馬飛 強(qiáng)歆 于媛

摘 要：金屬材料具有塑性好、韌性強(qiáng)、耐腐蝕性好和強(qiáng)度高等性能，能夠在很多領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。為了使得金屬材料發(fā)揮更好的應(yīng)用效果，使用熱處理工藝對(duì)其進(jìn)行處理，有助于進(jìn)一步提高金屬材料的綜合性能。文章主要分析金屬材料熱處理工藝和技術(shù)，首先對(duì)金屬材料及熱處理工藝進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，然后分析熱處理工藝對(duì)金屬材料的影響，只有使用科學(xué)、合理的熱處理工藝，才能使得金屬材料的綜合性能更加完善。文章還分析了幾種金屬材料熱處理技術(shù)，比如激光熱處理技術(shù)、熱處理CAD技術(shù)、真空熱處理技術(shù)等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，熱處理技術(shù)變得更加先進(jìn)和完善，對(duì)金屬材料進(jìn)行加工處理將會(huì)具有更好的效果。

關(guān)鍵詞：熱處理;金屬材料;工藝和技術(shù)

中圖分類號(hào)：TQ050.4+1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1001-5922（2021）06-0017-04

Abstract：Metal materials have the properties of good plasticity， strong toughness， good corrosion resistance and high strength， which can play an important role in many fields. In order to make the metal materials exert better application effects， the heat treatment process is used to treat them， which helps to further improve the comprehensive performance of the metal materials. Therefore， the paper mainly analyzes the heat treatment process and technology of metal materials. First， it briefly analyzes the metal materials and heat treatment process， and then analyzes the effect of heat treatment process on metal materials. Only by using scientific and reasonable heat treatment process can the comprehensive performance of metal materials be more perfect. . The paper also analyzes several metal material heat treatment technologies， such as laser heat treatment technology， heat treatment CAD technology， and vacuum heat treatment technology. With the development of science and technology， heat treatment technology has become more advanced and perfect， and processing metal materials will have better results.

Key words：heat treatment; metal materials; process and technology

在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中工業(yè)生產(chǎn)一直占據(jù)著非常重要的部分，涉及到人類生活的方方面面，在社會(huì)的快速發(fā)展過(guò)程中，工業(yè)生產(chǎn)也在不斷發(fā)展，并且也帶動(dòng)了其他行業(yè)的發(fā)展，比如有色金屬行業(yè)等。當(dāng)前，有色金屬的開(kāi)發(fā)和利用越來(lái)越多，所以推動(dòng)了熱處理技術(shù)快速發(fā)展，使其變得更加完善和成熟[1]。由于熱處理工藝和技術(shù)直接決定著金屬材料的物理性能，如果在使用過(guò)程中，其工藝和技術(shù)存在問(wèn)題，那么就會(huì)降低金屬材料的耐久性、抗疲勞性、硬度等，使得所生產(chǎn)的產(chǎn)品不符合質(zhì)量要求，將會(huì)增加企業(yè)的制造成本，還會(huì)存在安全事故[2]。所以需要嚴(yán)格控制好金屬材料熱處理工藝和技術(shù)，用其增加金屬材料的綜合性能。

金屬材料熱處理工藝和技術(shù)在不斷完善的過(guò)程中，不僅能夠增加生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量，降低企業(yè)生產(chǎn)成本，而且還有助于保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排，正好符合當(dāng)前人類節(jié)能環(huán)保的理念[3]。于是研發(fā)和創(chuàng)新金屬材料熱處理工藝和技術(shù)值得各個(gè)相關(guān)研究者的重視，在應(yīng)用過(guò)程中，需要嚴(yán)控管控好熱處理的各個(gè)工藝環(huán)節(jié)，從而增加熱處理技術(shù)的水平?；诖?，文章將主要分析金屬材料熱處理工藝和技術(shù)，以供相關(guān)研究者參考。

1 金屬材料的分類

在生產(chǎn)和生活中，金屬材料作為一種常見(jiàn)材料能夠發(fā)揮重要作用。因?yàn)樵摬牧暇哂泻芎玫膭偠?、硬度和?qiáng)度，而且還具有很好的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，另外，其韌性和可塑性也較好，所以在不同領(lǐng)域中能夠發(fā)揮重要作用，并且很多領(lǐng)域中已經(jīng)離不開(kāi)金屬材料的作用。金屬材料的種類有很多，不同材料的性能也會(huì)存在差異，總體上金屬材料可以分為3類，分別為黑色金屬材料、有色金屬材料和特種金屬材料，這3種材料如下[4]。

（1）黑色金屬材料。這種材料就是我們身邊非常常見(jiàn)的一種鋼鐵材料，比如含碳量大于2.11%的鑄鐵、含碳量在0.0218～2.11%之間的鋼，還有工業(yè)純鐵，廣義上的黑色金屬材料還包含錳、锘及其合金[5]。

（2）有色金屬材料。這種材料就是除了鐵、錳、锘以外的所有金屬及其合金，這種材料的主要特點(diǎn)在于具有更好的強(qiáng)度和硬度，而且還具有電阻溫度系數(shù)小的特點(diǎn)。有色金屬材料下面有很多不同類別的材料，比如重金屬、稀有金屬、貴金屬、稀土金屬、輕金屬等等[6]。

（3）特種金屬材料。這種材料包含具有特定的用途，主要包含兩大類，分別為功能金屬材料和結(jié)構(gòu)金屬材料。當(dāng)前在很多領(lǐng)域中廣泛使用的納米材料，經(jīng)過(guò)融合納米技術(shù)，使得金屬材料改變?cè)瓉?lái)的化學(xué)性能和物理性能，從而具備更高的綜合性能，比如較強(qiáng)的抗疲勞性能、強(qiáng)度等[7]。

2 金屬材料的主要性能

金屬材料因其性能優(yōu)異，所以在很多領(lǐng)域中具有重要作用。比如具有塑性好、韌性強(qiáng)、耐腐蝕性好和強(qiáng)度高等性能，3種金屬材料的主要物理性能如下：

（1）金屬材料的硬度性能。金屬材料在應(yīng)用過(guò)程中，其硬度性能主要表現(xiàn)出來(lái)的是抗擊能力。硬度屬于金屬材料顯著的物理性能，并且也是衡量金屬材料物理性能的重要指標(biāo)。如果金屬材料的硬度越大，那么將會(huì)具有更好的抗擊能力，其應(yīng)用性能也將更好。

（2）金屬材料的耐久性。金屬材料在長(zhǎng)時(shí)間的使用過(guò)程中，會(huì)受到各種環(huán)境問(wèn)題而導(dǎo)致其性能降低，金屬材料的耐久性就是能夠抵抗環(huán)境對(duì)其影響，從而能夠繼續(xù)保持其使用性能的能力。一般情況下，金屬材料抗腐蝕性和耐久性之間有必然聯(lián)系，因?yàn)榻饘俨牧鲜艿酵饨缱饔脮?huì)出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象，當(dāng)腐蝕現(xiàn)象比較明顯時(shí)，則說(shuō)明金屬材料的耐久性較差，反之，如果金屬材料的耐久性較強(qiáng)，則材料的抗腐蝕也較強(qiáng)，金屬材料的使用壽命也將更長(zhǎng)。

（3）金屬材料的疲勞性。疲勞性指的是金屬材料在長(zhǎng)期的工作過(guò)程中，會(huì)受到連續(xù)不斷的交變荷載，沒(méi)有出現(xiàn)明顯變形，但是會(huì)突然發(fā)生斷裂或者損壞的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的發(fā)生并不是因?yàn)榻饘俪惺苣芰σ呀?jīng)達(dá)到了臨界點(diǎn)，而是因?yàn)榻饘俨牧辖?jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)外力影響下而發(fā)生的損壞或者斷裂情況。

在金屬性能中疲勞性也屬于一個(gè)重要的衡量指標(biāo)。因?yàn)樵趯?shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，機(jī)械設(shè)備中的軸承、連桿之類的金屬零部件都會(huì)發(fā)生疲勞失效的情況，如果金屬材料非常容易出現(xiàn)這種現(xiàn)象，那么將會(huì)影響企業(yè)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本。于是如果金屬材料需要應(yīng)用于長(zhǎng)期應(yīng)力工作環(huán)境下，那么一定要增強(qiáng)其抗疲勞性能，才有利于增加工件的使用周期。

3 金屬材料熱處理簡(jiǎn)介

3.1 金屬材料熱處理的定義

金屬材料熱處理應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，其主要定義就是在特定容器中放入金屬材料對(duì)其進(jìn)行加熱，當(dāng)加熱到規(guī)定溫度之后，還需要保持該溫度持續(xù)一段時(shí)間，再通過(guò)使用不同速度對(duì)不同預(yù)定介質(zhì)緊致降溫處理，先熱后冷的處理方式目的在于是的金屬材料表面或者內(nèi)在的基本組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，是得該金屬材料能夠符合一定的性能和結(jié)構(gòu)[8]?？傊?，金屬材料熱處理就是通過(guò)加熱、保溫、降溫等步驟對(duì)金屬材料進(jìn)行處理，然后得到預(yù)期性能和結(jié)構(gòu)的一種熱處理技術(shù)。

一般情況下，金屬材料熱處理工藝可以分為3種不同的處理工藝，分別為整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理。每種熱處理工藝對(duì)金屬材料進(jìn)行加工，其得到的金屬內(nèi)部和表面基本結(jié)構(gòu)將會(huì)存在差別，能夠?qū)崿F(xiàn)不同的使用性能要求。所以需要根據(jù)金屬材料的實(shí)際需求選擇最為合適的熱處理工藝。

3.2 金屬材料熱處理的過(guò)程

在金屬材料熱處理的定義中已經(jīng)提出過(guò)熱處理就是對(duì)金屬材料進(jìn)行加熱、保溫和冷卻。其實(shí)，在有些情況，其中的保溫可以省略。雖然熱處理工藝涉及到三個(gè)或者兩個(gè)處理過(guò)程，但其中每一個(gè)過(guò)程之間是互相銜接，不會(huì)出現(xiàn)斷裂情況。另外，在每個(gè)處理過(guò)程中還存在很多需要注意的細(xì)節(jié)部分，熱處理的3個(gè)階段進(jìn)行分析如下。

（1）加熱階段。在熱處理工藝中加熱屬于最為基本的前提條件，并且也是非常重要的處理階段。傳統(tǒng)的加熱方式會(huì)使用煤炭或者木炭作為燃料，用來(lái)提高金屬溫度，后來(lái)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，并且對(duì)節(jié)能環(huán)保的重視程度不斷提高，氣體燃料和液體燃料被開(kāi)發(fā)，從而廣泛的應(yīng)用到熱處理中。如今，在電力技術(shù)的大力發(fā)展之下，金屬材料熱處理工藝變得更加的便捷，能夠更加方便、靈敏的對(duì)加熱溫度和時(shí)間進(jìn)行控制，所以熱處理工藝使用電力技術(shù)進(jìn)行加熱，具有跨時(shí)代的意義。使用燃料對(duì)金屬進(jìn)行加熱的過(guò)程中，金屬會(huì)與氧氣發(fā)生氧化，會(huì)與空氣發(fā)生脫碳現(xiàn)象，為了降低金屬材料的負(fù)面影響，所以在加熱過(guò)程中，其加熱環(huán)境的要求比較高，如今也已經(jīng)有真空加熱的處理方式，同時(shí)在加熱時(shí)也可以是用涂料或者包裝方式對(duì)金屬表面進(jìn)行保護(hù)加熱。

（2）保溫階段。當(dāng)上述加熱達(dá)到指定溫度之后，還需要以一定溫度保持一段時(shí)間，即保溫階段。在保溫階段需要根據(jù)實(shí)際的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置好保溫階段的保溫時(shí)間。當(dāng)然在設(shè)置保溫時(shí)間之前需要有前提條件，即溫度要能夠得到有效保障和可控制。保溫的目的在于促使金屬材料發(fā)生連續(xù)反應(yīng)，使其內(nèi)部和外部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而使得金屬材料的性能變得更加穩(wěn)定和提高。一般情況下，在金屬熱處理過(guò)程中都需要保溫階段，只有在特殊情況，保溫階段可以省去。

（3）冷卻階段。熱處理工藝中，冷卻階段也屬于必不可少的環(huán)節(jié)，與加熱階段一樣，具有非常重要的作用。冷卻階段就是對(duì)金屬材料進(jìn)行將溫處理，然而在降溫過(guò)程中并不僅僅直接將溫度降下來(lái)，還需要使用合適的冷卻方法和時(shí)間。因?yàn)椴煌墓に嚭徒饘俨牧?，冷卻方法和時(shí)間不同，將會(huì)使得最終的產(chǎn)品質(zhì)量完全不同。不同的冷卻方式主要體現(xiàn)在其冷卻速度不一樣，一般情況下，正火的冷卻速度比較快，退火的冷卻速度最慢，淬火的冷卻速度恰好與之相反，即冷卻速度最快。另外還需要根據(jù)金屬材料熱處理工藝設(shè)置好冷卻時(shí)間。

4 熱處理工藝對(duì)金屬材料性能的影響

金屬材料進(jìn)行熱加工處理的目的在于提高其綜合性能，所以熱處理工藝對(duì)金屬材料進(jìn)行處理有利于提高其物理性能，使得金屬材料在應(yīng)用過(guò)程具有更好的使用效果。

（1）熱處理溫度對(duì)金屬材料疲勞性的影響。當(dāng)金屬材料完成合理的預(yù)處理之后，其綜合性能就會(huì)有明顯的提高。其中抗疲勞性能主要會(huì)受到熱處理溫度的影響。例如，熱處理工藝在金屬材料使用過(guò)程中，如果其中的冷卻速度沒(méi)有設(shè)置好，將其設(shè)置得過(guò)快，那么金屬材料的溫度在段時(shí)間內(nèi)發(fā)生驟變，就會(huì)存在比較大的應(yīng)力作用，于是金屬材料容易出現(xiàn)斷裂等現(xiàn)象，也就是金屬材料的疲勞性能將會(huì)受到比較大的影響。所以在熱處理過(guò)程中，工作人員需要嚴(yán)格控制好溫度，并且不斷對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)整，從而選擇出一個(gè)最適合的溫度提高金屬材料的抗疲勞性能。

（2）熱處理工藝對(duì)金屬材料耐久性的影響。由于金屬材料在受到持續(xù)加熱的過(guò)程中，然后在突然發(fā)生冷卻反應(yīng)，其結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生較大改變，金屬材料的自身耐腐蝕也會(huì)受到比較大的影響。通過(guò)從熱處理的應(yīng)力入手，工作人員首先要了解到金屬材料的自身耐久性，然后再確定熱處理應(yīng)力的大小，于是使用這種熱處理工藝能夠改善金屬材料耐久性。確定應(yīng)力大小時(shí)，不能出現(xiàn)剩余應(yīng)力，不然就會(huì)對(duì)金屬材料耐久性產(chǎn)生負(fù)面影響。所以，通過(guò)使用熱處理工藝，能夠?qū)饘俨牧系母g性造成影響，同時(shí)就會(huì)對(duì)其耐久性造成影響。

（3）熱處理預(yù)熱對(duì)金屬材料切割的影響。熱處理過(guò)程中除了會(huì)對(duì)金屬材料的性能造成影響，而且還會(huì)影響其切割效果。因?yàn)閷?duì)金屬材料進(jìn)行整體加工時(shí)，不可避免的會(huì)對(duì)金屬材料進(jìn)行切割操作。其中使用的切割工具非常重要，另外工作環(huán)境的影響也會(huì)非常大?；诖?，為了使得金屬材料的切割質(zhì)量有所保障和提高，可以使用預(yù)熱處理的方式。熱處理預(yù)熱對(duì)金屬材料切割的影響有兩面性，如果進(jìn)行科學(xué)合理的預(yù)熱處理，可以避免金屬材料在切割時(shí)使用的刀具和材料之間的粘連現(xiàn)象，那么就會(huì)增加材料的切割效率，而且還能夠保證金屬材料切割的精確度，最終提高金屬材料的切割質(zhì)量;反之使用預(yù)熱處理時(shí)，沒(méi)有嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行，那么就會(huì)增加金屬材料切割的誤差，使得切割成品質(zhì)量不符合要求。

5 金屬材料熱處理新工藝和技術(shù)

隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，金屬材料熱處理工藝得到了進(jìn)一步發(fā)展，技術(shù)方面更加的先進(jìn)，更過(guò)的新方法、新工藝不斷涌現(xiàn)，使得金屬材料能夠獲得更好的熱處理，有助于提高金屬材料的物理性能，還有助于提高金屬材料的成品質(zhì)量。下面將對(duì)幾種熱處理新工藝和技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。

（1）激光熱處理技術(shù)。這種技術(shù)就是通過(guò)使用高能量激光束對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理，因?yàn)楦吣芗す馐哂蟹浅４蟮臒崃浚饔糜诮饘俦砻鏁?huì)使其溫度快速上升而達(dá)到相變點(diǎn)。這種技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)在于功率高、激光束密度大，所以在處理過(guò)程中，會(huì)增加金屬材料表面的耐磨性、強(qiáng)度和硬度，使得金屬材料具有更好的力學(xué)性能，而且還可以增加材料的熱處理速度[9]。當(dāng)前，使用激光熱處理技術(shù)的主要對(duì)象是鑄造型板沖壓模具，在石油化工、冶金和汽車等領(lǐng)域中使用較為頻繁，因?yàn)檫@種技術(shù)的生產(chǎn)成本比較高。

（2）熱處理CAD技術(shù)。該技術(shù)屬于一種模擬系統(tǒng)，其中主要以計(jì)算機(jī)作為輔助工具，然后對(duì)材料進(jìn)行熱處理工藝模擬，這種技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)模擬實(shí)際的熱處理工藝，從而提高熱處理工藝的實(shí)際效果，能夠降低實(shí)際工作失誤，提高實(shí)驗(yàn)效率。甚至通過(guò)該技術(shù)能夠模擬現(xiàn)實(shí)工作不能達(dá)到的操作，比如完全退火和等溫退火等，能夠預(yù)防金屬材料的變形。熱處理CAD技術(shù)的具體模擬過(guò)程是研究人員首先使用CAD技術(shù)還原整個(gè)熱加工過(guò)程，其中包括模擬具體的熱加工工序，在設(shè)置工序過(guò)程中需要綜合考慮到金屬材料的化學(xué)性能、物理性能和熱加工的具體要求等，在模擬過(guò)程中需要及時(shí)將步驟中存在問(wèn)題的地方進(jìn)行修改完善。實(shí)際上熱處理CAD技術(shù)就是信息技術(shù)和電腦技術(shù)在加工領(lǐng)域中的應(yīng)用，這些技術(shù)使得熱處理技術(shù)生產(chǎn)變得更加高效。

（3）化學(xué)薄層滲透熱處理技術(shù)。顧名思義，該技術(shù)是通過(guò)使用化學(xué)反應(yīng)的方法對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理，經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)，金屬材料的薄層得以滲透之后，該材料就會(huì)在很大幅度上提高其堅(jiān)韌性。傳統(tǒng)的熱處理技術(shù)是使用燃料進(jìn)行熱處理，然而這種技術(shù)打破了傳統(tǒng)的處理過(guò)程，具有更好的節(jié)能減排作用，而且熱處理時(shí)間快。如今化學(xué)薄層滲透熱處理技術(shù)在實(shí)際的生產(chǎn)中已經(jīng)有著廣泛的使用。

（4）振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)。在金屬材料熱加工過(guò)程中，振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)屬于必要部分。因?yàn)榻饘俨牧线M(jìn)行熱處理就會(huì)受到機(jī)械設(shè)備的影響，使其自身發(fā)生非常大的振動(dòng)，金屬材料受到較大振動(dòng)力，就會(huì)導(dǎo)致其出現(xiàn)錯(cuò)位或者位移等情況，加工出來(lái)的產(chǎn)品就會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。所以必須要使用振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)，其主要作用在于對(duì)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生的振動(dòng)進(jìn)行干預(yù)，從而可以降低振動(dòng)對(duì)金屬材料的影響，從而提高生產(chǎn)加工產(chǎn)品的精確度和質(zhì)量。

（5）真空熱處理技術(shù)。通過(guò)燃料加熱的熱處理技術(shù)中，氧氣屬于不可或缺的物質(zhì)，于是在有氧環(huán)境下進(jìn)行熱處理，金屬材料表面會(huì)發(fā)生氧化作用，就會(huì)對(duì)其性能造成影響。于是為了解決該問(wèn)題，伴隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，研究者們實(shí)現(xiàn)了真空熱處理技術(shù)，即在沒(méi)有氧氣環(huán)境中對(duì)材料進(jìn)行熱處理，避免了金屬材料氧化。這種技術(shù)的主要優(yōu)勢(shì)就是防止金屬材料氧化，并且在真空環(huán)境下，低壓滲透材料能夠直接進(jìn)行高壓氣淬施工，所以能夠縮短熱處理流程，提高熱處理效率[10]。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，金屬材料熱處理工藝和技術(shù)變得更加成熟，不僅能夠提高金屬材料的綜合性能，而且在一定程度上有助于推動(dòng)我國(guó)工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，并且熱處理工藝還能夠符合當(dāng)前人類節(jié)能環(huán)保的理念，能夠降低金屬材料的處理成本。我們需要重視的是提高熱處理加工效率，并且需要熟知熱處理和金屬材料之間的關(guān)系，熟練掌握熱處理工藝和技術(shù)，使得金屬材料的性能更加優(yōu)異。隨著科學(xué)技術(shù)、新材料的不斷發(fā)展，金屬材料的應(yīng)用性能將會(huì)更好，我國(guó)的工業(yè)化發(fā)展將會(huì)不變得更加完善。

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