術的飛速發展。在環保與可持續發展的趨勢下，熱處理技術必須向節能、綠色、環保的方向前進，這需要工業生產主體與相關部門在對熱處理技術與金屬材料性能之間關系進行認真研究和設計合理熱處理工藝流程的同時，加大對熱處理材料設備的改善，在保障材料循環利用的基礎上達到節能減排的目的，真正意義上提高國內熱處理技術水平。