探究金屬材料熱處理的影響因素

張興存

摘要：金屬?gòu)?fù)合材料具有性能好、質(zhì)批輕便、延展性能高的優(yōu)勢(shì)，它的出現(xiàn)將逐步代替金屬材料并使用在機(jī)械制造中來(lái)。現(xiàn)在多機(jī)械制造單位都使熱處理的辦法對(duì)金厲材料的抗磨損性進(jìn)行有序提高，確保在一定程度上對(duì)機(jī)械設(shè)備的使用年限進(jìn)行延長(zhǎng)，此類技術(shù)丁藝對(duì)實(shí)際操作中要求較高，需要選擇合適的生產(chǎn)環(huán)境，使用科學(xué)的工藝方法和較強(qiáng)的熟練度，一些機(jī)械制造單位n常進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程中不能對(duì)熱處理環(huán)境進(jìn)行有效管理，會(huì)出現(xiàn)熱變形的狀況，情況嚴(yán)重時(shí)金1材料發(fā)生開(kāi)裂，對(duì)金屬質(zhì)量產(chǎn)生影響。

關(guān)鍵詞：金屬材料;熱處理;影響因素;微觀組織演化

引言

科學(xué)應(yīng)用熱處理技術(shù)的主要目的是顯著提高金屬材料的性能，對(duì)有效提高金屬材料的利用率具有關(guān)鍵作用和重要價(jià)值玩。金屬材料的熱處理受一些影響因素的影響而扭曲，對(duì)金屬材料特定用途的某些不利影響這就是為什么要注意深入分析影響熱處理的因素，運(yùn)用科學(xué)實(shí)用的控制策略，有效降低變形的可能性和可能性，保證金屬材料良好的加工性能，有效提高金屬材料的利用率。

1金屬熱處理工藝概念介紹

金屬材料熱處理是一種重要手段，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行一定的熱處理可以除去在高溫狀態(tài)下進(jìn)行加工對(duì)產(chǎn)品造成的缺陷問(wèn)題，能夠促進(jìn)內(nèi)部組織與結(jié)構(gòu)變化，改善材料性能，同時(shí)還能夠消除化學(xué)成分不均勻現(xiàn)象、降低殘存在物體內(nèi)部的應(yīng)力，使得組織結(jié)構(gòu)和性能更加均勻，而不恰當(dāng)?shù)臒崽幚恚瑫?huì)造成人力、物力的浪費(fèi)。1863年時(shí)，英國(guó)鋼的內(nèi)部組織在加熱和溫度降低時(shí)會(huì)發(fā)生變化，鋼中的高溫相在淬火時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橛蚕啵?guó)專家發(fā)現(xiàn)鋼鐵的內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)隨著溫度的冷熱變化而變化，證實(shí)鋼鐵在淬火過(guò)程中會(huì)變得越來(lái)越堅(jiān)硬。漸漸人們也發(fā)現(xiàn)在對(duì)鋼鐵等進(jìn)行熱處理過(guò)程中，還能夠?qū)ζ湫纬杀Ｗo(hù)作用，避免被跟氧化合而致使鋼的含碳量減少。20世紀(jì)60年代，熱處理技術(shù)利用等離子體場(chǎng)效應(yīng)發(fā)展了離子氮碳共滲和低溫滲氮處理。發(fā)展至今，熱處理工藝多種多樣，常被應(yīng)用的熱處理工藝有加熱到一定溫度并持續(xù)一定時(shí)間后緩慢溫度降低、加熱到一定溫度后放在水或油或空氣中迅速溫度降低和表面加熱溫度降低改變表層力學(xué)性能等。對(duì)于熱處理的概念不能一概而論，它包含著詳細(xì)的分類。金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理（熱處理一般可分為三個(gè)環(huán)節(jié)：一是淬火環(huán)節(jié)，主要是利用冷卻水對(duì)軋制后的高溫鋼材進(jìn)行急劇降溫冷卻，使軋件表面形成具有更高強(qiáng)度與硬度的馬氏體結(jié)構(gòu);第二環(huán)節(jié)是回火，經(jīng)過(guò)淬火后的鋼材，其表面溫度要低于內(nèi)部溫度，此時(shí)鋼材內(nèi)部的熱量就會(huì)向外部傳遞，繼而使表面溫度升高。由于其溫升熱量來(lái)自于鋼材內(nèi)部，因而也被稱為自回火;第三是冷卻環(huán)節(jié)，經(jīng)過(guò)自回火后加工，其表面與內(nèi)部溫度逐漸趨于一致，內(nèi)部的奧氏體經(jīng)過(guò)等溫相變，獲得最終的金相組織。金屬熱處理常用的處理方法包括三種：表面熱處理、局部熱處理和化學(xué)熱處理。其中表面熱處理包含激光和感應(yīng)加熱熱處理以及火焰淬火;而日常所說(shuō)的滲碳、滲氮、滲金屬、復(fù)合滲等則屬于化學(xué)熱處理。

2金屬材料熱處理的影響因素

2.1作業(yè)人員的影響因素

盡管當(dāng)前對(duì)金屬熱處理工藝的實(shí)施要點(diǎn)與重點(diǎn)做出了明確的規(guī)定與指導(dǎo)，但是在實(shí)際的操作過(guò)程中還是會(huì)受人為因素的影響而導(dǎo)致加工過(guò)程的不規(guī)范，使金屬工件變形，具體表現(xiàn)在操作過(guò)程中沒(méi)有嚴(yán)格按照規(guī)范作業(yè)，疏忽大意且責(zé)任心不強(qiáng)，沒(méi)有在處理過(guò)程中對(duì)金屬工件的變化進(jìn)行密切關(guān)注，對(duì)存在的問(wèn)題沒(méi)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，也就無(wú)法保證最終金屬材料熱處理的質(zhì)量。

2.2應(yīng)力的影響

金屬材料熱處理過(guò)程中發(fā)生了變形以及開(kāi)裂的問(wèn)題，和應(yīng)力因素也有肴很大程度影響，重要是拉應(yīng)力因素的影響，正常下金屬材料熱處理中拉應(yīng)力不會(huì)發(fā)生變形及開(kāi)裂，如果拉應(yīng)力比較大，沖和其他的應(yīng)力共同存在，這樣在產(chǎn)生對(duì)沖的關(guān)系時(shí)候，金屬材料承受的總應(yīng)力就會(huì)大于臨界值，殘余應(yīng)力系統(tǒng)會(huì)使得金屬材料變形和發(fā)生開(kāi)裂的問(wèn)題，受到工作環(huán)境因素的影響存在著雜質(zhì)，以及在熱處埋中使川溫度以及工作介質(zhì)等因素的影響下，防開(kāi)裂的能力會(huì)大大降低，這就容易出現(xiàn)變形以及開(kāi)裂的質(zhì)量問(wèn)題。

2.3淬火介質(zhì)

針對(duì)金屬材料，熱處理期間，淬火介質(zhì)屬于影響熱處理的重要因素之一，同熱處理變形息息相關(guān)。所以，針對(duì)淬火介質(zhì)，務(wù)必重視合理選擇，對(duì)質(zhì)量問(wèn)題加以重點(diǎn)關(guān)注，保證淬火效果符合標(biāo)準(zhǔn)，避免對(duì)淬火穩(wěn)定性造成不利影響。除此之外，對(duì)介質(zhì)攪拌速度加以合理控制，操作方法保證合理正確的情況下，方可避免對(duì)熱處理和材料質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。反之，介質(zhì)攪拌速度、方法無(wú)法保證合理的情況下，勢(shì)必會(huì)引起熱處理變形。

3金屬材料熱處理變形的控制措施

3.1金屬材料熱處理減輕變形的有效原則

在金屬材料的熱處理加工中，為了更好地控制金屬材料的變形，要遵循幾個(gè)原則，一是科學(xué)性原則，科學(xué)性原則是指熱處理方法的科學(xué)性，以科學(xué)的理念與技術(shù)手段為依托，科學(xué)的選擇設(shè)備、原料、淬火介質(zhì)，而不是想當(dāng)然地隨意發(fā)揮，唯有如此，才能將變形質(zhì)量在合理范圍內(nèi)，確保金屬工件發(fā)揮出應(yīng)用的作用;二是實(shí)用性原則，金屬材料屬于不可再生資源，雖然我國(guó)地域廣袤資源豐富，但是對(duì)金屬的需求與消耗量極大，所以在熱處理過(guò)程中要堅(jiān)持資源節(jié)約最大化利用的原則，減少不必要的浪費(fèi)，這就需要在熱處理過(guò)程中密切關(guān)注材料的變化，通過(guò)減少變形來(lái)實(shí)現(xiàn)資源利用最大化，尤其是在金屬材料的熱處理加工過(guò)程中，通過(guò)合理有效地使用材料，加強(qiáng)處理中的質(zhì)量控制來(lái)實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)，促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo);三是便捷操作原則，金屬材料熱處理方式要盡可能簡(jiǎn)便易操作，這樣能降低復(fù)雜過(guò)程的不確定性。同時(shí)，也要優(yōu)化操作流程，盡可能地簡(jiǎn)化熱處理變形控制策略，有序有效地進(jìn)行熱處理工作。

3.2減少熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力

熱處理過(guò)程中由于塑性變形產(chǎn)生殘留的應(yīng)力，因?yàn)椴荒芡耆瑫?huì)破壞金屬材料表面的保護(hù)膜，殘余應(yīng)力值越高表現(xiàn)出有害就越大，會(huì)降低試樣的實(shí)際抗拉強(qiáng)度或屈服強(qiáng)度，還會(huì)降低疲勞極限，縮短試樣壽命造成脆性斷裂。殘余應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致試樣在淬火時(shí)因熱膨脹而產(chǎn)生應(yīng)力集中，試樣可能因而產(chǎn)生嚴(yán)重變形或開(kāi)裂，為了避免熱處理失敗，就要求爐內(nèi)溫度溫差不能超過(guò)±20℃/小時(shí)，保溫時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)和過(guò)快，在熱處理升溫過(guò)程中要有緩慢升溫階段，也要有緩慢冷卻階段，這種方法是消除殘余應(yīng)力的有效方法。對(duì)此類有缺陷的試樣也可以在熱處理之前預(yù)先采取適當(dāng)?shù)男迯?fù)措施。

3.3科學(xué)配置零件結(jié)構(gòu)

對(duì)于材料零件，熱初期期間，并對(duì)零件結(jié)構(gòu)加以重點(diǎn)關(guān)注，采取科學(xué)配置，基于具體生產(chǎn)的嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)材料厚薄加以精準(zhǔn)控制。具體生產(chǎn)期間，應(yīng)避免應(yīng)力集中的情況，以防零件結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，確保材料界面保持均勻平整。關(guān)于冷卻速度影響因素，如果想確保不會(huì)猶豫冷卻速度發(fā)生變形，足額徐確保金屬結(jié)構(gòu)具有良好的對(duì)稱性，并對(duì)設(shè)計(jì)期間，盡量不出現(xiàn)溝槽等。關(guān)于材料交界部分，可以圓角過(guò)渡為主，對(duì)材料進(jìn)行科學(xué)合理設(shè)計(jì)，對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)配置，以此對(duì)變形做出有效控制。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，金屬材料熱處理變形不是由于單一因素作用而形成的，而是多重因素施加作用的過(guò)程，比如應(yīng)力狀態(tài)、處理工藝、實(shí)施加工等因素，金屬材料熱處理變形作為系統(tǒng)性的工作，需要從文中多項(xiàng)環(huán)節(jié)人手。鑒于個(gè)人能力有限，加之金屬材料熱處理變形研究較為繁雜，此類課題研究責(zé)任深遠(yuǎn)，希望學(xué)術(shù)界加大對(duì)此類課題的關(guān)注，進(jìn)而提出更為有效的應(yīng)用措施。

參考文獻(xiàn)：

[1]李躍光.金屬材料熱處理變形的影響因素與控制策略[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2018.15.41-42.

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