探讨金属材料与热处理工艺的关系

滕思炎

本钢板材股份有限公司冷轧厂酸洗作业区 辽宁本溪 117000

1 金属材料与热处理工艺概述

1.1 金属材料结构

工业生产中使用比较多的金属包括铁、铅、铬、锰、铜、铝等，但是基本使用的都是合金金属，其与金属结构相比有两个特征，其一是原子空间排列方式，其二是金属原子结合方式。金属性能与原子空间排列匹配情况联系密切，原子排列不同，性能也就不同。而金属材料的热处理就是在一定介质中加入金属工件，其在加热到一定温度并保持一段时间后，在不同介质中以不同的速度冷却，金属材料表面甚至内部结构就会发生改变，进而形成另一种金属[1]。因此，对金属合金来讲，可以利用热处理工艺改变其原子排列，进而对其组织结构作出改变，对其机械性能进行控制，进而满足工程技术要求。热处理条件不同，材料性能所改变的效果也不同。

1.2 热处理工艺类型

（1）真空热处理技术。该处理技术包括退火、淬火以及化学热处理等内容，其能够使工件减少变形，避免氧化，净化表面以及实现脱气，增加工件使用期限，实现自动控制。该基础主要应用在高速钢、不锈钢等合金的淬火上。

（2）可控气氛热处理技术。该处理技术是通过控制炉气成分实现热处理，其中炉气包括还原、渗碳和中性这几种。气氛保护目的在于避免工件表面出现化学反应。该处理是在加热时避免材料出现氧化脱硫反应，提高材料质量和数量及工件精度。

（3）气象沉积技术。该处理技术分为物理和化学两种处理，其通过对化合物气体分解或化学反应，实现工件沉积脱模。而物理处理就是利用真空溅射等方式实现真空镀膜，其应用比较广泛[2]。

（4）形变热处理技术。该处理技术是强化金属与合金的方法，其将塑性变形与热处理两个技术相机和，实现了材料性能复合热处理。高温形变将材料加热到一定范围实现塑性变形，之后完成回火与淬火工作，为强化变形效果需要避免奥氏体结晶软化，这就需要迅速冷却形变体。

2 金属材料与热处理工艺关系分析

2.1 金属材料与热处理温度关系

（1）材料断裂韧性。材料不同尺寸不同，断裂力学的起点就是不同的裂纹数量。金属晶体位错降低，材料位错密度也就下降，强度有所提升，其断裂性也随之上升。金属晶体位错要想减少就需要强化细晶，其原理就是避免位错滑移，使得晶体比例上升，增加了材料韧度，经过热处理可以细化金属结构[3]。

（2）材料切变模量。切边模量作为材料的力学性能指标，模量大，则材料刚性就越大，经过热处理后，材料物理性质会产生改变，材料性能和切边模量也会出现变化，导致设计计算和实际计算的弹簧伸长量也会出现误差。通过分析热处理与切边模量之间的关系，可以得到，弹簧钢设计计算时，需要应用弹簧模量以及材料切边模量。但是，其取值是根据传统设计得到的，其会导致计算出现误差。而由于热处理后，成品弹簧和热绕成型弹簧本身的原子结合会决定弹性模量大小，而影响原子结合力的包括合金组织、结构、形变、温度等，热处理后，会导致材料温度出现变化，也就意味着弹性模量变化。本人认为，在计算线性要求高的弹簧需要根据现有条件，在规定的范围内进行切边模量选取就可以。

2.2 金属材料抗应力腐蚀开裂与热处理应力

金属材料拉伸应力在腐蚀状态下会出现开裂现象，这就是腐蚀开裂，其是由于残余拉应力导致的，而残余应力发生在金属焊接中。金属加热和冷却处理过程中，材料内部结构性能发生变化，随之金属热应力也会发生变化。通过对残余应力和裂纹形成关系的分析可以得知，提高淬火冷却速度，材料纵裂能够得到抑制。此外，材料冷却后期，为了使截面温差与其中心金属部位收缩速度降低，需要降低应力值，以达到淬裂目的。

3 结语

金属材料与热处理对于机械零件的制造十分重要，实际生产时需要把握好两者关系，了解其中的构成关系，以提高机械零件的整体制作水平，提高金属材料的精准度。