金屬材料熱處理工藝分析與控制

楊宗強

（重慶海德世拉索系統(tǒng)（集團(tuán)）有限公司，重慶 401120）

一、熱處理技術(shù)的概述

金屬材料的傳統(tǒng)熱處理技術(shù)在我國早期被應(yīng)用，包括多個環(huán)節(jié)。首先是正火階段，要將需要加工的金屬材料加熱到其臨界點，此時的金屬材料極易鍛造加工。在完成正火工作后，要進(jìn)行退火處理，退火的過程是需要將加熱后的材料在空氣中靜置一段時間，在靜置的過程中要保證金屬材料的加熱溫度不能夠過低，否則影響后續(xù)的加工處理。最后，要進(jìn)行固熱熔處理，將加熱后的金屬材料能夠快速冷卻，在金屬材料達(dá)到冷卻效果之后，要對金屬進(jìn)行強度的處理，在熱處理的過程中，由于步驟的繁瑣，所以熱處理技術(shù)對于技術(shù)的要求相對較高。熱處理技術(shù)是當(dāng)前機械制造中的重要環(huán)節(jié)，熱處理能夠在不改變技術(shù)化學(xué)性質(zhì)的情況下，通過溫度的改變，改變金屬材料的物理性質(zhì)，從物理性質(zhì)出發(fā)，達(dá)到改變材料性能的目的，主要過程包括加熱、保溫與冷卻環(huán)節(jié)，以上三個環(huán)節(jié)需要在加工處理中環(huán)環(huán)相扣，各個環(huán)節(jié)的不同流程起到改變金屬材料結(jié)構(gòu)的目的。

二、金屬材料熱處理變形的影響因素

在金屬材料的熱處理過程中，影響金屬材料變形的主要因素有：

（一）溫度的影響，金屬材料具有其自身的臨界加熱溫度點，并且在金屬材料進(jìn)行熱處理之后，隨著熱處理溫度的降低，耐高溫性逐漸降低。在某個臨界溫度點，金屬材料的熱應(yīng)力及結(jié)構(gòu)的張力不斷變化導(dǎo)致金屬材料的性能受到嚴(yán)重影響，溫度是熱處理過程中金屬材料變形的重要因素。

（二）冷卻介質(zhì)的影響，金屬材料的大多數(shù)熱處理過程中重要的一環(huán)就是淬火介質(zhì)的使用，但攪拌方法和高速冷卻介質(zhì)的速率等因素也會影響材料的變形，最終由于材料組織的改變導(dǎo)致金屬材料本身的變化。在進(jìn)行大量有關(guān)實驗后，可以得到冷卻劑對金屬材料的穩(wěn)定性會產(chǎn)生重要的作用。

（三）預(yù)處理的影響，在對金屬材料進(jìn)行熱處理之前，為了徹底消除應(yīng)力，一般都需要進(jìn)行預(yù)處理。通常情況下，預(yù)處理采用的都是正火處理方式，受場地的限制，正火工藝的冷卻過程多為堆疊冷卻，由此容易導(dǎo)致加熱爐內(nèi)的金屬材料冷卻不均勻，進(jìn)而造成組織不均，當(dāng)對金屬材料進(jìn)行熱處理時，變形則會不一致。除此之外，正火硬度過高、混晶、大量索氏體或魏氏組織等都會進(jìn)一步增大熱處理變形的可能性。

三、熱處理技術(shù)應(yīng)用方式

（一）提前對材料進(jìn)行預(yù)處理

對材料進(jìn)行預(yù)處理的是為了金屬材料能夠在經(jīng)過熱處理之后，降低材料的變形幾率，熱加工的預(yù)處理環(huán)節(jié)，即為在金屬材料進(jìn)行正火之前，進(jìn)行一定的物理處理，在經(jīng)過這樣的預(yù)處理之后，金屬材料的本身結(jié)構(gòu)會提前發(fā)生改變，這樣的改變會使得金屬材料遭進(jìn)行熱處理之后，自身的結(jié)構(gòu)保持一種穩(wěn)定的狀態(tài)，不會因為正火的處理而導(dǎo)致材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)不完整，這樣一來，金屬材料的變形現(xiàn)象也會降低，除此之外，如果材料出現(xiàn)了變形，要及時采取措施，例如進(jìn)行退火處理，這樣可以有效控制材料變形問題。

（二）淬火工藝

熱處理技術(shù)應(yīng)用于金屬材料的工藝過程中，淬火是其中重要且關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。熟練操作淬火工藝對金屬材料熱處理技術(shù)的應(yīng)用是非常重要的。傳統(tǒng)的淬火工藝已經(jīng)不能滿足人們對于生產(chǎn)技術(shù)的要求，隨著社會的發(fā)展被逐步淘汰。淬火工藝中使用的淬火介質(zhì)主要有油和水等，針對不同金屬材料選用合適的淬火介質(zhì)來控制金屬材料熱處理變形狀況。如今，淬火工藝的改進(jìn)與革新成為企業(yè)急需解決的問題，企業(yè)應(yīng)該引起高度的關(guān)注并在合適的熱處理技術(shù)上合理調(diào)控溫度，從而避免淬火工程中出現(xiàn)的麻煩提高淬火效率。在大多數(shù)情況下，淬火介質(zhì)為水時的水溫為55℃-65℃，淬火介質(zhì)為油時的油溫為60℃-80℃，將淬火速率調(diào)控在正常范圍內(nèi)，有效避免金屬材料熱處理變形。

（三）冷卻方法進(jìn)行合理選擇

目前技術(shù)條件支持下，金屬材料熱處理加工中常見的冷卻方法有：

1.單液淬火法。本方法具有自動、機械的優(yōu)勢，但難以達(dá)到最理想的淬火冷卻速度要求，操作過程中選擇水介質(zhì)可能導(dǎo)致變形、開裂問題，選擇油介質(zhì)則可能導(dǎo)致材料硬度分布不均勻或不充足的問題。

2.雙液淬火法。本方法首先選擇冷卻速度高的液體介質(zhì)，將加熱后金屬材料冷卻至300℃范圍內(nèi)，然后用冷卻速度更緩慢的液體介質(zhì)將其冷卻至正常室溫。以碳鋼金屬材料為例，在水中冷卻達(dá)到300℃以內(nèi)然后轉(zhuǎn)油冷卻至失穩(wěn)狀態(tài)，合金鋼材料冷卻順序則正好相反。

3.分級淬火法。本方法是指金屬材料經(jīng)加熱后先置于硝鹽浴或堿浴中，其溫度略高于馬氏體轉(zhuǎn)化反應(yīng)起始溫度，保溫5 分鐘左右且材料內(nèi)外部溫度均衡后在空氣中冷卻至室溫狀態(tài)，但受到冷卻水平的影響，分級淬火法通常僅用于刀具、模具等尺寸小、精度要求高的金屬材料熱處理工藝中。

綜上所述，隨著科技水平不斷提高，金屬材料熱處理工藝技術(shù)也得到了相應(yīng)的發(fā)展，讓金屬材料在經(jīng)濟(jì)熱處理工藝技術(shù)處理之后，其柔韌度及防腐、防蝕性能都得到了明顯的增加，因此相關(guān)科研人員要加強對金屬材料熱處理工藝技術(shù)，讓金屬材料在使用熱處理工藝技術(shù)時，不僅能確保金屬材料質(zhì)量，提高金屬材料的使用率，而且還要降低金屬材料生產(chǎn)過程中對環(huán)境的污染率，促使金屬材料得到更加廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，進(jìn)而更好的帶動社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。