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金属材料热处理工艺分析禚佳

发表时间：2020/11/9 来源：《基层建设》2020年第21期作者：禚佳

[导读] 摘要：目前在进行工业生产中，金属材料中多包括铁铝铜面锌锰等等。

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        摘要：目前在进行工业生产中，金属材料中多包括铁铝铜面锌锰等等。金属材料的内部结构，除了金属原子之间的结合，还有原子在空间排列方式，无论是排列方式还是原子之间的结合，都会产生密切的关系。由于排列方式和结合方式的不同，使得基础的性能也会不同。因此进行金属材料热处理的时候，要根据金属的性能进行论证。例如金属工件在放在一定的介质中，或者加热到一定的温度的时候，就会发生不同的介质速度，不同介质冷却的速度也会对金属材料表面的组织结构进行改变。根据金属材料的性能，以及其与热处理工艺的关系，来判定使用哪一种热处理，工艺更为适宜，以此提高材料的机械性能。
        引言
        我国是世界上最早时间进行金属材料热处理的国家之一。在距今4000年前，我们的先辈们就已经开始进行金属材料的热处理，发展到现代社会，随着社会不断发展的要求，人们对于机械制造行业的要求越来越高，并无其他原因，只是因为机械制造行业在当前社会中与各个行业的发展都密切相关。因此，对于金属材料的热处理工艺就提出了全新的要求。从目前新型的热处理技术简介出发，对金属材料热处理工艺的发展方向进行分析，并对其中几种比较热门的热处理技术进行剖析。
        1热处理工艺对金属材料的影响
        热处理工艺技术在金属材料中的应用有利于提升金属材料的耐久性。在金属材料的具体使用环节，材料受到长期载荷和潮湿环境的影响，容易发生局部弯曲和生锈腐蚀的问题，对产品的耐久性构成一定威胁。而金属材料热处理工艺的应用，如涂层工艺可提高金属材料的使用强度和其他相关性能。同时，金属材料的疲劳性也和热处理工艺有直接关系，金属材料具体加工过程中，需要热处理技术的参与，使其成品的综合性能得到明显提升。值得注意的是，在金属材料热处理工艺应用过程中，相关人员应合理控制温度，金属材料热处理工艺对温度要求较高，技术人员稍有不慎便会导致技术应用失败。热处理工艺对金属材料的要求较高，需要材料完成相关处理流程后，快速冷却，此时金属材料受工艺技术的影响，其自身应力达到临界值，容易发生断裂，技术人员应对具体的工艺流程和相关注意事项提高关注度，保证热处理工艺技术对金属材料性能的积极影响。
        2采用节能的热处理工艺
        热处理是通过对金属材料的加热、保温、冷却过程进行合理控制而提高材料性能的一种技术方法。其中加热和保温阶段是主要的耗能过程，近些年来，热处理工作者打破传统的思维方式，在缩短加热、保温时间，利用余热等方面进行工艺优化，取得了很好的节能效果。
        2.1缩短热处理加热时间、降低加热温度
        （1）零保温淬火
        “零保温 ”淬火，是将工件加热到淬火温度后不进行保温，而立即进行冷却处理的热处理工艺。与常规热处理工艺相比，零保温工艺省去了奥氏体组织均匀化所需要的保温过程，降低能耗 20％～ 30％，提高了劳动生产率。
        （2）不均匀奥氏体加热淬火
        通常淬火加热时，需要将钢加热到奥氏体状态充分保温，使碳化物溶解、奥氏体达到均匀化，这往往需要较长时间，但奥氏体未达到均匀化即施行淬火并不影响其淬火、回火后的性能，在某情况下甚至性能更好。
        2.2缩短化学热处理过程
        （1）薄层渗入技术
        传统观点认为，渗层性能与其厚度成正比，实际上，过深的渗层不但降低制件的韧性且不利于性能的提高，还浪费能源，增加成本，同时由于加热时间的增长而使污染上升，因此确定合理的渗层深度，对提高产品质量和节能减排有重要的意义。如在自行车钢球生产中，采用薄层渗碳后，不但使生产效率提高 42％，节电 30％，也使甲醇和煤油的消耗下降 52％，寿命提高 2倍，取得节能环保双重效果。

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        （2）低压真空渗碳
        渗碳温度对渗碳速度起着决定性的作用，适当提高渗碳温度，可以显著缩短工艺时间。低压真空渗碳由于有可能提高渗碳温度和可靠的控制技术，在解决深层渗碳问题方面，显示出极大的优越性。将低压真空渗碳技术应用于大尺寸工件的深层及超深层渗碳，工艺时间缩短达 50％，对能源的节约和生产率的提高具有重大的意义。
        （3）稀土催渗技术
        与其它催渗技术最重要的差别在于稀土原子具有特殊的电子结构，决定了它具有很高的化学活性，可以与碳、氮原子共同渗入到被渗基体内。稀土原子在化学热处理中能起到活化催渗作用，显著提高渗速，渗碳速度可提高 20％～30％，渗氮速度提高达 40％～50％，有显著的节能效果。同时，稀土元素被渗入钢件表层，有效地改善了渗层组织和性能。
        3真空热处理
        真空热处理是指在低于一个大气压的环境中进行的热处理工艺，它是真空技术与热处理技术相结合的一种新型的热处理技术。它可以实现其他常规热处理工艺过程所涉及到的过程，但是其热效果的质量得到大幅度的提高，被视为一种具有潜在巨大应用价值的金属热处理工艺。
        3.1真空热处理的应用
        真空热处理可以实现无氧化、无脱碳、无渗碳等效果，另外还可以去掉金属工件表面的磷屑，能够达到表面光亮净化的效果，因此近年来其应用范围也越来越广，从真空退火的应用延伸到真空渗碳等应用方面。
        3.2真空退火
        对于金属工件来讲，退火可以改变晶体结构、组织结构，消除组织应力等作用，利用真空退火还可以防止脱碳、除气脱脂、蒸发氧化物从而提高金属工件的表面光亮度和力学性能。实践表明，真空退火时，金属工件的光亮度与体系的真空度、退火温度等有关。对于结构钢来讲，在700～850℃，真空度为133.3×10-2Pa时，平均光亮度为60～70%；然而当真空度提高的话光亮度可以提高到70～80%。因此在生产中可以根据实际情况来加以选择。对于各种不锈钢来讲，只有在高于133.3×10-3Pa真空度条件下退火才能使光亮度达到70%以上。
        3.3真空化学热处理
        随着热处理工艺的不断发展，真空化学热处理的应用也越来越受到重视，真空化学热处理方法能有效的提高金属工件的各项综合性能。在真空化学热处理方法中以真空渗碳工艺较为经典，它是在真空淬火和高温渗碳的基础上发展起来的一种新的热处理工艺。它具有渗碳时间短、作业条件好等优点，有着极为广泛的应用前景。
        结语
        目前，我国一些新的热处理方法不断涌现，与国外发达国家相比，我国热处理技术应用时间相对较短。总而言之，金属材料热处理工艺技术在探索中不断进步。在对金属材料热处理的过程中会出现能量损耗，造成环境污染，基于这一情况，对金属进行热处理时不但要提高热处理质量，而且还要做好环境保护工作。
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        [4]刘芳.金属材料热处理工艺与技术分析[J].冶金与材料，2019，39（4）：93-94.
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