金属材料与热处理工艺关系的探讨

王家亮 王思宏

摘 要：我国经济的快速发展促进了我国工业生产规模的不断扩大，金属作为重要的工业原材料，其机械性能的好坏直接决定了工业产出品的质量，金属冶炼中的热处理技术能够通过温度的变化改变金属的材料特性，使金属材料更加满足工业生产对产品性能的要求，因此，为了提高金属工件的质量与力学性能，有必要探讨金属材料与热处理工艺之间的关系，以进一步提高我国的工业生产技术。

关键词：金属材料;热处理;工艺;探讨

前言：

工业技术的发展对原材料的性能提出了更高要求，金属作为基本的工业原料之一，其力学性能的拓展是工业不断发展的重要基础，金属经过热处理工艺改造后，往往会展现出不同的机械性能，因此，为了合理有效地提高原材料的利用率，研究人员应根据工业项目的需要，对金属材料与热处理工艺间的关系进行探讨，最大限度地激发出金属材料的特有性能。

一、金属材料特性

（一）强度

对外部压力的抵抗能力是金属的基本特征之一，硬度越高的金属在面对外部压力时越不容易发生形变，其维持自身稳定形态的能力越强。

（二）硬度

硬度强度相同，也是衡量金属是否容易发生形变与否的重要指标之一，金属的硬度由多种因素决定，因此不应该仅从物理层面理解金属的硬度，而应把材料弹性、塑性、强度和韧性等力学指标纳入硬度的考察范畴。

（三）塑性

金属塑性是指金属在压力作用下保持其自身结构发生稳定变化的能力，塑性的存在保证了金属的内部结构不被破坏，是金属维持其完整性的重要特征之一。

（四）疲劳

疲劳是指在应力作用下，金属在荷载范围内发生的局部或完全断裂情况，金属疲劳的产生往往具有时间上的不确定性，裂纹或破坏的很难被及时甄别出来，隐藏着很大的安全隐患。

二、热处理工艺介绍

（一）真空热处理技术

真空热处理技术是指在真空条件下进行的热处理技术，真空热处理工艺融合了真空与热处理技术的双重优点，避免了金属材料在淬炼过程中可能出现的氧化还原、脱碳、渗透反应，大大提高了金属冶炼的质量，提高了金属工件的机械强度与表面光滑性。此外，真空热处理技术还具有能耗低、不易变形的特点，运用真空热处理技术进行金属材料淬炼，其能量消耗只需普通淬炼的一半甚至更低，而且由于真空条件下的热处理较为缓慢均匀，金属材料内外温度差异不大，极大避免了由于加热不均带来的形变问题，其冶煉结果更加可靠。

（二）激光热处理技术

总所周知，激光是一种能量密度极高的光束，激光可以在极短的时间内产生出巨大能量，其输出功率可以达到普通热处理功率的100倍以上，因此只需要通过控制激光在金属表面的作用时间与辐射功率，就可以快速地对金属材料进行相变强化、非晶态化、重熔合金化等基本操作，极大提高了金属冶炼的速率与质量，增长了易损金属工件的寿命，更容易获得非常规形态下的金属工件。此外，激光热处理技术还具有工艺流程简单、环境污染小等特点，适宜于金属工件的自动化大规模生产，大大节省了热处理成本。

（三）形变热处理技术

形变热处理技术是近段时间兴起的一种新型热处理技术，形变热处理通过对金属的双重挤压，使得金属内部的粒子发生形变和相变方向上的错位，形成了单一错位不能达到的金属特性，大大提高了金属材料的力学性能与反应韧度。此外，根据形变与相变发生的反应先后顺序不同，金属可以出现不同程度的结构变化，大大丰富了金属热处理的成果产物。

三、金属材料与热处理工艺关系的探讨

（一）热处理温度与材料切边衡量

在对金属材料进行锻造时，应十分注意材料切边的衡量，在实际操作中，金属材料往往会因为热处理发生不同程度的尺寸变化，有必要分析应力释放下材料的机械性能。例如，在变形率的极限范围内，可以计算出机械应力与剪切应变之比，可以发现，在实际操作中，金属材料在设计的伸长率和弹簧的实际输出之间存在一定的误差。对于影响原子间结合力的因素，应根据原子间结合力的值和材料的弹性模量进行相应的变形。温度和结构的设计可确保即使热处理后材料温度发生变化，材料的弹性模量也不会发生太大变化。

（二）断裂韧性和热处理温度的关系

为了提高金属材料的基础运动韧性，对任何金属材料都应分析热处理中金属出现的裂纹和数量。金属的断裂特性与金属材料的微晶格的排列和分布有关。 研究发现，当金属材料的粒子排列规律且紧密的时候，金属材料的晶格能更大，其强度、硬度更大，在外力作用下保持自身稳定的能力越强，越不容易断裂，因此，探讨金属断裂韧性与热处理温度之间的关系有助于提升金属的力学性能。热处理的基本原理是细化晶粒，防止位错和滑动，并使晶格排列紧密。 当金属处于一定温度时，较大的变形区域会产生新的晶粒来代替原始晶粒，从而实现金属的重结晶。 当金属发生重结晶后，其粒子的排列结构也发生了改变，进而影响了粒子的晶格能大小，直接改变了金属的断裂韧性。

（三）热处理与抗应力腐蚀开裂

加热金属时，由于热处理特定的腐蚀环境和拉伸应力，容易使金属材料产生应力腐蚀裂纹。为了改变金属材料的结构和性能，可以分析残余应力与裂纹形成之间的关系。金属的残余应力实际上就是金属内部粒子与外部反应所形成的相互作用力。残余应力的存在一般会导致金属抗应力不足而产生开裂现象，并且这种危害一般都是隐形的，并不会在热处理中立即表现出来，而是当金属工件在使用过程中残余应力与其他作用力相加的总和大于最大承受能力时，才会出现开裂，腐蚀、变形现象。但是，残余应力的存在也并非有害无益，只要热处理技术得当，也能够利用残余应力提升金属材料的性能，增强金属材料的强度硬度与抗疲劳耐磨损强度，因此，为避免金属物体在热处理条件下可能发生的腐蚀开裂情况，应对热处理条件下裂纹与残余应力之间的关系进行探讨，通过实验确定出不同温度下的最适残余应力值，以提高金属工件的性能指标。

四、结束语

综上所述，对金属材料与热处理工艺的研究有利于提高金属的力学性能，因此，笔者认为相关人员应在实际工作中密切关注金属材料与热处理工艺之间的关系，努力提高金属工件的使用寿命与质量，生产出更符合工程要求的金属工件。

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