金屬材料熱處理工藝與技術研究

蔡太祿

摘 要：金屬材料作為主要的工業材料，其應用領域較為廣泛。根據金屬材料自身的特性，其性能與熱處理工藝具有直接關系，因此，需要加強對金屬材料熱處理工藝與技術的研究。本文從我國工業常用的金屬材料出發，分析了這些金屬材料的性能特點以及與熱處理工藝之間的關系，重點介紹了現階段我國常用的金屬材料熱處理工藝，希望能夠對金屬材料性能的優化處理有所幫助。

關鍵詞：金屬材料;性能;熱處理工藝技術

中圖分類號：TG156 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）10-0105-02

0 引言

在工業領域內，金屬材料的加工涉及多個環節，其中最基礎的加工處理就是熱加工。熱處理能夠從根本上對金屬材料的物理性能按照既定的要求加以改變完善，進而優化金屬材料的性能，使其能夠適用于工業生產，提高金屬材料的利用效率。但是，熱處理過程中，金屬材料不可避免地會受到其他因素的影響，進而使得自身的性能并沒有朝著預期的方向改善，甚至會出現變形等異常情況，嚴重影響了金屬材料的熱處理質量。對此，熱處理工藝需要全面分析掌握可能出現的影響因素，并采取科學有效的控制措施以降低不良因素對金屬材料的影響與破壞。

1 金屬材料的簡介

1.1 金屬材料的分類

金屬材料普遍存在于人們的生活和生產活動中，具有極高的應用價值，其使用范圍也相對廣泛，是一種常見的工業材料。通常情況下，金屬材料主要分為金屬納米材料和多孔金屬材料。其中，納米金屬材料，是一種納米材料。它是在普通金屬材料的基礎上經過特殊工藝的處理，將普通金屬材料原有的實際密度尺寸不斷壓縮直至達到納米級別。金屬納米材料與原本的普通金屬材料在物理性質和化學性質方面都有顯著的區別。因此，將普通金屬材料按照生產的實際要求，通過調整工藝參數就可以得到不同納米級別的納米金屬材料，并實現金屬材料性能的改善。多孔金屬材料的典型特點就是材料內部的孔隙較多，具有良好的滲透性和耐腐蝕性。同時，多孔金屬材料對電磁和其他形式的能量還具有一定的吸收性，可以被應用在起落架等金屬設備中以及其他相關領域[1]。此外，多孔金屬材料對使用環境的適應能力較強，能夠被應用在自然環境相對比較惡劣的情況下，這一特點極大擴展了金屬材料的應用范圍，提高了應用過程中的穩定性。

1.2 金屬材料的主要性能

（1）金屬材料的硬度性能。金屬材料的硬度是物理性能的一種體現，可以用于判斷金屬材料物理性能優異性。金屬材料具有良好的硬度性能，主要體現在金屬材料的抗擊能力較強。相反，金屬材料硬度較差則相對比較脆弱，在外部作用力下容易發生彎曲或者斷裂等現象。（2）金屬材料的耐久性。金屬材料具有良好的耐久性，主要表現在金屬材料具有較長的使用壽命，即使在環境相對惡劣的使用條件下仍然可以保持相應時間的使用性能。在金屬材料的實際使用過程中，由于使用環境復雜多樣，很有可能會受到腐蝕，一般常見的腐蝕類型有應力腐蝕和縫隙腐蝕等。腐蝕作用是影響金屬材料耐久性的主要因素。金屬材料的耐久性越強，其越不容易受環境腐蝕的影響，便可以在較長時間內保持穩定的使用性能[2]。

1.3 金屬材料的疲勞性

金屬材料的疲勞性主要是指金屬材料在使用過程中，受各種負載作用力的影響，在還未達到應力臨界點之前就已經發生不同程度的變形、斷裂或者其他損壞現象。而在實際的工業生產環境下，像機械設備中的軸、軸承、連接桿等都是由金屬材料制備而成，且需要長時期承受應力作用，這就需要這些機械零部件具備較強的疲勞強度，以延長機械設備的使用時間，保證生產活動的順利進行。因此，對于工業機械設備所使用的金屬材料必須將疲勞性作為重點衡量指標。

2 金屬材料的性能與熱處理工藝的關系分析

2.1 金屬材料的耐久性與熱處理之間的關系

金屬材料的應用需要經過熱處理對其形態進行加工改進，而這個過程需要對金屬材料施加不同程度的應力作用。而金屬材料在長時間的外力作用或者受外界腐蝕的影響，很容易會出現開裂現象，這就需要對熱處理應力加以控制。在熱處理操作之前，全面測試了解金屬材料的應力與耐久性之間的關系，以確定科學合理的熱處理應力。這樣在對金屬材料進行熱處理時就可以準確控制好應力的實施范圍，以免對金屬材料造成結構和性能上的影響，保證金屬材料的穩定性和安全性。同時，通過合理掌握熱處理應力與金屬材料的耐久性之間的關系，也可以有效改善金屬材料自身的耐久性能并加以適當處理，以免熱處理后仍然存在不當的剩余應力對金屬材料造成不同程度上的損害，進而影響金屬材料性能的發揮[3]。

2.2 材料的切割與熱處理之間的關系

金屬材料切割也是加工過程中必不可少的一道工序。對于切割處理，需要綜合考慮到金屬材料的變形和過程熱量問題。不同的金屬材料具有不同的材質，在切割過程中所產生的變形也有所不同。總體上來說，金屬材料越容易發生變形越不容易切割，對操作人員的切割技術水平要求越高。同時，金屬材料在切割作用影響下會產生不同程度的熱量，這就需要借助熱處理來減少切割熱量的產生。一般是對金屬材料進行相應的預處理，這樣在切割時切割工具與金屬材料之間的摩擦力就會得到有效緩解，進而減少兩者之間發生粘連的現象，更有利于切割人員對切割位置和切割力度的掌握，保證切割工作的準確性和高效性。

2.3 金屬材料的疲勞性與熱處理之間的關系

在熱處理過程中，不同的金屬材料經過相應的預處理并在短時間內被冷卻，很容易出現變形或者斷裂等現象。這就需要將熱處理及相關的加工方式合理配合，并將影響因素控制在合理范圍內，如切割溫度、環境溫度等，以改善金屬材料的抗疲勞性。在全面掌握金屬材料自身特性的基礎上，選擇科學合理的加熱或者冷卻的處理方式，并在加工處理環節選用與之相匹配的加工工具，以保證金屬材料不會在過度的熱應力作用下發生變形，最大程度上保障熱處理質量[4]。

3 金屬材料熱處理的過程

金屬材料的熱處理主要是根據溫度的不同劃分成加熱、保溫和冷卻三個階段。在實際的熱處理過程中，可以同時包括以上三個階段，也可以只包含其中的兩個階段，但是每個階段之間都需要相互銜接，不能間斷。

加熱階段是熱處理工藝的必要環節。現階段，熱處理燃料主要以液體和氣體燃料為主，代替了傳統的木炭或者煤炭等。同時，電力技術和自動化技術的發展使得加熱階段的加熱溫度和加熱時間都能夠得到合理的把控。在加熱階段需要注意的是，金屬材料如果過度暴露在空氣中會引起氧化或者脫碳等現象，影響金屬材料的熱處理效果。這就需要對加熱環境加以控制，并對金屬材料采用提料或者包裝等方法進行必要的保護。保溫是在熱處理溫度達到規定的標準時，在規定的溫度下對金屬材料繼續加熱，以保障金屬材料的內部結構和性能變化按照預定的變化方向發展。金屬材料經過一定時間的加熱或者保溫處理后需要經過冷卻才能夠進入到后面工序。而冷卻階段需要重點把控冷卻時間、冷卻速度和冷卻方法等影響因素。一般情況下，淬火的冷卻速度最快，正火其次，而退火的冷卻速度則最慢。

4 金屬材料熱處理工藝及技術

4.1 化學薄層滲透技術

薄層滲透技術屬于一種化學處理方式，主要是利用金屬材料中不同成分的滲透性能進行薄層滲透處理。該方法主要是利用化學方法來影響金屬材料自身的化學特性，以改善其強度和韌性。金屬材料經過相應的處理之后不僅能夠減少金屬材料在后續加工過程中的材料浪費問題，而且能夠在一定程度上將部分有毒有害成分禁錮在材料自身內部，以避免對使用環境造成污染，簡化了后續對于金屬材料的化學處理過程，同時也使得金屬材料的處理和加工成本有所降低，提高金屬材料的經濟價值[5]。

4.2 激光熱處理技術

激光作為一種獨特的光源，具有良好的穿透性。激光熱處理技術主要是通過對金屬材料的表面進行激光照射，利用激光的特性在瞬間改變金屬材料內外部的溫度，并合理把控照射時間，并進行相應的冷卻處理。這種處理方法的操作效率較高，方便在短時間內實現對金屬材料硬度的調整，具有一定的應用價值。

4.3 超硬涂層技術

超硬涂層技術是一種比較普遍的涂層技術。其根本原理是在金屬材料表面采用碳化金屬或者氧化金屬涂層進行熱處理，以達到改變金屬材料內部特性的作用。超硬涂層技術能夠明顯改變金屬材料的表面硬度，使其滿足實際的工業生產要求。

4.4 振動處理技術

振動處理技術主要是對金屬材料進行振動處理，其重點需要把控的就是振動強度和振動時間，一方面有效防止金屬材料發生變形;另一方面主要是對金屬材料進行必要的預處理，以改變內部應力。因此，經振動處理后的金屬材料的熱處理效果更為優異，同時優化了熱處理過程，降低了處理成本。

4.5 熱處理CAD技術

熱處理CAD技術是采用計算機模擬技術和CAD技術對金屬材料進行預先處理的模擬試驗，這樣能夠在模擬過程中及時發現可能存在的弊端或者隱患問題，并實施針對性的完善處理，使得金屬材料在實際的熱處理過程中能夠得到最好的改善與優化。同時，計算機技術和電子技術等信息性技術的應用，能夠有效協助改善金屬材料的內部應力等性能，提高了熱處理的處理效率，而且也在一定程度上降低了材料的損耗問題。

4.6 金屬冷卻方法的選擇

金屬材料的冷卻階段需要根據材料自身的屬性選擇與之相匹配的淬火方法，其中比較常用的就是單液和雙液淬火方法。雙液淬火方法的冷卻速度相對較高。雙液淬火方法是在金屬材料溶液達到350℃的條件下直接將其切換至另外一種冷卻速度較慢的淬火介質中，然后逐步冷卻至常溫。該方法的優勢在于能夠對冷卻速度進行實時控制，防止金屬材料因冷卻速度不當而出現變形等問題。同時，金屬材料的冷卻控制，還需要操作人員具有專業的生產技術水平，在熱處理前期準備階段將各種金屬材料的性能指標和處理要求全面熟悉掌握，以方便選用科學合理的處理工藝，并對整個工藝流程進行全面的核查，提出科學準確的優化意見。因此，熱處理工藝方法、處理設備和操作人員需要全面配合優化，才能夠從根本上保障金屬材料的處理質量，使其性能滿足生產需求。

5 結語

綜上所述，熱處理工藝的使用與優化前提就是要對金屬材料的性能進行全面熟悉與掌握，并抓住金屬材料性能與熱處理之間的關系，選用科學合理的熱處理工藝。相關部門應該加強對金屬材料熱處理工藝的研究與應用，以優化改善金屬材料的應用性能，拓展金屬材料的應用范圍。

參考文獻

[1] 林志祥.金屬材料熱處理工藝與技術分析[J].信息記錄材料，2020（1）：29-30.

[2] 劉威.金屬材料熱處理工藝與技術分析[J].中國金屬通報，2019（12）：83-84.

[3] 黃強.金屬材料熱處理工藝及技術發展[J].世界有色金屬，2019（24）：173+175.

[4] 徐堅，李世顯.試析金屬材料熱處理工藝及技術發展趨勢[J].冶金與材料，2019（6）：65-66.

[5] 陳奎，袁明濤，顧韜.金屬材料熱處理工藝與技術分析[J].信息記錄材料，2019（8）：38-39.