金屬材料與熱處理工藝關系的探討

王家亮 王思宏

摘 要：我國經濟的快速發展促進了我國工業生產規模的不斷擴大，金屬作為重要的工業原材料，其機械性能的好壞直接決定了工業產出品的質量，金屬冶煉中的熱處理技術能夠通過溫度的變化改變金屬的材料特性，使金屬材料更加滿足工業生產對產品性能的要求，因此，為了提高金屬工件的質量與力學性能，有必要探討金屬材料與熱處理工藝之間的關系，以進一步提高我國的工業生產技術。

關鍵詞：金屬材料;熱處理;工藝;探討

前言：

工業技術的發展對原材料的性能提出了更高要求，金屬作為基本的工業原料之一，其力學性能的拓展是工業不斷發展的重要基礎，金屬經過熱處理工藝改造后，往往會展現出不同的機械性能，因此，為了合理有效地提高原材料的利用率，研究人員應根據工業項目的需要，對金屬材料與熱處理工藝間的關系進行探討，最大限度地激發出金屬材料的特有性能。

一、金屬材料特性

（一）強度

對外部壓力的抵抗能力是金屬的基本特征之一，硬度越高的金屬在面對外部壓力時越不容易發生形變，其維持自身穩定形態的能力越強。

（二）硬度

硬度強度相同，也是衡量金屬是否容易發生形變與否的重要指標之一，金屬的硬度由多種因素決定，因此不應該僅從物理層面理解金屬的硬度，而應把材料彈性、塑性、強度和韌性等力學指標納入硬度的考察范疇。

（三）塑性

金屬塑性是指金屬在壓力作用下保持其自身結構發生穩定變化的能力，塑性的存在保證了金屬的內部結構不被破壞，是金屬維持其完整性的重要特征之一。

（四）疲勞

疲勞是指在應力作用下，金屬在荷載范圍內發生的局部或完全斷裂情況，金屬疲勞的產生往往具有時間上的不確定性，裂紋或破壞的很難被及時甄別出來，隱藏著很大的安全隱患。

二、熱處理工藝介紹

（一）真空熱處理技術

真空熱處理技術是指在真空條件下進行的熱處理技術，真空熱處理工藝融合了真空與熱處理技術的雙重優點，避免了金屬材料在淬煉過程中可能出現的氧化還原、脫碳、滲透反應，大大提高了金屬冶煉的質量，提高了金屬工件的機械強度與表面光滑性。此外，真空熱處理技術還具有能耗低、不易變形的特點，運用真空熱處理技術進行金屬材料淬煉，其能量消耗只需普通淬煉的一半甚至更低，而且由于真空條件下的熱處理較為緩慢均勻，金屬材料內外溫度差異不大，極大避免了由于加熱不均帶來的形變問題，其冶煉結果更加可靠。

（二）激光熱處理技術

總所周知，激光是一種能量密度極高的光束，激光可以在極短的時間內產生出巨大能量，其輸出功率可以達到普通熱處理功率的100倍以上，因此只需要通過控制激光在金屬表面的作用時間與輻射功率，就可以快速地對金屬材料進行相變強化、非晶態化、重熔合金化等基本操作，極大提高了金屬冶煉的速率與質量，增長了易損金屬工件的壽命，更容易獲得非常規形態下的金屬工件。此外，激光熱處理技術還具有工藝流程簡單、環境污染小等特點，適宜于金屬工件的自動化大規模生產，大大節省了熱處理成本。

（三）形變熱處理技術

形變熱處理技術是近段時間興起的一種新型熱處理技術，形變熱處理通過對金屬的雙重擠壓，使得金屬內部的粒子發生形變和相變方向上的錯位，形成了單一錯位不能達到的金屬特性，大大提高了金屬材料的力學性能與反應韌度。此外，根據形變與相變發生的反應先后順序不同，金屬可以出現不同程度的結構變化，大大豐富了金屬熱處理的成果產物。

三、金屬材料與熱處理工藝關系的探討

（一）熱處理溫度與材料切邊衡量

在對金屬材料進行鍛造時，應十分注意材料切邊的衡量，在實際操作中，金屬材料往往會因為熱處理發生不同程度的尺寸變化，有必要分析應力釋放下材料的機械性能。例如，在變形率的極限范圍內，可以計算出機械應力與剪切應變之比，可以發現，在實際操作中，金屬材料在設計的伸長率和彈簧的實際輸出之間存在一定的誤差。對于影響原子間結合力的因素，應根據原子間結合力的值和材料的彈性模量進行相應的變形。溫度和結構的設計可確保即使熱處理后材料溫度發生變化，材料的彈性模量也不會發生太大變化。

（二）斷裂韌性和熱處理溫度的關系

為了提高金屬材料的基礎運動韌性，對任何金屬材料都應分析熱處理中金屬出現的裂紋和數量。金屬的斷裂特性與金屬材料的微晶格的排列和分布有關。 研究發現，當金屬材料的粒子排列規律且緊密的時候，金屬材料的晶格能更大，其強度、硬度更大，在外力作用下保持自身穩定的能力越強，越不容易斷裂，因此，探討金屬斷裂韌性與熱處理溫度之間的關系有助于提升金屬的力學性能。熱處理的基本原理是細化晶粒，防止位錯和滑動，并使晶格排列緊密。 當金屬處于一定溫度時，較大的變形區域會產生新的晶粒來代替原始晶粒，從而實現金屬的重結晶。 當金屬發生重結晶后，其粒子的排列結構也發生了改變，進而影響了粒子的晶格能大小，直接改變了金屬的斷裂韌性。

（三）熱處理與抗應力腐蝕開裂

加熱金屬時，由于熱處理特定的腐蝕環境和拉伸應力，容易使金屬材料產生應力腐蝕裂紋。為了改變金屬材料的結構和性能，可以分析殘余應力與裂紋形成之間的關系。金屬的殘余應力實際上就是金屬內部粒子與外部反應所形成的相互作用力。殘余應力的存在一般會導致金屬抗應力不足而產生開裂現象，并且這種危害一般都是隱形的，并不會在熱處理中立即表現出來，而是當金屬工件在使用過程中殘余應力與其他作用力相加的總和大于最大承受能力時，才會出現開裂，腐蝕、變形現象。但是，殘余應力的存在也并非有害無益，只要熱處理技術得當，也能夠利用殘余應力提升金屬材料的性能，增強金屬材料的強度硬度與抗疲勞耐磨損強度，因此，為避免金屬物體在熱處理條件下可能發生的腐蝕開裂情況，應對熱處理條件下裂紋與殘余應力之間的關系進行探討，通過實驗確定出不同溫度下的最適殘余應力值，以提高金屬工件的性能指標。

四、結束語

綜上所述，對金屬材料與熱處理工藝的研究有利于提高金屬的力學性能，因此，筆者認為相關人員應在實際工作中密切關注金屬材料與熱處理工藝之間的關系，努力提高金屬工件的使用壽命與質量，生產出更符合工程要求的金屬工件。

參考文獻：

[1]林清.金屬材料與熱處理工藝關系探索分析[J].科技風，2019（11）：169+195.

[2]李春雷.熱處理工藝中溫度及應力與金屬材料的關系探討[J].中國金屬通報，2018（03）：110+112.

[3]劉小軍.金屬材料與熱處理工藝關系的探討[J].科技傳播，2010（20）：122-123.