探討金屬材料與熱處理工藝的關(guān)系

滕思炎

本鋼板材股份有限公司冷軋廠酸洗作業(yè)區(qū) 遼寧本溪 117000

1 金屬材料與熱處理工藝概述

1.1 金屬材料結(jié)構(gòu)

工業(yè)生產(chǎn)中使用比較多的金屬包括鐵、鉛、鉻、錳、銅、鋁等，但是基本使用的都是合金金屬，其與金屬結(jié)構(gòu)相比有兩個(gè)特征，其一是原子空間排列方式，其二是金屬原子結(jié)合方式。金屬性能與原子空間排列匹配情況聯(lián)系密切，原子排列不同，性能也就不同。而金屬材料的熱處理就是在一定介質(zhì)中加入金屬工件，其在加熱到一定溫度并保持一段時(shí)間后，在不同介質(zhì)中以不同的速度冷卻，金屬材料表面甚至內(nèi)部結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生改變，進(jìn)而形成另一種金屬[1]。因此，對(duì)金屬合金來(lái)講，可以利用熱處理工藝改變其原子排列，進(jìn)而對(duì)其組織結(jié)構(gòu)作出改變，對(duì)其機(jī)械性能進(jìn)行控制，進(jìn)而滿足工程技術(shù)要求。熱處理?xiàng)l件不同，材料性能所改變的效果也不同。

1.2 熱處理工藝類型

（1）真空熱處理技術(shù)。該處理技術(shù)包括退火、淬火以及化學(xué)熱處理等內(nèi)容，其能夠使工件減少變形，避免氧化，凈化表面以及實(shí)現(xiàn)脫氣，增加工件使用期限，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。該基礎(chǔ)主要應(yīng)用在高速鋼、不銹鋼等合金的淬火上。

（2）可控氣氛熱處理技術(shù)。該處理技術(shù)是通過(guò)控制爐氣成分實(shí)現(xiàn)熱處理，其中爐氣包括還原、滲碳和中性這幾種。氣氛保護(hù)目的在于避免工件表面出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)。該處理是在加熱時(shí)避免材料出現(xiàn)氧化脫硫反應(yīng)，提高材料質(zhì)量和數(shù)量及工件精度。

（3）氣象沉積技術(shù)。該處理技術(shù)分為物理和化學(xué)兩種處理，其通過(guò)對(duì)化合物氣體分解或化學(xué)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)工件沉積脫模。而物理處理就是利用真空濺射等方式實(shí)現(xiàn)真空鍍膜，其應(yīng)用比較廣泛[2]。

（4）形變熱處理技術(shù)。該處理技術(shù)是強(qiáng)化金屬與合金的方法，其將塑性變形與熱處理兩個(gè)技術(shù)相機(jī)和，實(shí)現(xiàn)了材料性能復(fù)合熱處理。高溫形變將材料加熱到一定范圍實(shí)現(xiàn)塑性變形，之后完成回火與淬火工作，為強(qiáng)化變形效果需要避免奧氏體結(jié)晶軟化，這就需要迅速冷卻形變體。

2 金屬材料與熱處理工藝關(guān)系分析

2.1 金屬材料與熱處理溫度關(guān)系

（1）材料斷裂韌性。材料不同尺寸不同，斷裂力學(xué)的起點(diǎn)就是不同的裂紋數(shù)量。金屬晶體位錯(cuò)降低，材料位錯(cuò)密度也就下降，強(qiáng)度有所提升，其斷裂性也隨之上升。金屬晶體位錯(cuò)要想減少就需要強(qiáng)化細(xì)晶，其原理就是避免位錯(cuò)滑移，使得晶體比例上升，增加了材料韌度，經(jīng)過(guò)熱處理可以細(xì)化金屬結(jié)構(gòu)[3]。

（2）材料切變模量。切邊模量作為材料的力學(xué)性能指標(biāo)，模量大，則材料剛性就越大，經(jīng)過(guò)熱處理后，材料物理性質(zhì)會(huì)產(chǎn)生改變，材料性能和切邊模量也會(huì)出現(xiàn)變化，導(dǎo)致設(shè)計(jì)計(jì)算和實(shí)際計(jì)算的彈簧伸長(zhǎng)量也會(huì)出現(xiàn)誤差。通過(guò)分析熱處理與切邊模量之間的關(guān)系，可以得到，彈簧鋼設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，需要應(yīng)用彈簧模量以及材料切邊模量。但是，其取值是根據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)得到的，其會(huì)導(dǎo)致計(jì)算出現(xiàn)誤差。而由于熱處理后，成品彈簧和熱繞成型彈簧本身的原子結(jié)合會(huì)決定彈性模量大小，而影響原子結(jié)合力的包括合金組織、結(jié)構(gòu)、形變、溫度等，熱處理后，會(huì)導(dǎo)致材料溫度出現(xiàn)變化，也就意味著彈性模量變化。本人認(rèn)為，在計(jì)算線性要求高的彈簧需要根據(jù)現(xiàn)有條件，在規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行切邊模量選取就可以。

2.2 金屬材料抗應(yīng)力腐蝕開裂與熱處理應(yīng)力

金屬材料拉伸應(yīng)力在腐蝕狀態(tài)下會(huì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，這就是腐蝕開裂，其是由于殘余拉應(yīng)力導(dǎo)致的，而殘余應(yīng)力發(fā)生在金屬焊接中。金屬加熱和冷卻處理過(guò)程中，材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)性能發(fā)生變化，隨之金屬熱應(yīng)力也會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)對(duì)殘余應(yīng)力和裂紋形成關(guān)系的分析可以得知，提高淬火冷卻速度，材料縱裂能夠得到抑制。此外，材料冷卻后期，為了使截面溫差與其中心金屬部位收縮速度降低，需要降低應(yīng)力值，以達(dá)到淬裂目的。

3 結(jié)語(yǔ)

金屬材料與熱處理對(duì)于機(jī)械零件的制造十分重要，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)需要把握好兩者關(guān)系，了解其中的構(gòu)成關(guān)系，以提高機(jī)械零件的整體制作水平，提高金屬材料的精準(zhǔn)度。