材料及熱處理工藝研究

楊歡

摘 要：金屬材料熱處理工藝與技術，可以最大程度獲得理想的金屬材料。通過熱處理振動技術、超硬涂層處理技術、化學滲透處理技術、激光熱處理技術、使金屬材料獲得更高的物理性能、化學性能、力學性能、工藝性能從而獲得理想的金屬材料，推動工業信息化發展。

關鍵詞：材料；熱處理；工藝

引言

在設計工作中選擇合適的熱處理工藝也能更加有效的改變金屬材料的機械性能。如果熱處理條件不合理，將會給金屬材料機械性能造成嚴重的破壞。

一、金屬材料熱處理工藝概述

熱處理是金屬材料通過一系列手段改變其性質及性能的處理過程，主要包括加熱、保溫及降溫等處理方式。當前在生產生活中各個層面均離不開熱處理。通過熱處理后的金屬材料，其表面的硬度得以增強，同時，采用熱處理能夠極大提高金屬材料的柔韌性，使金屬材料的抗磨損及抗疲勞能力得以增強，將熱處理后的材料制成金屬零件，延長了金屬零件的使用時間，在一定程度上實現了節能減排的目的。

因此，現階段熱處理的作用被人們多廣泛認知，與傳統熱處理不同的是，現代熱處理技術轉變了加熱-保溫-降溫的簡單流程，而是采用更為高級與先進的技術對金屬材料進行處理，這種熱處理技術能夠更為大幅度提升金屬材料的硬度，并降低金屬材料脆性，其現實意義較高。

二、金屬材料與熱處理之間的關系

其一，熱處理與金屬材料削切關系。金屬材料在熱處理后，材料的性質得以轉變，包括材料的硬度、延展度及柔韌度，因此，熱處理能夠改變金屬材料削切性能。另外，部分金屬材料在經過熱處理后，其材料穩定性得以改善，在削切過程中能夠更好的控制削切角度與力度，進而提升金屬處理效果。其二，熱處理與金屬材料切邊關系。金屬材料在經過熱處理后，其切邊將會受到一定的影響，尤其是在改變金屬材料硬度、狀態及性能后，其切邊難度有所提升或下降。其三，熱處理與金屬材料柔韌性關系。不同的金屬數形具有差異性，其硬度、延展度與柔韌度各不相同。金屬材料在經過熱處理后，其柔韌度得以改變，從而提升金屬材料的使用范圍，并加強金屬材料的穩定性，使金屬材料在應用中不會出現氧化問題，延長了金屬材料的使用壽命。

三、金屬材料熱處理工藝技術

（1）化學薄層滲透技術。化學熱處理的主要方式是將化學成分薄層滲透到金屬材料之上，從而改善金屬實際柔韌性和硬度，這種薄層滲透的方式能夠改變金屬表面形態，從而減低金屬材料在生產加工過程中出現浪費。另外，采用化學薄層滲透的金屬物質在加工過程中能夠降低生產成本，并避免金屬加工對環境造成的影響。同時，與傳統化學處理模式相比，薄層滲透僅作用于金屬表面，無需滲入到金屬的內部結構，其處理方法較為簡單，所產生的效果較好，具有極高的性價比，能夠提升技術材料熱處理效率。

（2）激光熱處理技術。激光熱處理也被稱之為激光淬火，是采用激光束照射金屬表面，當金屬表面的溫度快速升高后關閉激光束，在熱傳導作用下，金屬迅速自然冷卻，在金屬表面形成一層較薄的組織，與常規淬火模式相比，這一方式所處理后的金屬表面硬度更高，成為當前常見的金屬材料熱處理工藝之一。激光作用于金屬材料之上具有穿透性強的特征，因此，使用激光進行金屬材料熱處理，其效果較好，激光能夠促進金屬表面形成硬度較大的外層，從而提高金屬材料硬度，改善金屬現有結構。同時，當前多采用計算機系統控制激光進行熱處理，這種模式下處理方法與處理技術均采用計算機予以控制，能夠進行自動化的激光熱處理，顯著提升其工作效率，從而進行批量化生產。

（3）超硬涂層技術。超硬涂層并不是一種技術，而是多種涂層技術的合稱，其本質是采用多種技術在金屬表面制備涂層，該涂層硬度較高，從而實現金屬表面硬度的提升。一般用于超硬涂層的物質包括氮化金屬、碳化金屬、硼化金屬及氧化金屬等金屬衍生物，也包括金剛石、氮化硼、氮化碳、納米結構及納米晶等等。將上述物質涂抹于金屬表面，采用蒸鍍、濺射、沉積、離子鍍等高科技形式完成涂層的制備。超硬涂層技術的優勢在于方便快捷，對金屬材質內部的影響較小，因此，超硬涂層技術是金屬熱處理中應用最廣泛的技術之一，也是當前提高金屬表面硬度的主要方式。目前金屬熱處理涂層技術不斷發展，采用更為先進的方式進行金屬材料涂層處理，可以更為簡單快捷的提升金屬材料表面硬度，具有極高的應用效果。

（4）振動處理技術。振動處理也稱振動時效處理，是通過振動來消除金屬內應力，使常規金屬參與內應力逐漸消失，從而實現材料達到屈服強度的目標，最終導致金屬材料出現微量變形情況。通過上述方式能夠提升金屬材料的穩定性，并逐步降低金屬材料內部殘余內應力。當前實施振動處理金屬材料一般通過計算機系統進行控制，使金屬在振動中各項參數得以有效控制，在極大程度上提升了材料處理效果，降低材料處理時間，進而提升金屬材料振動處理效率。因此，這項技術近年來發展速度較快，眾多企業采用此種形式進行金屬熱處理，能夠極大降低了生產成本，同時這項處理模式對生態環境造成的影響極小，達成了節能減排的最終目的。

（5）熱處理CAD技術。CAD（ComputerAidedDesign）也就是計算機輔助設計，CAD技術通過計算機進行智能化模擬，將金屬材料熱處理的全過程進行建模，從而了解該金屬材料熱處理過程中可能會出現的各種問題，進行智能化調整后，再應用于實際生產操作之中。這種方式能夠不斷完善金屬熱處理效果，采用模擬-分析-研究這一結構對金屬材料熱處理工藝加以完善，實施預見性、全面性的金屬熱處理模式。同時，通過CAD技術進行金屬材料熱處理，能夠重點加強金屬材料處理前后各項參數的對比，進而掌握金屬熱處理前后參數變化情況與處理方式、處理時間等變量之間的關系，從而保障熱處理效果，根據實際需要制定相應的處理模式，有助于提升金屬材料熱處理效果。

四、金屬材料熱處理技術發展趨勢

當前科學技術高速發展下，各種金屬材料熱處理技術均得以全面提升，尤其是近年來各種先進的金屬材料熱處理技術層出不窮，極大發展和拓展了我國金屬制造行業發展。筆者就當前金屬熱處理相關文獻及學術成果加以研究，認為未來金屬材料熱處理的技術發展應以可控氣氛技術為主，所謂可控氣氛（ControlledAtmosphere）是指采用控制氣體模式加熱金屬，從而使金屬與氣體之間形成化學反應，從而導致金屬表面形成一層保護層，這層保護層硬度與柔韌度與所用氣體及金屬材質具有密切關系。一般而言，多采用氫氣、氬氣、氮氣作為可控氣氛，使金屬表面氧化、脫碳、增碳。能夠有效提升金屬材料的硬度，生產中多使用2種及2種以上的氣體進行熱處理，以達成保護金屬表面、提升金屬表面硬度的目標。在未來對金屬熱處理技術認識更為深入之后，筆者相信可控氣氛熱處理技術必然隨之顯著發展，這項技術操作難度低、生產效率較高，十分適用于生產之中。

五、結束語

本文通過對金屬材料的簡要分析，引導出熱處理技術，熱處理在機械行業中有著非凡的作用。通過對傳統的熱處理和新型熱處理的對比，充分體現出新型熱處理的優點（高質、高效、節能、環保等好處），只有通過改進和發展新型的設備技術和工藝，才能立于不敗之地。

參考文獻：

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