金属材料热处理工艺与技术研究

蔡太禄

摘 要：金属材料作为主要的工业材料，其应用领域较为广泛。根据金属材料自身的特性，其性能与热处理工艺具有直接关系，因此，需要加强对金属材料热处理工艺与技术的研究。本文从我国工业常用的金属材料出发，分析了这些金属材料的性能特点以及与热处理工艺之间的关系，重点介绍了现阶段我国常用的金属材料热处理工艺，希望能够对金属材料性能的优化处理有所帮助。

关键词：金属材料;性能;热处理工艺技术

中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）10-0105-02

0 引言

在工业领域内，金属材料的加工涉及多个环节，其中最基础的加工处理就是热加工。热处理能够从根本上对金属材料的物理性能按照既定的要求加以改变完善，进而优化金属材料的性能，使其能够适用于工业生产，提高金属材料的利用效率。但是，热处理过程中，金属材料不可避免地会受到其他因素的影响，进而使得自身的性能并没有朝着预期的方向改善，甚至会出现变形等异常情况，严重影响了金属材料的热处理质量。对此，热处理工艺需要全面分析掌握可能出现的影响因素，并采取科学有效的控制措施以降低不良因素对金属材料的影响与破坏。

1 金属材料的简介

1.1 金属材料的分类

金属材料普遍存在于人们的生活和生产活动中，具有极高的应用价值，其使用范围也相对广泛，是一种常见的工业材料。通常情况下，金属材料主要分为金属纳米材料和多孔金属材料。其中，纳米金属材料，是一种纳米材料。它是在普通金属材料的基础上经过特殊工艺的处理，将普通金属材料原有的实际密度尺寸不断压缩直至达到纳米级别。金属纳米材料与原本的普通金属材料在物理性质和化学性质方面都有显著的区别。因此，将普通金属材料按照生产的实际要求，通过调整工艺参数就可以得到不同纳米级别的纳米金属材料，并实现金属材料性能的改善。多孔金属材料的典型特点就是材料内部的孔隙较多，具有良好的渗透性和耐腐蚀性。同时，多孔金属材料对电磁和其他形式的能量还具有一定的吸收性，可以被应用在起落架等金属设备中以及其他相关领域[1]。此外，多孔金属材料对使用环境的适应能力较强，能够被应用在自然环境相对比较恶劣的情况下，这一特点极大扩展了金属材料的应用范围，提高了应用过程中的稳定性。

1.2 金属材料的主要性能

（1）金属材料的硬度性能。金属材料的硬度是物理性能的一种体现，可以用于判断金属材料物理性能优异性。金属材料具有良好的硬度性能，主要体现在金属材料的抗击能力较强。相反，金属材料硬度较差则相对比较脆弱，在外部作用力下容易发生弯曲或者斷裂等现象。（2）金属材料的耐久性。金属材料具有良好的耐久性，主要表现在金属材料具有较长的使用寿命，即使在环境相对恶劣的使用条件下仍然可以保持相应时间的使用性能。在金属材料的实际使用过程中，由于使用环境复杂多样，很有可能会受到腐蚀，一般常见的腐蚀类型有应力腐蚀和缝隙腐蚀等。腐蚀作用是影响金属材料耐久性的主要因素。金属材料的耐久性越强，其越不容易受环境腐蚀的影响，便可以在较长时间内保持稳定的使用性能[2]。

1.3 金属材料的疲劳性

金属材料的疲劳性主要是指金属材料在使用过程中，受各种负载作用力的影响，在还未达到应力临界点之前就已经发生不同程度的变形、断裂或者其他损坏现象。而在实际的工业生产环境下，像机械设备中的轴、轴承、连接杆等都是由金属材料制备而成，且需要长时期承受应力作用，这就需要这些机械零部件具备较强的疲劳强度，以延长机械设备的使用时间，保证生产活动的顺利进行。因此，对于工业机械设备所使用的金属材料必须将疲劳性作为重点衡量指标。

2 金属材料的性能与热处理工艺的关系分析

2.1 金属材料的耐久性与热处理之间的关系

金属材料的应用需要经过热处理对其形态进行加工改进，而这个过程需要对金属材料施加不同程度的应力作用。而金属材料在长时间的外力作用或者受外界腐蚀的影响，很容易会出现开裂现象，这就需要对热处理应力加以控制。在热处理操作之前，全面测试了解金属材料的应力与耐久性之间的关系，以确定科学合理的热处理应力。这样在对金属材料进行热处理时就可以准确控制好应力的实施范围，以免对金属材料造成结构和性能上的影响，保证金属材料的稳定性和安全性。同时，通过合理掌握热处理应力与金属材料的耐久性之间的关系，也可以有效改善金属材料自身的耐久性能并加以适当处理，以免热处理后仍然存在不当的剩余应力对金属材料造成不同程度上的损害，进而影响金属材料性能的发挥[3]。

2.2 材料的切割与热处理之间的关系

金属材料切割也是加工过程中必不可少的一道工序。对于切割处理，需要综合考虑到金属材料的变形和过程热量问题。不同的金属材料具有不同的材质，在切割过程中所产生的变形也有所不同。总体上来说，金属材料越容易发生变形越不容易切割，对操作人员的切割技术水平要求越高。同时，金属材料在切割作用影响下会产生不同程度的热量，这就需要借助热处理来减少切割热量的产生。一般是对金属材料进行相应的预处理，这样在切割时切割工具与金属材料之间的摩擦力就会得到有效缓解，进而减少两者之间发生粘连的现象，更有利于切割人员对切割位置和切割力度的掌握，保证切割工作的准确性和高效性。

2.3 金属材料的疲劳性与热处理之间的关系

在热处理过程中，不同的金属材料经过相应的预处理并在短时间内被冷却，很容易出现变形或者断裂等现象。这就需要将热处理及相关的加工方式合理配合，并将影响因素控制在合理范围内，如切割温度、环境温度等，以改善金属材料的抗疲劳性。在全面掌握金属材料自身特性的基础上，选择科学合理的加热或者冷却的处理方式，并在加工处理环节选用与之相匹配的加工工具，以保证金属材料不会在过度的热应力作用下发生变形，最大程度上保障热处理质量[4]。

3 金属材料热处理的过程

金属材料的热处理主要是根据温度的不同划分成加热、保温和冷却三个阶段。在实际的热处理过程中，可以同时包括以上三个阶段，也可以只包含其中的两个阶段，但是每个阶段之间都需要相互衔接，不能间断。

加热阶段是热处理工艺的必要环节。现阶段，热处理燃料主要以液体和气体燃料为主，代替了传统的木炭或者煤炭等。同时，电力技术和自动化技术的发展使得加热阶段的加热温度和加热时间都能够得到合理的把控。在加热阶段需要注意的是，金属材料如果过度暴露在空气中会引起氧化或者脱碳等现象，影响金属材料的热处理效果。这就需要对加热环境加以控制，并对金属材料采用提料或者包装等方法进行必要的保护。保温是在热处理温度达到规定的标准时，在规定的温度下对金属材料继续加热，以保障金属材料的内部结构和性能变化按照预定的变化方向发展。金属材料经过一定时间的加热或者保温处理后需要经过冷却才能够进入到后面工序。而冷却阶段需要重点把控冷却时间、冷却速度和冷却方法等影响因素。一般情况下，淬火的冷却速度最快，正火其次，而退火的冷却速度则最慢。

4 金属材料热处理工艺及技术

4.1 化学薄层渗透技术

薄层渗透技术属于一种化学处理方式，主要是利用金属材料中不同成分的渗透性能进行薄层渗透处理。该方法主要是利用化学方法来影响金属材料自身的化学特性，以改善其强度和韧性。金属材料经过相应的处理之后不仅能够减少金属材料在后续加工过程中的材料浪费问题，而且能够在一定程度上将部分有毒有害成分禁锢在材料自身内部，以避免对使用环境造成污染，简化了后续对于金属材料的化学处理过程，同时也使得金属材料的处理和加工成本有所降低，提高金属材料的经济价值[5]。

4.2 激光热处理技术

激光作为一种独特的光源，具有良好的穿透性。激光热处理技术主要是通过对金属材料的表面进行激光照射，利用激光的特性在瞬间改变金属材料内外部的温度，并合理把控照射时间，并进行相应的冷却处理。这种处理方法的操作效率较高，方便在短时间内实现对金属材料硬度的调整，具有一定的应用价值。

4.3 超硬涂层技术

超硬涂层技术是一种比较普遍的涂层技术。其根本原理是在金属材料表面采用碳化金属或者氧化金属涂层进行热处理，以达到改变金属材料内部特性的作用。超硬涂層技术能够明显改变金属材料的表面硬度，使其满足实际的工业生产要求。

4.4 振动处理技术

振动处理技术主要是对金属材料进行振动处理，其重点需要把控的就是振动强度和振动时间，一方面有效防止金属材料发生变形;另一方面主要是对金属材料进行必要的预处理，以改变内部应力。因此，经振动处理后的金属材料的热处理效果更为优异，同时优化了热处理过程，降低了处理成本。

4.5 热处理CAD技术

热处理CAD技术是采用计算机模拟技术和CAD技术对金属材料进行预先处理的模拟试验，这样能够在模拟过程中及时发现可能存在的弊端或者隐患问题，并实施针对性的完善处理，使得金属材料在实际的热处理过程中能够得到最好的改善与优化。同时，计算机技术和电子技术等信息性技术的应用，能够有效协助改善金属材料的内部应力等性能，提高了热处理的处理效率，而且也在一定程度上降低了材料的损耗问题。

4.6 金属冷却方法的选择

金属材料的冷却阶段需要根据材料自身的属性选择与之相匹配的淬火方法，其中比较常用的就是单液和双液淬火方法。双液淬火方法的冷却速度相对较高。双液淬火方法是在金属材料溶液达到350℃的条件下直接将其切换至另外一种冷却速度较慢的淬火介质中，然后逐步冷却至常温。该方法的优势在于能够对冷却速度进行实时控制，防止金属材料因冷却速度不当而出现变形等问题。同时，金属材料的冷却控制，还需要操作人员具有专业的生产技术水平，在热处理前期准备阶段将各种金属材料的性能指标和处理要求全面熟悉掌握，以方便选用科学合理的处理工艺，并对整个工艺流程进行全面的核查，提出科学准确的优化意见。因此，热处理工艺方法、处理设备和操作人员需要全面配合优化，才能够从根本上保障金属材料的处理质量，使其性能满足生产需求。

5 结语

综上所述，热处理工艺的使用与优化前提就是要对金属材料的性能进行全面熟悉与掌握，并抓住金属材料性能与热处理之间的关系，选用科学合理的热处理工艺。相关部门应该加强对金属材料热处理工艺的研究与应用，以优化改善金属材料的应用性能，拓展金属材料的应用范围。

参考文献

[1] 林志祥.金属材料热处理工艺与技术分析[J].信息记录材料，2020（1）：29-30.

[2] 刘威.金属材料热处理工艺与技术分析[J].中国金属通报，2019（12）：83-84.

[3] 黄强.金属材料热处理工艺及技术发展[J].世界有色金属，2019（24）：173+175.

[4] 徐坚，李世显.试析金属材料热处理工艺及技术发展趋势[J].冶金与材料，2019（6）：65-66.

[5] 陈奎，袁明涛，顾韬.金属材料热处理工艺与技术分析[J].信息记录材料，2019（8）：38-39.