金屬材料熱處理技術的應用及其發展趨勢

摘 要：【目的】深入分析金屬材料熱處理技術的應用與發展趨勢，為不同金屬材料熱處理技術提供借鑒經驗。【方法】通過搜索相關文獻并結合技術經驗，對金屬材料熱處理技術的研究進行歸納整理，綜述技術的應用及其發展趨勢。【結果】金屬材料熱處理技術能夠改善金屬表面分子結構和內部結構，增強其耐磨、耐腐蝕、強度與硬度等性能。在加熱、冷卻工序中能夠進一步優化金屬材料制品的性能。【結論】金屬材料應用較為廣泛，其處理技術呈現多元化的發展趨勢，其中智能、環保、高效將成為未來發展的主流趨勢。

關鍵詞：金屬材料；熱處理技術；應用；發展趨勢

中圖分類號：TG156 文獻標志碼：A 文章編號：1003-5168（2024）18-0086-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.18.016

Application and Development Trend of Heat Treatment Technology for Metal Materials

DONG Guoping

（Avic Xi'An Aircraft Industry Group Company Ltd.， Xi'an 710089， China）

Abstract： [Purposes] This paper aims to analyze the application and control requirements of heat treatment technology of metal materials and provide useful experience for different heat treatment technologies of metal materials. [Methods] The research on heat treatment technology of metal materials was summarized searching related literature and combining technical experience， and the application and development trend of technology were reviewed. [Findings] The heat treatment technology of metal materials can improve the surface and internal structure of metal， enhance its wear resistance， corrosion resistance， ductility， strength and hardness， and further optimize the performance and process beauty of metal materials products in the technical treatment process of heating and cooling. [Conclusions] Metal materials are widely used. The heat treatment technology of metal materials shows a diversified development trend， and the application of environmental protection， intelligence and high efficiency will become the mainstream trend.

Keywords： metal materials; heat treatment technology; application; development trend

0 引言

金屬材料主要是由金屬元素構成的，具有金屬特性，對于制造行業發展具有重要作用。金屬材料具有導電性、光與熱傳遞性，以及延展性等特性，這些特性使其在不同行業具有相應的應用價值。當前，在交通、建筑、電子、航空、汽車、醫療等諸多領域，金屬材料都得到了廣泛應用。

金屬材料多以單質的形式存在，必須通過深度加工處理才能進一步滿足工業的應用需求。熱處理技術是對金屬材料實施基本性能改變的有效方式。通過熱處理技術改變金屬表面的分子結構或內部結構，以增強金屬的整體性能［1］，從而提升金屬材料的耐磨、抗腐蝕等性能［2］。隨著時代的發展，金屬材料應用也將更為廣泛，智能化是其未來的發展方向。

1 金屬材料熱處理技術應用的必要性

熱處理技術可以改善金屬材料的部分性能，使得金屬材料在強度、硬度、耐磨度、耐腐蝕性等方面都有所改善，從而增強材料的延展性和使用穩定性［3］。目前，通過熱處理技術對結構性能進行的改變與提升，主要表現在以下兩方面。

一是改善金屬的材料性能。一方面熱處理技術能夠改善金屬材料的力學性能和耐磨性能。例如，通過淬火的方式能夠較大程度上增強材料的強度與硬度，而通過退火處理可以進一步提升材料延展性，使得材料在外力的作用下增強力學性能。另一方面熱處理技術能提升金屬材料的抗腐蝕性能。通過熱處理技術使得金屬材料表面形成化合物層，以應對惡劣環境下的工作需求，提升金屬材料的使用效果。

二是優化金屬的材料結構。在金屬加工的過程中，各類材料由于自身的性能往往會出現開裂或變形的情況，而熱處理技術能夠使金屬材料內部的晶體結構發生變化，提升材料的結構抗性。

2 金屬材料熱處理技術工序

金屬材料熱處理技術是將金屬材料在相應的高溫環境下加熱一段時間后，再用不同的介質進行冷卻，從而改善其表面性能的。金屬材料熱處理工序往往分為兩個步驟：一是加熱工序，這一階段主要進行加熱處理，通過不同的熱處理技術來滿足技術或工藝的要求，往往通過化學熱處理、表面熱處理等方式進行；二是冷卻工序，在冷卻處理過程中要注重各種材料對于冷卻的要求，從而達到材料處理的最佳效果。

2.1 加熱

加熱是金屬材料熱處理技術中的關鍵步驟，也是增強金屬材料熱處理技術質量保障的必要環節［4］。在這一過程中主要是通過熱源的選擇，以增強技術材料的加熱效果，其目的是使金屬零部件能夠均勻受熱，以滿足不同金屬制品的工藝制作需求，可以進行直接加熱，也可以實施間接加熱。加熱過程中對于溫度的控制十分重要。對于不同的零部件考慮其溫度的特定性，一旦達到相應的溫度，必須使材料內外部受熱保持一致，并在相應的時間內達到恒溫，才能保證技術處理的穩定性。在熱處理過程中還要注重金屬材料與空氣的接觸是否會影響材料表面的性能，如果極易發生氧化等問題，還必須對加熱的表面進行處理避免其氧化，導致金屬材料性能發生較大的變化。

2.2 冷卻

冷卻是金屬材料進行處理過程中不可或缺的工序［5］。在冷卻處理中要注意控制其速度和時間。正如加熱工藝處理具有差異性，冷卻處理工藝同樣存在差異性。例如，淬火冷卻需要速度較快，正火冷卻次之，退火冷卻則要求速度較慢。因此，針對每一種不同的冷卻工藝，都應明確既定的標準和要求，確保達到應有的效果。

3 金屬材料熱處理技術的應用

3.1 激光熱處理技術

激光熱處理技術金屬材料處理過程中常見的應用技術，其原理是利用激光對金屬材料進行加熱。由于該技術穿透性強，在加熱的過程中能夠實現由里到外的均勻加熱且不會因受到外界的高溫壓迫而出現斷裂、變形等情況，有助于增強內部結構的緊密性，應用效果較好。但在激光熱處理技術的實踐過程中需注重激光處理對金屬材料的溫度控制。激光處理技術就其整體的工藝流程而言，無須投入過多的設備資源，能夠減輕環境污染，節能效果較好，在未來的發展中應用前景良好。

3.2 超硬涂層處理技術

超硬涂層處理技術處理的目的是增強金屬制品的耐磨性。當金屬零部件與外界存在較大的接觸性摩擦，為增強這類零部件的耐磨能力，而又要求不影響零部件的其他性能時，該技術較為適用。超硬涂層處理技術需要依據不同的使用環境或摩擦參數進行靈活選擇，以進一步延長金屬材料在制成零部件后的使用壽命。例如，金屬刀具的制作中，往往需要通過超硬涂層技術來增強刀具的硬度，但同時要保證涂層的熱傳遞低于金屬材料的，從而提升刀具的產品性能。

3.3 化學滲透技術

化學滲透技術是通過化學方式改變金屬材料內部結構的處理技術。對金屬材料薄層添加化學藥劑，并通過滲透的方式使得化學藥劑滲入金屬表面，與金屬表面進行相應的化學反應，并通過熱處理的方式加快化學反應，以此提升整體的反應效率，并生成有效的保護層，增強材料的耐性或延展性。該技術操作便捷，而且對化學滲透的溫度、時間沒有統一的標準，可以依據自身的需求進行相應的技術處理。化學滲透技術能夠快速改變金屬材料性能，且成本相對較低，也能夠滿足節能減排的要求，未來發展中該技術仍舊是金屬材料處理的主要技術之一。

3.4 真空熱處理技術

真空熱處理技術是通過真空的方式進行加熱的一種技術。該技術的優勢在于隔絕了空氣，有效避免了金屬材料的氧化問題，金屬材料在加熱過程中表面不存在受氧化而產生質量問題的情況。真空熱處理技術的技術亮點主要表現以下方面：①真空環境有效保證了技術操作的穩定性，同時真空環境能夠實現表面的有效清潔，有助于加熱環境下各類雜質的分解和材料純度的提升；②該技術有效地降低了由于氧化作用而產生的各類廢氣，是實現節能減排目標的有效方式；③由于技術過程在真空環境中，各類數據參數能夠得到精細化控制，滿足材料熱處理過程中的精度需求。當前，該技術在電子制造、汽車生產、航空航天等不同領域中占據了絕對的優勢。另外，通過該技術處理的金屬材料制成的成品在耐性和抗性上都得到了較大的提升，為產品的升級改造提升更多的可能性。在未來的發展中，該技術將會不斷突破與創新，是綠色工業發展中可選擇的熱處理技術之一。

4 金屬材料熱處理技術的應用控制要求

4.1 注重預處理方案的可行性論證

金屬材料熱處理技術中最主要的控制要求就是要注意變形問題［6］。針對不同的處理方案加以分析，選擇降低變形概率的技術方法，尤其是在選擇加熱、冷卻的工藝中，要選擇有效的方式來降低材料的變形問題。例如，在相應的材料冷卻過程中發現，正火處理能夠讓金屬材料的結構內部保持更好的均勻性，那么就要考慮通過正火冷卻的可行性。要在實施熱處理技術的過程中進行預處理，通過預處理判斷應選擇哪一種標準的工序來進行操作，并對熱處理技術中的各類參數進行數據分析，判斷選擇方案成效和可行性。預處理方案的目的是對比熱處理技術過程中各類方案的優缺點，從而選擇最佳的技術方案，使得金屬材料熱處理效果達到最佳，對變形等問題能夠起到較好的預防效果。

4.2 把握技術處理的工藝細節

金屬材料熱處理技術的效果得以保證的關鍵在于對整體的工序進行精準的控制與把握，確保材料處理的技術所反饋的數據能夠滿足應用的條件。由于熱處理技術往往處于成品制成的關鍵階段，如果技術選擇不到位，對成品的制作會產生較大的影響。因此，在熱處理技術應用中必須注重工藝流程的精準性。尤其是對材料產生變形、裂縫、內部結構不穩定等的因素都要進行有效地排除。在工藝過程進行批量化生產之前必須進行小規模的工藝試驗，明確出現變形等的問題的原因，并針對各類問題提出有效的解決方案，才能夠進行最終的批量化生產。對金屬材料產生的脆性進行數據分析和優化對比，能夠提升材料的可延展性，讓整體的技術處理過程更加科學、可控。只有把握工藝過程的各個細節，降低各類因素帶來的質量問題，才能最終提升技術處理的效果。

5 金屬材料熱處理技術的發展趨勢

金屬材料熱處理技發展呈現多元化的趨勢，其中環保、智能、高效等將成為未來發展的主流趨勢，這也進一步指明了材料生產性能穩定、降低環境污染和降低生產成本的發展方向。

首先，自動化發展趨勢。隨著科技的快速發展，熱處理技術呈現智能化、自動化的發展趨勢。通過運用計算機技術的模擬分析對整體的流程進行優化，同時對工藝的便捷性和應用價值進行深入的分析。目前來看，已經形成了以CAD（計算機輔助診斷）技術為主的熱處理智能化技術，對于材料處理技術的各個環節進行計算與分析，模擬金屬表面、內部各類數據參數，并將數據通過計算機進行回傳并建立三維模型。技術人員可以結合計算機回傳的相應參數來進行分析，進一步避免了人為的因素干擾，能夠更有效地進行實驗模擬，通過數據對比得到最佳的技術處理方案。同時，在自動化、智能化的處理過程中有效降低了人力、物力成本。

其次，高效化發展趨勢。為進一步增強市場的競爭力、滿足不同行業的市場需求，金屬材料熱處理技術向著批量化、高效化的方向發展。通過引入先進的熱處理設備，不斷優化各類處理工藝和分析處理數據能力，使熱處理向著高效化方向發展，提升整體的熱處理技術的處理效率，降低處理時間與周期。能夠對溫度、冷卻速度和處理時間等參數進行精確控制，提升材料性能的準確性，降低由于材料性能控制不準確帶來的能源消耗。例如，通過激光加熱、感應加熱等這類技術能夠使得加熱過程更穩定，能源消耗相對較低，提升了材料熱處理技術的工作效率。

最后，環保發展趨勢。隨著國家對節能減排的不斷重視，各個行業都在尋求低排放的生產過程。金屬材料熱處理技術也要向著低能耗的方向發展，才能夠滿足時代的技術更新需求。新型的熱處理技術必須考慮節能，這也會成為未來的主攻方向。金屬材料熱處理技術的節能減排，不僅體現在技術的節能性上，而且也要體現在使用的技術處理上，材料具有環保的節能特征上。例如，采用真空技術，這類技術具有提升材料耐度的特征，技術過程中往往會采用環保型淬火介質，這不僅增強了技術的節能效果，而且也提升了使用材料的綠色環保性，此外，材料的回收利用或循環使用是未來熱處理技術向著環保方向發展的實踐路徑。

6 結語

在工業的發展過程中，金屬材料需求不斷增加，金屬材料熱處理技術也受到了廣泛應用。為增強金屬材料的性能穩定性，提升性能的延展性、耐性、硬度等要求，需要依照不同的工藝要求來開展相應熱處理技術，達到工業發展的整體需求，同時還要響應國家的能源政策，達到節能減排的目的。金屬材料熱處理技術的應用和未來的發展勢必要在達到金屬材料處理的技術效果的同時，還能夠達到節約成本、節約能源的要求，只有這樣才能夠進一步增強技術應用的廣泛性。

參考文獻：

［1］鄧招祿.金屬材料熱處理變形的影響因素及控制策略初探［J］.中國金屬通報，2022（12）：222-224.

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［3］武濤.金屬材料熱處理變形及開裂問題分析［J］.冶金與材料，2022，42（4）：152-153.

［4］王嘉偉.金屬材料熱處理技術的發展探討［J］.冶金與材料，2022，42（2）：107-108.

［5］趙帥朋.新時期金屬材料熱處理節能新技術［J］.冶金與材料，2021，41（5）：105-106.

［6］婁旭.金屬材料熱處理工藝及技術發展形勢［J］.冶金管理，2021（19）：20-21.