金属材料和热处理工艺的相关性

王锦波

（山东钢铁集团日照有限公司，山东 日照 276800）

考虑到金属材料自身具备耐久性、硬度以及疲劳性的特点，利用热处理工艺对金属材料进行加工，能够有效的改变金属材料的机械性能[1]。我国对金属材料和热处理工艺的研究起步较早，早在4000多年前就有使用热处理工艺对金属材料进行热加工的经验，通过热处理工艺改变金属材料中原子排列的方式，可达到提高金属材料硬度以及增加金属材料使用寿命等目的，取得了一定的研究成果，并于1960年获得两项专利，能够在提高金属材料质量的同时，取得一定的经济效益。

为此，本文进行金属材料和热处理工艺的相关性分析。在金属材料和热处理工艺的相关性分析中，本文主要针对热处理工艺中的退火工艺进行重点分析。希望通过本文研究，为金属材料综合性能的提升提供理论依据。

1 金属材料和热处理工艺的相关性

1.1 热处理预热和金属材料的切削性能所存在的关系

考虑到热加工过程中存在的冶金缺陷，必须对各类金属材料进行预热处理，在具备热处理以及切削加工良好组织状态的同时，最大限度上保障金属材料加工的精度，提高切削性能。在金属材料切削过程中，对金属材料进行预热处理会导致金属材料出现不同程度的光洁度[2]。通过热处理工艺中的预热处理能够提高金属材料的光洁度。针对不同的金属材料进行预热处理中，由于金属材料内部组织以及硬度的不同，必须明确与其一一对应的最佳切削性能，选择与之匹配的切削条件以及切削使用工具，提高金属材料切削光洁度。因此，在切削金属材料热处理过程中，不经过预热处理的金属材料，很容易由于硬度偏低产生粘刀现象。本文通过对金属材料进行预热处理，进一步判断金属材料和预热处理存在的切削性能关系。分析金属材料和预热处理存在的切削性能关系，明确经过预热处理后的金属材料无论是抗拉强度、屈服强度还是硬度，均与未经过预热处理的金属材料对比具有明显的提高。因此，金属材料和预热处理存在的切削性能呈正比关系，通过预热处理增强金属材料的切削性能。

1.2 热处理温度和金属材料切边横量所存在的关系

切边衡量作为衡量金属材料力学性能的重要指标之一，可以通过金属材料在受热处理弹性变形剪切应力作用下得出[3]。利用对切边衡量关系的分析，可以对金属材料抵抗切应变能力进行表征，金属材料抵抗切应变的能力越强，证明该金属材料的刚性就越强。由于热处理温度的不同，热处理对金属材料本身物理性质的改变也不尽相同。因此，金属材料温度在经过热处理后必然会产生一定程度上的变化。在金属材料和热处理温度存在的切边衡量关系研究中，本文以切边模量作为衡量金属材料和热处理工艺温度存在切边衡量关系的参数，通过对切边模量进行计算，进而判断金属材料和热处理温度存在的切边衡量关系。设切边模量为G，则其计算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，E指的是金属材料的弹性模量；U指的是金属材料切边产生的先天性误差；C指的是热处理温度。设E为自变量，而其他参数保持不变时，G也会随之发生变化。金属材料的弹性模量越大，金属材料的切边模量数值越大，金属材料的弹性模量和切边模量之间同样为正比例增长关系。结合表1、表2数据，在选用金属材料进行工业生产过程中，必须对金属材料的切边模量利用公式（1）进行计算，在得出精确地弹簧模量的基础上，确定金属材料切边的使用模量。因此，影响金属材料内部原子间结合力的主要因素，包括：金属材料内部组织、成分以及热处理温度等。

1.3 热处理温度和金属材料断裂韧性所存在的关系

热处理工艺中的退火工艺是影响金属材料断裂韧性的直接因素，在实际工作中，每一件金属材料自身的尺寸以及裂纹，都可以看作是断裂力学的出发点。金属材料和退火工艺存在的断裂韧性关系只要指的就是通过对金属材料退火，达到消除内应力以及降低硬度的目的，致力于得到近乎平衡的金属内部组织。本文采用球化退火类型，球化退火类型具体工艺参数，如表1所示。

表1 球化退火类型参数

结合表1信息可知，退火工艺与金属材料之间的断裂韧性关系主要依据金属材料自身的临界点，当温度达到临界点再退去之后，金属材料中位错会明显减少，导致位错密度下降，从而提高金属材料的强度。这样一来，能够有效提高金属材料的断裂韧性。由于使用不同退火工艺进行退火，在加热过程中金属材料内部组织发生回复再结晶转变，很容易影响金属材料的断裂韧性。因此，需要延长保温时间，直至碳化物逐渐溶入基体中，金属材料的强度以及伸长率都处于上升状态，且均匀弥散在晶粒内部。通过退火工艺处理后再结晶获得金属材料内部组织的细化，此时，由于碳化物的固溶，迫使金属材料的断裂韧性达到最大，进而提高金属材料的断裂韧性。

1.4 热处理应力和金属材料应力腐蚀所存在的关系

利用退火工艺能够在焊接过程中减少金属材料产生的残余应力，最大程度上避免引起大部分应力腐蚀开裂的应力。在使用退火工艺对金属材料进行加热和加热冷却的时候，通过改变金属材料内部的性能和组织，产生金属材料的相变以及热应力。本文采用亚温退火、周期球化退火以及等温球化退火三种退火工艺分析热处理应力和金属材料应力腐蚀所存在的关系。退火工艺具体参数，如表2所示。

表2 退火工艺具体参数

结合表2信息，在利用退火工艺对金属材料进行冷却的过程中，由于金属材料的心部和表层冷却速度的不同，产生的热应力大小也随之改变。当金属材料的心部在冷却时，其温度必须高于表层温度；当金属材料的表层在冷却时，表层面积必须大于心部。残余应力就是金属材料退火工艺的相对应力以及热应力相叠加的结果，退火工艺中金属材料的冷却速度是一个决定性的影响因素。利用退火工艺在冷却后期进行缓冷，其目的在于能够达到抑制金属材料淬裂或是减少金属材料应力值，在提高金属材料截面中心部位截面温差的同时，尽可能的减少金属材料冷却收缩的速度。通过激活原子，使其能够按照金属材料冷却收缩的速度进行迁移，提高金属材料的抗腐蚀性。

2 结语

通过对金属材料和热处理工艺的相关性研究，发现热处理工艺在金属材料中的应用显得越来越重要。利用热处理工艺对金属材料进行加工是提高金属材料力学性能最实用和最可靠的方法。金属材料的力学性能是衡量金属材料质量的关键因素。因此，有必要加大对热处理工艺的研究投入，尤其是针对热处理工艺中的退火工艺，更应加大研究力度，致力于提高金属材料的断裂韧性以及抗腐蚀性。截止目前，国内外针对金属材料和热处理工艺的相关性研究仍存在一定的局限性，缺少专业性极强的配套试验研究装置，因此在后期的行业市场调研过程中，可通过进行配套试验研究装置的优化设计，提高热处理工艺的设备质量。但本文唯一不足之处在于，没有针对退火工艺对金属材料的具体影响进行深入分析。相信这一点，可以成为金属材料日后重点研究的内容。