材料及热处理工艺研究

杨欢

摘 要：金属材料热处理工艺与技术，可以最大程度获得理想的金属材料。通过热处理振动技术、超硬涂层处理技术、化学渗透处理技术、激光热处理技术、使金属材料获得更高的物理性能、化学性能、力学性能、工艺性能从而获得理想的金属材料，推动工业信息化发展。

关键词：材料；热处理；工艺

引言

在设计工作中选择合适的热处理工艺也能更加有效的改变金属材料的机械性能。如果热处理条件不合理，将会给金属材料机械性能造成严重的破坏。

一、金属材料热处理工艺概述

热处理是金属材料通过一系列手段改变其性质及性能的处理过程，主要包括加热、保温及降温等处理方式。当前在生产生活中各个层面均离不开热处理。通过热处理后的金属材料，其表面的硬度得以增强，同时，采用热处理能够极大提高金属材料的柔韧性，使金属材料的抗磨损及抗疲劳能力得以增强，将热处理后的材料制成金属零件，延长了金属零件的使用时间，在一定程度上实现了节能减排的目的。

因此，现阶段热处理的作用被人们多广泛认知，与传统热处理不同的是，现代热处理技术转变了加热-保温-降温的简单流程，而是采用更为高级与先进的技术对金属材料进行处理，这种热处理技术能够更为大幅度提升金属材料的硬度，并降低金属材料脆性，其现实意义较高。

二、金属材料与热处理之间的关系

其一，热处理与金属材料削切关系。金属材料在热处理后，材料的性质得以转变，包括材料的硬度、延展度及柔韧度，因此，热处理能够改变金属材料削切性能。另外，部分金属材料在经过热处理后，其材料稳定性得以改善，在削切过程中能够更好的控制削切角度与力度，进而提升金属处理效果。其二，热处理与金属材料切边关系。金属材料在经过热处理后，其切边将会受到一定的影响，尤其是在改变金属材料硬度、状态及性能后，其切边难度有所提升或下降。其三，热处理与金属材料柔韧性关系。不同的金属数形具有差异性，其硬度、延展度与柔韧度各不相同。金属材料在经过热处理后，其柔韧度得以改变，从而提升金属材料的使用范围，并加强金属材料的稳定性，使金属材料在应用中不会出现氧化问题，延长了金属材料的使用寿命。

三、金属材料热处理工艺技术

（1）化学薄层渗透技术。化学热处理的主要方式是将化学成分薄层渗透到金属材料之上，从而改善金属实际柔韧性和硬度，这种薄层渗透的方式能够改变金属表面形态，从而减低金属材料在生产加工过程中出现浪费。另外，采用化学薄层渗透的金属物质在加工过程中能够降低生产成本，并避免金属加工对环境造成的影响。同时，与传统化学处理模式相比，薄层渗透仅作用于金属表面，无需渗入到金属的内部结构，其处理方法较为简单，所产生的效果较好，具有极高的性价比，能够提升技术材料热处理效率。

（2）激光热处理技术。激光热处理也被称之为激光淬火，是采用激光束照射金属表面，当金属表面的温度快速升高后关闭激光束，在热传导作用下，金属迅速自然冷却，在金属表面形成一层较薄的组织，与常规淬火模式相比，这一方式所处理后的金属表面硬度更高，成为当前常见的金属材料热处理工艺之一。激光作用于金属材料之上具有穿透性强的特征，因此，使用激光进行金属材料热处理，其效果较好，激光能够促进金属表面形成硬度较大的外层，从而提高金属材料硬度，改善金属现有结构。同时，当前多采用计算机系统控制激光进行热处理，这种模式下处理方法与处理技术均采用计算机予以控制，能够进行自动化的激光热处理，显著提升其工作效率，从而进行批量化生产。

（3）超硬涂层技术。超硬涂层并不是一种技术，而是多种涂层技术的合称，其本质是采用多种技术在金属表面制备涂层，该涂层硬度较高，从而实现金属表面硬度的提升。一般用于超硬涂层的物质包括氮化金属、碳化金属、硼化金属及氧化金属等金属衍生物，也包括金刚石、氮化硼、氮化碳、纳米结构及纳米晶等等。将上述物质涂抹于金属表面，采用蒸镀、溅射、沉积、离子镀等高科技形式完成涂层的制备。超硬涂层技术的优势在于方便快捷，对金属材质内部的影响较小，因此，超硬涂层技术是金属热处理中应用最广泛的技术之一，也是当前提高金属表面硬度的主要方式。目前金属热處理涂层技术不断发展，采用更为先进的方式进行金属材料涂层处理，可以更为简单快捷的提升金属材料表面硬度，具有极高的应用效果。

（4）振动处理技术。振动处理也称振动时效处理，是通过振动来消除金属内应力，使常规金属参与内应力逐渐消失，从而实现材料达到屈服强度的目标，最终导致金属材料出现微量变形情况。通过上述方式能够提升金属材料的稳定性，并逐步降低金属材料内部残余内应力。当前实施振动处理金属材料一般通过计算机系统进行控制，使金属在振动中各项参数得以有效控制，在极大程度上提升了材料处理效果，降低材料处理时间，进而提升金属材料振动处理效率。因此，这项技术近年来发展速度较快，众多企业采用此种形式进行金属热处理，能够极大降低了生产成本，同时这项处理模式对生态环境造成的影响极小，达成了节能减排的最终目的。

（5）热处理CAD技术。CAD（ComputerAidedDesign）也就是计算机辅助设计，CAD技术通过计算机进行智能化模拟，将金属材料热处理的全过程进行建模，从而了解该金属材料热处理过程中可能会出现的各种问题，进行智能化调整后，再应用于实际生产操作之中。这种方式能够不断完善金属热处理效果，采用模拟-分析-研究这一结构对金属材料热处理工艺加以完善，实施预见性、全面性的金属热处理模式。同时，通过CAD技术进行金属材料热处理，能够重点加强金属材料处理前后各项参数的对比，进而掌握金属热处理前后参数变化情况与处理方式、处理时间等变量之间的关系，从而保障热处理效果，根据实际需要制定相应的处理模式，有助于提升金属材料热处理效果。

四、金属材料热处理技术发展趋势

当前科学技术高速发展下，各种金属材料热处理技术均得以全面提升，尤其是近年来各种先进的金属材料热处理技术层出不穷，极大发展和拓展了我国金属制造行业发展。笔者就当前金属热处理相关文献及学术成果加以研究，认为未来金属材料热处理的技术发展应以可控气氛技术为主，所谓可控气氛（ControlledAtmosphere）是指采用控制气体模式加热金属，从而使金属与气体之间形成化学反应，从而导致金属表面形成一层保护层，这层保护层硬度与柔韧度与所用气体及金属材质具有密切关系。一般而言，多采用氢气、氩气、氮气作为可控气氛，使金属表面氧化、脱碳、增碳。能够有效提升金属材料的硬度，生产中多使用2种及2种以上的气体进行热处理，以达成保护金属表面、提升金属表面硬度的目标。在未来对金属热处理技术认识更为深入之后，笔者相信可控气氛热处理技术必然随之显著发展，这项技术操作难度低、生产效率较高，十分适用于生产之中。

五、结束语

本文通过对金属材料的简要分析，引导出热处理技术，热处理在机械行业中有着非凡的作用。通过对传统的热处理和新型热处理的对比，充分体现出新型热处理的优点（高质、高效、节能、环保等好处），只有通过改进和发展新型的设备技术和工艺，才能立于不败之地。

参考文献：

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[2]林清.金属材料与热处理工艺关系探索分析[J].科技风，2019（11）：169+195.