謝 進(jìn)

（山西鐵路裝備制造集團(tuán)軌道交通有限公司，山西 晉中 030600）

為了能夠更好地分析金屬材料的抗疲勞性，就需要掌握熱處理工藝造成的影響，分析相關(guān)的熱處理工藝，觀察金屬材料的熱疲勞性能，明確熱加工時(shí)期出現(xiàn)的變化。通過(guò)研究能夠看出，金屬采取熱處理工藝，可以改善鋼材的耐熱性，而且可以提升熱疲勞性，這樣可以顯示出提升金屬抗疲勞性能是比較重要的。

1 熱處理預(yù)熱和金屬材料的切削性能所存在的關(guān)系

在熱加工的時(shí)候存在冶金缺陷，因此需要先對(duì)于各個(gè)金屬材料采取熱處理，其中要具備熱處理和切削加工良好組織狀態(tài)，保障金屬材料的加工精度，如此也可以改善金屬切削性能。在切削金屬材料的時(shí)候，要是選擇預(yù)熱處理措施，金屬材料的光潔度會(huì)發(fā)生一定的變化，使用熱處理工藝進(jìn)行預(yù)熱處理有助于提升金屬材料的光潔度。金屬材料的內(nèi)部組織和硬度存在一定的差異，因此在采取熱處理工藝的時(shí)候，需要掌握相對(duì)應(yīng)的切削性能，選擇最合適的切削條件和工具，如此也有助于提升金屬材料的切削光潔度。

不僅如此，在切削金屬材料熱處理的時(shí)候，要是金屬材料沒(méi)有經(jīng)過(guò)預(yù)熱，就比較容易因?yàn)橛捕容^低進(jìn)而產(chǎn)生粘刀的情況。本文對(duì)于金屬材料采取預(yù)熱處理，掌握金屬材料和預(yù)熱處理存在的切削性能關(guān)系。在這個(gè)過(guò)程中也需要研究金屬材料和預(yù)熱處理存在的切削性能關(guān)系，掌握經(jīng)過(guò)預(yù)熱處理的金屬材料各項(xiàng)性能是否得到了顯著的提升。通過(guò)研究可以看出，及你數(shù)材料和預(yù)熱處理存在的切削性能保持正比關(guān)系，借助預(yù)熱處理也可以改善金屬材料的切削性能。

2 金屬材料熱處理工藝使用的重要性

2.1 增強(qiáng)金屬材料性能

如今企業(yè)選擇傳統(tǒng)的工業(yè)方法雖然可以實(shí)現(xiàn)金屬切削，而且可以在短時(shí)間中加工出符合規(guī)定的工業(yè)產(chǎn)品，不過(guò)難以有效地保障金屬材料的性能質(zhì)量，因此加工出來(lái)的部件規(guī)格參數(shù)和工業(yè)產(chǎn)品還是存在一些問(wèn)題，穩(wěn)定性較差，并且使用的壽命較短，這些產(chǎn)品在使用的時(shí)候難以處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，不過(guò)通過(guò)對(duì)于金屬材料進(jìn)行熱處理，能夠顯著增強(qiáng)金屬材料性能，并且可以有效地保障產(chǎn)品質(zhì)量，增加使用年限。例如一部分金屬材料要是長(zhǎng)期存儲(chǔ)和放置，金屬材料的應(yīng)力會(huì)產(chǎn)生裂口和腐蝕等情況，通過(guò)進(jìn)行熱處理，可以降低應(yīng)力狀況對(duì)于金屬材料的影響，而且可以改善金屬材料的使用性能。其中金屬材料進(jìn)行熱處理之后，需要保障金屬材料產(chǎn)生氧化的情況。

2.2 減小金屬材料的切削難度

傳統(tǒng)的金屬材料部件和工業(yè)產(chǎn)品在生產(chǎn)的時(shí)候，金屬材料的硬度系數(shù)會(huì)直接影響到整體的切削作業(yè)，常見的問(wèn)題包括切削難度較大，整體的作業(yè)效率較差，道具比較容易產(chǎn)生磨損的情況，之所以會(huì)產(chǎn)生這些情況，主要就是由于金屬材料硬度系數(shù)較高，不過(guò)要是進(jìn)行熱處理，可以有效地調(diào)整金屬材料性能，而且可以有效地應(yīng)對(duì)各項(xiàng)問(wèn)題，不僅能夠更好地保障金屬加工質(zhì)量，而且可以提升金屬材料在生產(chǎn)時(shí)期的切削效率。

3 金屬材料熱疲勞性能影響機(jī)理

鋼件熱疲勞裂紋，主要是由于存在碳化物堆積作用。下圖就是碳

金屬熱疲勞和金屬抗疲勞有著緊密的聯(lián)系，之所以會(huì)產(chǎn)生化物聚集的模型，這個(gè)模型展示了熱疲勞裂紋的產(chǎn)生以及擴(kuò)散，在熱循環(huán)的時(shí)候，碳化物可以做到一起生長(zhǎng)和聚集，其中單個(gè)顆粒比較小，不過(guò)通過(guò)連續(xù)循環(huán)，這部分顆粒會(huì)產(chǎn)生較大的顆粒，而且會(huì)產(chǎn)生碳化物基團(tuán)以及微裂紋，這部分裂紋比較容易造成新的裂紋，進(jìn)而影響到金屬性能。在這個(gè)時(shí)期，金屬材料的部分碳化物含量不是連貫的，這部分顆粒存在微裂紋，要是微裂紋的尺寸和顆粒的尺寸相似，熱循環(huán)下的金屬材料會(huì)由于存在的應(yīng)力進(jìn)而產(chǎn)生各種問(wèn)題，要是裂紋內(nèi)部的應(yīng)力場(chǎng)膨脹系數(shù)超出了預(yù)定的范圍，裂紋就會(huì)持續(xù)地進(jìn)行擴(kuò)散，進(jìn)而產(chǎn)生熱疲勞裂紋。

圖1 碳化物聚集模型

4 金屬材料熱處理加工工藝的具體使用

4.1 對(duì)于真空熱處理技術(shù)的使用

在10Pa 環(huán)境中進(jìn)行真空熱處理，雖然整體的金屬材料性能不會(huì)產(chǎn)生較大的變化，但是可以防止加工時(shí)期出現(xiàn)變形的情況，其中可以避免金屬材料中出現(xiàn)氣孔的情況，整體的材料效果也比較可靠。

4.2 對(duì)于振動(dòng)時(shí)效熱處理工藝技術(shù)的使用

在使用振動(dòng)時(shí)效熱處理工藝技術(shù)的時(shí)候，需要聯(lián)系機(jī)械振動(dòng)過(guò)程或者是超聲波振動(dòng)過(guò)程來(lái)減小工作時(shí)期存在的內(nèi)部殘余應(yīng)力，因此也能夠稱作振動(dòng)消除應(yīng)力法。借助這項(xiàng)技術(shù)可以顯著提升金屬材料的穩(wěn)定性，而且可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于材料變形的控制。不僅如此，振動(dòng)時(shí)效處理措施在控制和監(jiān)督金屬材料加工設(shè)備的時(shí)候可以達(dá)到一個(gè)良好的效果，其中可以有效地符合自動(dòng)化控制需求進(jìn)而提升金屬材料生產(chǎn)效率，增強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量，而且可以減少企業(yè)的生產(chǎn)成本，因此得到了廣泛的使用。

4.3 對(duì)于表面滲層處理工藝技術(shù)的使用

對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)的使用就是把化學(xué)元素滲入到工件表層，確?？梢愿纳平饘俟ぜ阅埽谶M(jìn)行操作實(shí)踐的時(shí)候，會(huì)選擇把工件放置到含有多種合金元素的介質(zhì)中完成綜合加熱處理。在處理的時(shí)候可以使得各項(xiàng)元素快速地滲入到工件表層里面，這樣的一種技術(shù)可以顯著改善工件的亮度和光潔度，而且可以有效地改善工件的耐磨性。在開展材料表面滲層處理的時(shí)候，可以先選擇化學(xué)熱處理措施，對(duì)于金屬材料的表面滲層進(jìn)行處理挑戰(zhàn)，實(shí)現(xiàn)提升金屬材料的整體塑韌性，之后借助表面滲層處理可以顯著提升材料的使用效率。這個(gè)過(guò)程不會(huì)消耗較多的材料，而且可以更加合理地控制金屬材料生產(chǎn)過(guò)程，并且由于該項(xiàng)工藝不會(huì)造成較大的污染，進(jìn)而不會(huì)給附近環(huán)境造成一定的影響。

4.4 激光熱處理工藝技術(shù)的使用

通過(guò)使用這項(xiàng)技術(shù)可以達(dá)到一個(gè)良好的熱處理效果，能夠顯著提升金屬表面硬度，整體的 處理效果比較可靠。要想確保激光熱處理工藝技術(shù)可以達(dá)到一個(gè)精準(zhǔn)的使用狀態(tài)，就需要在激光熱處理的時(shí)候，聯(lián)系計(jì)算機(jī)和有關(guān)的輔助設(shè)施來(lái)控制激光使用情況。通過(guò)使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，這項(xiàng)技術(shù)變得越來(lái)越自動(dòng)化和智能化，而且有著比較廣闊的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

4.5 對(duì)于電子束淬火工藝技術(shù)的使用

在使用電子束淬火工藝技術(shù)的時(shí)候，主要就是選擇把電子束當(dāng)作基礎(chǔ)熱源，其中加熱工件的速度較快，整體屬于自冷式方法。電子束的能量顯著大于普通激光，能量的使用效率也高于激光熱處理效率，整體的使用效率可以達(dá)到百分之八十以上。在電子束表面淬火使用的時(shí)候，能夠提供質(zhì)量較高的淬火，整體的淬火過(guò)程不會(huì)給其它的工件造成一定的影響，因此得到了相關(guān)行業(yè)的高度重視，這項(xiàng)技術(shù)也有著比較可觀的前途。

4.6 對(duì)于熱處理CAD工藝技術(shù)的使用

對(duì)于熱處理CAD 工藝技術(shù)的使用屬于現(xiàn)階段現(xiàn)代金屬熱處理時(shí)期的一種先進(jìn)技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)有著比較廣泛的使用范圍，其中主要就是以計(jì)算機(jī)模擬為基礎(chǔ)，聯(lián)系智能控制來(lái)全面改善整體的熱處理操作流程。

熱處理CAD 技術(shù)的使用和振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)有著緊密的聯(lián)系，可以快速地完成對(duì)于金屬材料的熱處理，而且可以保障金屬材料在熱處理的時(shí)候具備較強(qiáng)的安全性和穩(wěn)定性。熱處理CAD技術(shù)需要抽取熱處理環(huán)境中的空氣成分，并且在這個(gè)時(shí)期需要增加一些惰性氣體，避免在金屬材料熱處理的時(shí)候出現(xiàn)金屬氧化的情況，進(jìn)而影響到材料質(zhì)量。

5 金屬材料熱處理變形的影響因素

在金屬材料的熱處理過(guò)程中，影響金屬材料變形的主要因素有。

5.1 溫度的影響

加熱溫度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)金屬材料完成加熱處理，隨著加熱溫度持續(xù)下降，金屬材料的耐高溫性能會(huì)隨之減弱。在一個(gè)特定的臨界溫度點(diǎn)，金屬材料的內(nèi)部張力和結(jié)構(gòu)應(yīng)力也會(huì)發(fā)生變化，對(duì)材料性能的影響也較大，因此要全面了解引發(fā)金屬材料變形的相關(guān)因素。

5.2 冷卻介質(zhì)的影響

淬火介質(zhì)會(huì)對(duì)金屬材料的熱處理產(chǎn)生一定的影響，而金屬材料熱處理出現(xiàn)變形情況通常是由于加入介質(zhì)速度及攪拌措施導(dǎo)致的，金屬材料的內(nèi)部組織形態(tài)發(fā)生改變材料的外觀也會(huì)發(fā)生變化。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究得出，金屬材料的熱處理與冷卻介質(zhì)有一定的關(guān)聯(lián)性。

5.3 預(yù)處理的間接作用

在開展加工操作之前，一部分材料需要采取預(yù)處理措施，去除金屬材料中的原始內(nèi)部張力。一般情況下，預(yù)處理工藝技術(shù)屬于標(biāo)準(zhǔn)化措施，因?yàn)橐蟮目臻g規(guī)模較大，標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程中的冷卻環(huán)節(jié)都堆疊冷卻的可能。在這個(gè)時(shí)期，金屬材料需要完全冷卻，要是沒(méi)有充分冷卻就會(huì)嚴(yán)重影響到金屬的材料性能。

6 性能驗(yàn)證與結(jié)果分析

在進(jìn)行試驗(yàn)操作的時(shí)候，主要的流程包括這樣幾個(gè)部分：首先需要仔細(xì)地清理操作場(chǎng)地，仔細(xì)地檢查電源和儀表，明確其是否處于正常的狀態(tài)。現(xiàn)場(chǎng)的操作人員需要根據(jù)相關(guān)的需求來(lái)佩戴各項(xiàng)防護(hù)用具，防止在操作的時(shí)候出現(xiàn)意外的情況。操作時(shí)期開啟轉(zhuǎn)換開關(guān)，按照設(shè)備技術(shù)需求來(lái)分段控制溫度，保障設(shè)備的完好性，如此也可以增加設(shè)備的使用壽命。在這個(gè)過(guò)程中要重視熱處理爐實(shí)際溫度和網(wǎng)帶調(diào)速，明確不同材料的溫度標(biāo)準(zhǔn)，保障工件的硬度和表面平直程度，其中要正確進(jìn)行安全工作。對(duì)于工作人員來(lái)說(shuō)需要重視回火爐實(shí)際溫度和網(wǎng)帶調(diào)速，控制好排風(fēng)，保障工件完成回火之后可以滿足質(zhì)量需求。整個(gè)工作過(guò)程需要確保工作人員堅(jiān)守自己的崗位，而且要準(zhǔn)備好各項(xiàng)消防用具，工作人員需要熟練地使用各項(xiàng)措施，等到停機(jī)完畢，需要檢查各項(xiàng)控制開關(guān)，確保這些開關(guān)處于關(guān)閉的狀態(tài)，需要注意的是轉(zhuǎn)換開關(guān)需要及時(shí)地關(guān)閉。

在對(duì)于金屬材料開展熱處理的過(guò)程中，選擇的熱處理工藝也存在一定的差異，其中需要驗(yàn)證金屬材料自身疲勞性受到的影響，通過(guò)多次冷熱交替，金屬表面都產(chǎn)生一定的細(xì)裂紋，等到交替次數(shù)達(dá)到一千兩百次之后，試樣表面會(huì)產(chǎn)生粗裂紋。針對(duì)同種金屬材料，選擇相同的熱處理工藝，試樣表面縫隙和熱交替的次數(shù)保持一定的比例關(guān)系，冷熱交替次數(shù)增加，裂縫規(guī)模也會(huì)增加。載重合格時(shí)期，裂紋的長(zhǎng)度和冷熱交替次數(shù)處于反比例關(guān)系，隨著冷熱交替次數(shù)的增多，損傷因子會(huì)持續(xù)減少。

通過(guò)研究可以看出，試驗(yàn)工件經(jīng)過(guò)冷熱交替六百次之后會(huì)產(chǎn)生一定程度的裂紋，之后雖然也會(huì)產(chǎn)生新的裂紋，不過(guò)大多數(shù)就是之前的裂紋擴(kuò)散。一部分裂紋因?yàn)榻?jīng)過(guò)冷熱交替會(huì)產(chǎn)生一定的應(yīng)力，裂紋規(guī)模也會(huì)發(fā)生一定的變化，這部分裂縫會(huì)產(chǎn)生主裂紋，其他相對(duì)較小的裂紋也會(huì)隨著應(yīng)力的減小而不會(huì)再出現(xiàn)擴(kuò)展的情況。不僅如此，隨著冷熱交替次數(shù)多 持續(xù)增多，氧化剝落問(wèn)題也會(huì)變得越來(lái)越嚴(yán)重，不過(guò)通過(guò)拋光和酸洗，這部分氧化脫落也會(huì)消失。不僅如此，針對(duì)鋁合金材料，選擇熱處理工藝，金屬材料強(qiáng)度會(huì)顯著提升，材料的自身熱疲勞性也會(huì)得到一定的改善。

具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程：首先就是先仔細(xì)地清理操作場(chǎng)地，保障電源表處于一個(gè)正常的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)于工作人員來(lái)說(shuō)，在使用防護(hù)設(shè)備的時(shí)候需要按照相關(guān)的規(guī)章制度進(jìn)行操作。其中技術(shù)要求包括加熱溫度以及冷卻溫度，而且需要具備完整性的維護(hù)和總壽命，可以急速的增加室內(nèi)的溫度，能夠有效地控制材料溫度，實(shí)現(xiàn)減小表面硬度。操作時(shí)期需要控制好室內(nèi)的溫度，確?？梢詫?shí)現(xiàn)長(zhǎng)期放電和維護(hù)工作。在工作的時(shí)候，只有參照相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)才可以更好地保障整體的安全性，要是溫度以及疲勞性能處于不平衡的狀態(tài)，表面材料經(jīng)過(guò)六百次冷循環(huán)之后，單個(gè)材料的裂紋不夠均勻，表面循環(huán)1200 次之后裂紋厚度更大。下表為損傷因素記錄表，能夠看出要是材料處于相同的處理?xiàng)l件中，選擇相同工藝樣品的裂紋面積和主要裂紋以及熱疲勞循環(huán)數(shù)處于一個(gè)比例關(guān)系，隨著熱疲勞循環(huán)次數(shù)的增加，損傷因子的數(shù)量也會(huì)持續(xù)增多，不過(guò)裂紋總長(zhǎng)度會(huì)減小，能夠看出損傷因子和循環(huán)次數(shù)有著緊密的關(guān)系。

表1 顯示的是不同溫度下的熱疲勞表面損傷因子的記錄

7 金屬材料熱處理工藝技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新

7.1 對(duì)于金屬材料熱處理工藝技術(shù)的創(chuàng)新

現(xiàn)階段科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度持續(xù)增快，金屬材料熱處理工藝技術(shù)也得到了顯著的發(fā)展，其中可控氣氛熱處理工藝技術(shù)屬于一種新型的金屬材料熱處理工藝技術(shù)，這屬于氣體介質(zhì)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于氣氛的控制以及保護(hù)。這項(xiàng)技術(shù)不僅能夠有效地保護(hù)金屬表面的性能，而且可以提升熱處理工作的完整性和可靠性。特別是對(duì)于鋼制工制品，借助這項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于鋼材料的保護(hù)，主要由于鋼在高溫預(yù)熱環(huán)境中會(huì)產(chǎn)生氧化的作用，這樣會(huì)破壞金屬表面，不過(guò)使用這項(xiàng)技術(shù)能夠顯著減小鋼氧化概率。不僅如此，這項(xiàng)技術(shù)也能夠在其它的金屬材料中進(jìn)行使用，其中可以自主地控制尺寸，并且能夠提升操作的靈活性。如今可控氣氛熱處理工藝技術(shù)得到了廣泛的使用，不過(guò)在使用的時(shí)候還是存在一些問(wèn)題，對(duì)于工作人員來(lái)說(shuō)需要深入地進(jìn)行研究和分析，確保這項(xiàng)技術(shù)能夠獲得更加顯著的發(fā)展和進(jìn)步，這樣也能夠給社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展提供更加可靠的保障。

7.2 金屬材料熱處理工藝技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

7.2.1 自動(dòng)化發(fā)展

現(xiàn)階段金屬材料熱處理工藝技術(shù)得到了相關(guān)企業(yè)的高度重視，企業(yè)在使用這項(xiàng)技術(shù)的時(shí)候，需要具備合理的配置，而且需要消耗較多的人力資源和物力資源，在進(jìn)行金屬熱處理的過(guò)程中，人為因素屬于主要的影響因素，對(duì)于科研人員來(lái)說(shuō)需要重視對(duì)于金屬材料熱處理工藝技術(shù)的自動(dòng)化發(fā)展，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化應(yīng)用，這樣不僅可以顯著改善金屬熱處理效果，而且可以充分地聯(lián)系熱處理工藝和信息技術(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)于金屬材料熱處理效率的提升。

7.2.2 無(wú)氧化處理

如今我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度持續(xù)增快，無(wú)氧化處理技術(shù)也得到了廣泛的使用，這項(xiàng)技術(shù)有著較高的使用價(jià)值，可控氣氛技術(shù)也屬于無(wú)氧化處理技術(shù)，借助可控氣氛熱處理工藝技術(shù)能夠顯著減小鋼的氧化概率，而且可以提升熱處理的穩(wěn)定性以及可靠性，因此主要就是使用到鋼制品熱處理過(guò)程中，能夠看出這項(xiàng)技術(shù)屬于金屬材料熱處理工藝的主要發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于企業(yè)來(lái)說(shuō)需要增強(qiáng)對(duì)于無(wú)氧化處理工藝技術(shù)的研發(fā)，使其可以發(fā)揮更加顯著的作用。

8 結(jié)語(yǔ)

總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)正確地使用金屬材料熱處理工藝技術(shù)，有助于更好地保障金屬材料質(zhì)量，提升金屬材料的使用效率，不僅能夠使得金屬材料得到更加廣泛的使用，而且可以更好地促進(jìn)社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步。