李俊
海隆石油钻具（无锡）有限公司 江苏省无锡市 214112
摘要：金属材料热处理可以提高机械元件的性能， 让金属机械工件达到所需要的力学、化学、物理性能，从而达到最佳的生产效果。但是金属材料热处理工艺也会影响机械设计效果，一旦出现问题，就对机械设计产生不良影响，所以需要正确的看待金属材料热处理的影响，本文也就对金属材料热处理对机械设计的影响展开分析。
关键词：金属材料，热处理，机械设计，影响
引言：热处理作为一种有效的金属材料处理方法，是当前机械设计加工中重要的工序，通过热处理，让金属材料更好的满足加工需求，从而生产出合格的机械产品。所以说热处理对机械设计加工有着积极性的影响，同时因为其加工工艺和技术，也是存在一定缺点，会影响机械设计和加工效率。因此在实际的操作中，需要正确的认识其对机械设计的影响，才能充分的发挥其作用，降低其消极影响。
1.热处理、机械设计
1.1 金属材料热处理
热处理是在材料的固态下，通过加热、保温和冷却的方法，获得预期组织和性能的一种热加工工艺。金属材料则是一种工业应用中的纯金属或合金，金属材料的性能一般分为工艺性能和使用性能两种，其性能的好坏直接决定了制造过程中加工成型的适应能力。而对金属材料的使用，需要进行一些加工，通过一定的工艺让其性能更好的满足其生产要求。
金属材料热处理就是一种加工技术，也是机械制造中的重要工艺，通过改变内部的显微组织或者工件表面的化学成分，改善工作的使用性能。从而改善材料内在质量，让金属工件具有所需要的性能。金属材料热处理，一般包括了加热、保温、冷却三个过程。其具体的工艺手段：把金属材料加热到适当的稳定，根据实际要求采用不同的保温时间，然后进行冷却，以此来确保金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能。对于其具体的加工工艺，还需要结合不同的材料进行不同的处理和选择[1]。
常见的金属热处理有三大类：整体热处理、表面热处理、化学热处理。同一种金属采用不同的热处理工艺，可以获得不同的组织，让其具备不同性能。金属材料热处理的方式有：（1）正火，是处理钢性韧性的热加工工艺，在实际的处理中，作为中间热处理工序，提高金属材料的加工性能，达到强度要求。（2）退火，是缓慢加热金属让其达到一定温度之后，使其迅速冷却，以此来降低金属材料的硬度，改善性能，还能消除残余的应力，减少金属材料加工发生变形，消除金属的缺陷，为后续的加工创造条件。（3）淬火，在热处理中，金属材料加热到临界温度以上，保持一定时间后，以大于临界冷却速度进行冷却，常备用于齿轮的耐磨器具中。（4）回火，淬火之后为了进一步消除金属材料的淬火中产生的应力，稳定金属组织，改善金属材料的加工性能，确保金属材料达到最佳加工状态而进行的加工工序，是将金属材料加热到临界点Ac1(加热开始形成奥氏体的实际温度高于平衡状态)以下的某个温度，保持一段时间再将其冷却到室温。
1.2 机械设计
机械设计师根据一定的要求对机械的工作原理、结构、运作方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状储存等进行分析计算，作为制造的依据。机械设计师机械工程的重要部分，决定机械性能的最主要因素，其目的就是在一定条件下，设计出优良的机械。
机械设计的流程包括了：设计任务、设计方案、技术设计、编写技术文件等，其中最为重要的就是方案设计和技术设计。在设计中，要精准的确定出产品的尺寸等，完成产品的总装配图[2]。而在设计中，需要充分的考虑后期在加工的一些处理工艺对其的影响，比如金属材料的热处理，在设计时就需要考虑金属材料的特性，选择热处理工艺，保证机械设计的科学性和合理性，产品的质量达到最佳。
2.简述材料的热处理对机械设计影响
2.1 积极影响
金属材料通过热处理工艺，改变金属材料的性能，满足机械设计的要求。所以金属材料热处理对于机械设计来讲，是具有积极作用的。
通过热处理，可以改变金属组织内部结构，提升金属材料的使用性能，尽可能的发挥出金属材料的潜力，满足机械产品的加工需求。这里的性能就包括了力学、物理、化学等多个方面的性能要求，以此来提升金属材料的加工质量。就比如金属材料钢，在对其的处理中，先是通过正火加热到临界温度以上，在进行保温、冷却，以此来增加钢组织中的细化晶粒，改善组织结构，消除其本身的应力，更好的进行后续的加工处理。如钻杆接头是使用中碳合金钢，通过淬火、回火，以提高其硬度和强度，满足钻杆整体使用要求的机械性能。
在具体的处理中，金属材料多种多样，结合具体的机械产品而选择出最佳的金属材料。结合金属材料的特点和产品的特点，选择出正确的热处理方式，使其获得最佳的加工性能。
2.2 消极影响
通过对金属材料的热处理，让其获得最佳的热加工性能，但是在热加工处理中，也会造成有一定的工件缺陷，从而影响设计质量。这里的缺陷就包括括了裂纹、变形、残余应力等，因为这些缺陷的存在，从而影响产品质量，可能会出现加工不合格，或者质量不合格等情况。比如日常热处理中，在淬火和回火、加热工序中，容易出现裂纹，在淬火中还会导致变形，这些问题的出现，直接对后续的加工造成不利影响，如钻杆接头加工螺纹工序时的同轴度控制不满足设计要求，其主要原因是由于钻杆接头在热处理过程内外表面变形造成的。
要想解决这些问题，还需要从机械设计时，结合实际情况，合理的安排工艺路线，比如针对一些形状比较复杂，精度要求较高的构件，在淬火前可以先进行去应力退火，从而避免在淬火中出现变形和裂纹。作为设计人员，在设计的时候，就需要充分考虑热处理过程中的一些缺陷，然后结合实际情况，制定出有效的防范措施，针对每一道工序，设计出合理的参数，控制热处理变形等问题，满足性能要求[3]。同时在热处理中，操作人员也需要严格的按照一定规范进行，避免操作失误而造成缺陷的出现。
3.结束语
本文简要的介绍了金属材料热处理对机械设计的影响，结合金属材料热处理工序，分析了对机械设计的积极影响和消极影响，在实际的加工中，为了发挥其积极作用，还应该采取一定的措施，避免和降低消极影响，提高机械产品质量。
参考文献
[1]刘娜.热处理工艺对金属材料抗疲劳性能影响分析[J].冶金与材料,2020,40(04):33+35.
[2]张永军.金属材料热处理变形的影响因素与控制策略[J].世界有色金属,2020(10):176-177.
[3]耿子淳.探讨金属材料的热处理对机械设计的影响[J].现代盐化工,2019,46(03):81-82.