基于金属材料的热处理对机械设计的影响

张明坤

亚太森博（山东）浆纸有限公司 山东日照 276800

1 概述

金属材料的热处理工艺和技术与产品的质量有关，必须改进热处理技术，使热处理工艺更加节能。目前，我国目前的热处理设备和工艺更换非常缓慢，难免会出现这样的错误，导致工件加工出现断裂现象，脱碳和氧化。同时，即使在同一生产车间加工的工件由于渗碳过程不充分而导致使用寿命缩短，金属材料的热处理过程也是落后的。通常，目前的热处理技术存在自动化程度低和专业化的问题。在新开发的工艺和技术中，液体和气体燃料的应用，可以间接加热漂浮颗粒，不仅大大降低了企业的能源消耗，而且达到了要求的目的。

2 热处理的工艺过程

金属热处理工艺一般包括加热，保温和冷却三个阶段，一些热处理工艺没有保温阶段，每个阶段相互呼应，不能中断。早在700多年前，古人就在社会生产中发现金属材料的性能受温度和外压的影响很大，热处理的发展变得更加复杂和丰富。金属有许多热处理方法。早期使用木炭和煤炭作为热源。在19世纪和20世纪，由于第一次工业革命和石油燃料的发现，人们极大地促进了金属性质的探索，并且热源逐渐发展起来。它是一种液体和气体燃料，但这种加热方法带来了不可避免的污染和能源浪费。电力的发展再次为人们提供了一个新的大陆。这种加热方法易于控制且无污染。金属可以通过热源直接加热，或通过间接加热（熔化的盐或金属，漂浮颗粒）金属间接加热。对机械设计的需求也需要热处理。加热的温度，保持的热量，以及哪种冷却方法会对金属的微观结构产生不同的影响，从而影响金属材料的机械设计选择。这是一个多彩的过程，不同的操作过程会带来不同的结果。由于需要机械，现在运行不同的热处理方法。冶金热处理工艺通常不会改变金属的化学和物理因素，而是通过改变金属的内部微观结构或表面的化学成分来间接改变金属的性能。这种变化对人眼来说是不可见的。

3 热处理的类别

正火：正火通常是中碳钢和高碳钢的中间热处理工艺。它被用来为最终的热处理铺平道路。该工艺的目的是使金属结构均匀化并细化晶粒以使金属材料的加工性能更高。优化，这用于标准化操作，并且可以单独进行正火热处理，而不是金属机器的退火和淬火和回火处理。大多数金属机械和设备必须在粗加工探伤和处理之前进行标准化治疗；工具钢首先经过正火热处理以进行淬火和回火。正火后的金属易于切削，加工过程中刀具的磨损最小化，间接延长了刀具的使用寿命。

退火：退火工艺是金属热处理过程中最易于加工的金属性能工具之一，是后热处理的重要基础。退火在生产过程中具有广泛的应用。退火方法因不同目的而不同。退火热处理的类型通常包括：完全退火，球化退火和消除应力退火。一般目的是降低材料的硬度。提高切削性能，消除残余应力，减少机器的变形和裂纹产生，细化晶粒，使材料均匀。退火金属机械设备的性能可以通过拉伸或硬度测试来测试。退火热处理仅是加工的辅助工艺，相当于化学中的催化剂。

淬火：金属淬火热处理的发现是金属加工历史上的重大突破。淬火是指将金属机械工件加热到合适的温度一段时间，然后将其通过冷介质（盐水，水，油等）金属热处理过程，当温度突然降至室温时，淬火后金属的硬度和耐磨性大大提高。这就是为什么古代铁匠在锻造武器时用来淬火的原因。在今天的淬火中，它主要用于各种用途。加工耐磨器具的部件，齿轮需要通过齿顶淬火，轴承需要通过球淬火，淬火热处理可以与其他处理方法相结合，以优化物理性能在操作过程中，改善了机械部件的强度和疲劳。延长其使用寿命。淬火过程通常主要用于钢部件。淬火后，金属材料的微观结构从奥氏体转变为马氏体。马氏体结构在金属结构中非常硬，这是淬火后金属材料硬度增加的微观解释。淬火热处理也带来一些危害，因为它会使金属更快地冷却并产生内应力。内部应力在机械设计中非常有害，导致机械部件的物理形状变形甚至导致其开裂，因此在淬火热处理期间需要采取适当的冷却方法。

回火：回火是基于淬火后的热处理方法。它通常与淬火热处理相结合。回火热处理工艺通常是指在低于临界温度，保温和冷却的合适温度下处理金属。热处理可以减少淬火后金属的危害，减少或消除其内应力，并实现金属机械部件的机械性能。回火过程可分为多次回火，并逐步优化金属的力学性能。该结构的金属可以在回火，回火马氏体，回火索氏体，回火龟之后获得。回火后金属的影响受到回火过程中的时间和温度的影响。必须说回火是金属热处理过程中的最后润色。

4 金属材料的热处理对机械设计的影响

在金属材料机械部件的设计中，淬火温度通常保持在约30-50℃。通过改变淬火温度，加工后的钢可以具有不同的性能，这样不仅可以有效地提高强度，而且可以改善和优化材料的柔韧性和可塑性，以最小化淬火过程中的开裂和变形。在加工和生产零件的过程中，往往存在许多缺陷，这些缺陷基本上是由于工艺设计缺乏合理性和现场技术人员操作不当造成的。因此，如果要有效地提高零件加工质量，就需要集中精力控制和集中上述两个问题，以便通过回火减少或消除零件加工和热处理过程中产生的内应力。如果设计过程不合理，通常可以通过增加组合结构，加工孔或线切割方法来操作，从而避免由不合理的施工过程引起的不利影响并提供机械部件的加工质量保证。

5 结语

在各种金属机械设备的加工和生产过程中，热处理工艺可以实现金属机械工件所需的机械，物理和化学性能。与其他金属加工工艺相比，热处理不会改变工件的形状和成分。它可以通过改变工件内部的微观结构来实现。可以通过肉眼区分该过程。不同的热处理在机械材料的设计和选择中起着决定性的作用。这两者之间可以说是密切相关的。