金属材料热处理工艺在机械制造中的应用

李世鹏

（阿克苏地区库车中等职业技术学校，新疆 阿克苏 842000）

热处理是对金属材料成分组织以及性能研究重要技术，能够快速改变材料内部组织结构，提升材料的整体工艺性能，也可以充分发挥材料内在潜力，保证材料质量全面提高，有效减轻重量，节约材料消耗，降低材料制造成本。在机械加工制造中，需要重点考虑使用效能使设计寿命和设计质量。大部分机械零部件都需要经过铸造、锻压、焊接成形，整个零部件的加工效率比较慢，而运用热处理技术，可以满足零部件的服役需求，确保整个零部件的质量全面提高。

1 金属材料的详细介绍

1.1 金属材料分类

随着现代科技快速发展，各种尖端设备不断增强，对材料处理能力提高到了纳米级别，金属材料主要包括纳米金属材料和多孔金属材料等。尽管金属材料成分没有发生明显改变，但其物理性质和化学性质却有了显著升级。利用纳米技术可以随意改变原子结构，使金属材料可以按照设计需求重新组合，保证金属材料性能与特点符合加工需要。多孔金属材料主要是指经过特殊工艺处理后增强材料渗透性能，不改变材料原有性质可以极大增强对环境的抵抗能力，具有更广泛应用场景，可以快速吸收更多能量，在吸收热量设备中被广泛应用。根据楞次定律多孔构造形成回路，具有较强电磁吸收能力，在移动电子装置设备上被广泛应用。

1.2 金属材料的主要性能

金属材料相比于传统材料而言，耐久性更强、硬度更高、抗疲劳能力强，在金属材料实际使用中可以在正常环境下不会受到腐蚀或老化等问题，导致材料丧失基本功能。金属材料具有较强的抗腐蚀能力、材料耐久度也更高。不同金属材料有不同硬度特点，即使相同材料接受不同的加工处理后，也会形成明显的硬度区别，硬度较强材料可以承受更大冲击力而且受冲击后变形也比较小。金属材料在经过周期力的作用下，晶体内部结构发生断裂，扩展为整体断裂，这也是金属材料独有的特征。

2 金属材料与热处理加工工艺的关系

2.1 金属材料耐久性以及热处理能力

受外力长期侵蚀，金属材料在加工过程中容易产生疲劳、断裂等问题，造成金属构件损坏。热处理加工需要对金属材料耐久性和应力变化进行有效控制，延长金属材料整体使用寿命。只有正确使用热处理技术，才可以减少对应力产生的不良影响，充分利用热处理技术，使金属加工材料更加精确。

2.2 材料切割与热处理预热

在金属材料实际加工中，需要对大量的金属材料进行切割。合适切工工具是保障顺利的关键通过恰当的材料切割技术，也可以缩短切割时间，减少切割损耗，在整个工作环境中，不同的金属会产生明显的特性，严重降低了金属的整体品质，为了避免出现明显的影响，在金属材料切割之前需要采取热处理技术，确保金属处于活性区间，即使快速切割金属的硬度降低，也能够提高对刀具的保护效果，增强切割的速度和精度，保证切割工作顺利完成。

2.3 金属疲劳性与热处理技术

良好的热处理技术可以显著增强金属材料的整体性能，但在实际工作中很容易遇到瞬间冷却而造成金属构应力值显著增加的问题，如果超过了金属材料的可承受范围，会造成金属构件的断裂，为了避免瞬间冷却造成的快速断裂，需要在金属材料加工中运用现代化的精准控制技术对金属材料进行温度控制，保证加工温度符合金属材料各项指标，也能够快速寻找新的问题，提高金属材料的抗疲劳性能，使金属耐冻性显著增加。

3 机械设计中金属材料的主要基本原则

3.1 荷载大小和性质

根据不同的机械外观性能，在材料选择时要充分考虑材料自身的可塑性以及对机器外观产生的影响，只有保证材料的荷载大小和性质符合标准，才能真正发挥出机械设备的整体使用功能。

3.2 零件工作环境

在机械设计中，由于不同零部件所处的工作环境不同，对金属材料提出了更高要求。铝金属具有耐腐蚀的特点，可以在湿热环境下长时间工作，而铁金属具有良好的导电性能和导热性能极佳，在工业生产中被广泛应用。在零件加工制造中，需要按照零部件不同的工作环境分析，选择相对应金属材料，全面发挥出金属材料的使用优势。

3.3 零件尺寸和质量

在材料选择时要根据零部件的尺寸进行分析，是驱动机械重要基础。零件质量是持续工作关键，需要严格按照材料的自身性能进行毛坯制造，如果无法满足尺寸和质量需要，则不能选用。零部件的加工复杂性和材料的加工性能，也是影响材料选择的重要因素，在材料选择时要针对材料的铸造性能、焊接性能、切削性能、冲压性能等多种因素进行全面分析，保证零部件机械加工设计整体效果。在金属材料选择中，需要尽量保证材料发挥自身的特性，遵循经济环保实用的要求，选用性价比更高的金属材料。在机械设计中所使用金属材料以碳素钢为主，适当加入合金元素，增强材料强度和韧性提升材料耐腐蚀性、耐高温和抗磨损的特性。在机械实际加工中，根据不同材料，加工技术也各不相同，例如铸造技术非常适用于收缩性流动性和吸气性强的材料，而热处理加工技术也符合淬透性的相关标准，其热敏感和氧化脱碳等相关技术标准。

4 热处理技术

4.1 化学薄层渗透技术

化学薄层渗透技术在各种金属材料中被广泛应用，不仅可以有效减少能源资源消耗，而且可以确保能源准确处理，减少环境污染问题，提高材料处理加工效率。化学薄层渗透技术是目前应用范围广泛，也最成熟金属热处理技术。

4.2 激光热处理技术

激光是现代工业最先进的技术之一，能够在工业生产中被广泛应用。通过金属热处理可以显著提高激光的高功率和高密度，通过淬火和硬化来提高零部件的整体强度，显著增强，耐磨性和耐腐蚀性，可以应用于受磨损较多的零部件加工。

4.3 热处理CAD技术

CAD技术是计算机自动化技术的关键，可以对零部件进行全自动处理，还能够通过软件对重金属加工参数进行分析与判断，利用虚拟实验保证加工数据可靠性与稳定性。运用CAD处理技术可以对零部件加工各项数据进行全自动分析，有效避免因为加工人员经验不足引起操作失误，显著提高金属材料加工质量，节约能源资源。

4.4 超硬涂层技术

超硬涂层技术不改变金属结构基础上能够显著提高金属材料表面硬度，增强金属材料的整体耐用性和稳定性，整个超硬涂层技术非常简单高效，深受广大厂商青睐。在金属材料表面涂抹特殊材料，操作简单、使用方便。

4.5 振动时效处理技术

在金属材料热处理中，会受到机械作用力的周期性振动，导致金属材料加工位置发生偏离，致使加工精度无法有效控制。振动时效处理技术可以根据机械力的作用变化进行分析，保证在金属材料热处理中以相同频率平衡掉振动机械力，减少出现加工误差的情况，也可以使得振动加工精度更加准确。

4.6 无氧作业热处理技术

金属材料在热处理中受到高温因素的影响，导致金属和氧气之间的接触更加频繁，也可能出现深度氧化的情况，使用氧离子可以使得金属晶体快速扩散，在金属表面形成一层氧化物，改变金属局部特性。无氧作业热处理技术可以有效去除氧化反应，使得金属材料的纯度更高。

4.7 真空低压渗碳技术

运用可控渗碳来代替氧气和一氧化碳等温室气体，通过比较高碳流量实现碳快速转移，确保工件奥氏体碳浓度快速饱和，有效节约加工时间。渗碳技术可以有效减少环境污染，避免精简氧化。使用低碳马氏体不锈钢，能够使得微合金钢表层硬化的温度快速上升，实现小负荷以及大批量生产。

4.8 真空高压淬火技术

真空高压淬火技术可以全部或部分取代油萃技术整个加工表面干净、无氧化无脱氧，在加工之后无需清洗可以实现全自动萃取加工，工件畸变小容性大，可以实现冷却过程控制，更好控制材料尺寸。能迅速应对表面反应，高效低成本，实现一体化生产。

4.9 余热利用热处理技术

余热利用热处理技术主要是在材料热处理加工中对大量的余热进行回收，有效节约加热装置无需占用额外场地就能够实现锻造淬火回火的一体化作业，生产热处理工期提高热处理生产效率与普通热处理技术相比较而言，锻热淬火能够使得力学性能发生显著变化。

4.1 0 以水带油淬火冷处理技术

采用以水带油方法能够对碳合金钢淬火冷却，有效节约退火油或者聚合类物质，减少成本支出，也可以避免产生大量废弃物，减少环境负荷。

5 金属材料热处理工艺在机械制造中的质量控制

5.1 热处理前要做好预处理

金属热处理中包括正火退火等都会对金属材料最终的变形量产生影响，而正火中如果温度偏高会使得金属材料内部发生明显变形。针对这一问题，在金属材料热处理加工之前，要合理控制温度，经正火处理后运用等温淬火处理技术，既可以保证金属材料内部结构更加均匀，同时也可以减少材料变形的问题，而要想确保金属材料正火处理获得良好效果，还可以同时加强退火工艺，根据金属材料实际的结构特点科学选取退火工艺，减少金属材料受到温度升温影响，确保在金属材料热处理中对变形问题有效控制，加强金属材料整体质量。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。

5.2 加强机械加工

在金属材料热处理后，需要充分运用好机械加工技术，根据金属材料的实际变形规律，通过反变形收缩端遇障孔等多种手段提高对金属材料变形控制效果，在金属热处理最后阶段，需要保证对热处理变形允许值分析，确保与上道加工工序保持一致，根据金属材料的具体变形规律，要加强热处理的尺寸修正，切实增强金属材料的处理合格效率。

5.3 运用合理的装夹方法

为了保证金属材料热处理变形得到合理控制，在金属材料热处理加工中要运用同样组织应力，要改进装夹方式。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。

6 结语

在金属材料热处理工艺中，需要充分对机械制造加工技术要求进行全面分析与判断，确保整个热处理对零部件切削影响降至最低。热处理作为一种全新工艺方法，在实际生产中也会受到诸多因素的影响，任何一个细小的变化都会产生不同的结果。要全面把握热处理工艺的技术要求，这样才能充分激发金属材料内在潜力，延长金属材料使用寿命，降低生产成本，全面提高机械制造的质量和水平。