(惠州市技師學(xué)院，廣東 惠州 516000)

0 引言

金屬材料在原始的固態(tài)采用加熱的方法獲得預(yù)期組織形態(tài)的工藝即金屬材料的熱處理。這一工藝在石器時(shí)代就出現(xiàn)和應(yīng)用，在現(xiàn)代得到逐步發(fā)展與優(yōu)化。在機(jī)械制造過程中，最為重要和關(guān)鍵的環(huán)節(jié)即為熱處理，熱處理能賦予或改善金屬材料具有的各項(xiàng)性能，在保持其形狀和化學(xué)成分的基礎(chǔ)上，對(duì)其化學(xué)組成及內(nèi)部組織進(jìn)行改變，提高其內(nèi)在質(zhì)量。人們?yōu)榱藢?duì)金屬材料進(jìn)行改造，使其具備想要的各項(xiàng)性能，包括化學(xué)性能、力學(xué)性能與物理性能，通常會(huì)通過熱處理來加工。在機(jī)械工業(yè)領(lǐng)域，鋁合金的實(shí)際應(yīng)用相對(duì)較多，它的顯微組織比其他類型的金屬材料復(fù)雜，所以需要通過熱處理來有效控制。本文以鋁合金為例，研究熱處理對(duì)金屬材料可能造成的影響。

1 影響因素

為確保淬火加熱順利完成，準(zhǔn)備充足的結(jié)晶核心，為同金屬材料做等溫處理，通過等溫處理，能得到碳化物，其顆粒呈球狀、彌散，原結(jié)構(gòu)形態(tài)發(fā)生變化，獲得球化以后的物質(zhì)。晶粒處在較高的溫度條件下會(huì)明顯變粗，使金屬自身韌性與塑性均降低，并析出一定量的奧氏體。部分奧氏體還會(huì)在此過程中得到韌性加強(qiáng)，材料由于所剩晶界碳化物不斷變脆，導(dǎo)致材料自身抗疲勞性能受到影響。通過進(jìn)一步探究，發(fā)現(xiàn)金屬材料自身熱疲勞性會(huì)受到回火的影響，在不同溫度條件下，材料具有不同的硬度。除此之外，增加奧氏體溫度，還會(huì)使基體當(dāng)中的碳化物不斷溶解，在淬火完成以后，奧氏體當(dāng)中含有的碳及合金元素大量增加，促使金屬材料自身強(qiáng)度顯著提高，產(chǎn)生二次硬化峰，同時(shí)抗回火軟化性也得到明顯的提高[1]。

當(dāng)然，采用不同工藝時(shí)，也會(huì)對(duì)金屬材料自身抗疲勞性能造成影響，包括硬度、在高溫條件下的強(qiáng)度及韌性，無論是化學(xué)成分，還是顯微組織，都會(huì)受到很大影響?；诖?，必須保證所選熱處理工藝科學(xué)性與合理性，減小材料不均勻性，避免產(chǎn)生過大的局部應(yīng)力，從而有效保證材料自身抗疲勞性，避免在熱處理以后導(dǎo)致抗疲勞性大幅降低。

2 影響機(jī)理

從金屬材料自身角度講，其熱疲勞性可以直接反映出它的抗疲勞性能。事實(shí)上，累積回火轉(zhuǎn)變即為熱疲勞發(fā)生實(shí)質(zhì)，而熱疲勞又以裂紋為主要表現(xiàn)，它會(huì)受到碳化物不斷聚集這一因素的影響。通過對(duì)碳化物聚集進(jìn)行的建模和模型分析可知，碳化物均存在于冷、熱持續(xù)交替的環(huán)境當(dāng)中，在這種條件下必然會(huì)發(fā)生聚集，這是一種無法避免的趨勢(shì)。一個(gè)單獨(dú)的顆?？赡芸雌饋砗苄?，但在持續(xù)循環(huán)的過程當(dāng)中，顆粒將發(fā)生聚集，形成一個(gè)較大的顆粒，此時(shí)將形成整體碳化物，同時(shí)裂紋也會(huì)這一過程中形成，從微裂紋不斷發(fā)育為可見裂紋。另外，金屬材料當(dāng)中的夾雜物與少量的碳化物通常處在非共格的相互關(guān)系中，微裂紋將產(chǎn)生在這一顆粒當(dāng)中，當(dāng)其尺寸和顆粒相似時(shí)，在冷、熱持續(xù)交替的條件下，材料將受到一定程度的應(yīng)力，使四周分布極大的應(yīng)力，如果裂紋所在位置的應(yīng)力超出極限，將使裂紋失去平衡，發(fā)生擴(kuò)展，最終導(dǎo)致熱疲勞性裂紋的產(chǎn)生及發(fā)展[2]。

3 性能驗(yàn)證與結(jié)果分析

試驗(yàn)操作嚴(yán)格按照以下規(guī)程進(jìn)行：①對(duì)操作場(chǎng)地進(jìn)行認(rèn)真清理，認(rèn)真檢查電源與儀表，確認(rèn)是否正常。②現(xiàn)場(chǎng)的操作人員必須按照要求穿戴好各類防護(hù)用品，以免在操作中發(fā)生意外造成人身傷害。③開啟轉(zhuǎn)換開關(guān)，以設(shè)備技術(shù)要求為依據(jù)進(jìn)行分段的升溫和降溫，以此保持設(shè)備的完好性，延長(zhǎng)其使用壽命。④充分注意熱處理爐實(shí)際溫度與網(wǎng)帶調(diào)速，掌握并確定不同材料需要達(dá)到的溫度標(biāo)準(zhǔn)，確保工件的硬度與表面平直程度，同時(shí)認(rèn)真開展安全工作。⑤充分注意回火爐實(shí)際溫度與網(wǎng)帶調(diào)速，適時(shí)啟動(dòng)排風(fēng)，確保工件完成回火后能夠滿足質(zhì)量要求。⑥整個(gè)工作過程中相關(guān)工作人員必須堅(jiān)守崗位。⑦準(zhǔn)備好所有消防器具，同時(shí)熟練使用各種方法。⑧在停機(jī)以后，應(yīng)對(duì)所有控制開關(guān)進(jìn)行檢查，確認(rèn)其是否處在關(guān)閉的狀態(tài)，并將轉(zhuǎn)換開關(guān)及時(shí)關(guān)閉[3]。

采用不同的熱處理工藝對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理，驗(yàn)證金屬材料自身熱疲勞性受到的影響，2種試樣執(zhí)行600余次冷、熱交替后，其表面都開始出現(xiàn)大量細(xì)裂紋，而當(dāng)交替的次數(shù)達(dá)到1 200次以后，試樣表面開始出現(xiàn)較粗的裂紋。

當(dāng)交替次數(shù)為600次時(shí)，在680 ℃的溫度條件下，A的值為28.11%，W的值為0.045 mm，L的值為31.76 mm，D的值為4.56×10-4；在700 ℃的溫度條件下，A的值為18.57%，W的值為0.018 mm，L的值為28.82mm，D的值為1.33×10-4。當(dāng)交替次數(shù)為1 200次時(shí)，在680 ℃的溫度條件下，A的值為43.37%，W的值為0.081 mm，L的值為19.45 mm，D的值為21.36×10-4；在700 ℃的溫度條件下，A的值為37.85%，W的值為0.044 mm，L的值為23.65 mm，D的值為10.31×10-4。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，對(duì)于同一種類型的金屬材料，采用相同的熱處理工藝時(shí)，試樣表面裂縫面積與主裂紋的縫寬和冷、熱交替次數(shù)為正比關(guān)系，也就是當(dāng)冷、熱交替次數(shù)增加時(shí)，無論是裂縫的面積還是主裂紋的縫寬均明顯在增大；同時(shí)，裂紋的總長(zhǎng)和冷、熱交替次數(shù)為反比關(guān)系，也就是當(dāng)冷、熱交替次數(shù)增加時(shí)，損傷因子不斷減少[4]。

通過以上研究，所有試樣在冷、熱交替次數(shù)達(dá)到600次以后都會(huì)產(chǎn)生不同程度的裂紋，之后雖然也會(huì)出現(xiàn)新裂紋，但現(xiàn)有裂紋發(fā)生擴(kuò)展將成為主導(dǎo)。一些裂紋由于冷、熱交替過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，會(huì)使裂紋進(jìn)一步加寬和加深，這些裂紋由此會(huì)變?yōu)橹髁鸭y，其他相對(duì)來說比較細(xì)小的裂紋會(huì)因?yàn)閼?yīng)力被釋放掉而不再擴(kuò)展，伴隨冷、熱交替次數(shù)的不斷增加，持續(xù)發(fā)生氧化剝落，而在進(jìn)行拋光與酸洗之后，將會(huì)消失，因此得出了當(dāng)冷、熱交替次數(shù)為1 200次時(shí)試樣裂紋總長(zhǎng)反倒少于交替次數(shù)為600次的結(jié)論[5]。對(duì)于鋁合金材料，采用熱處理工藝后，其強(qiáng)度得到明顯提高，材料自身熱疲勞性也能得到一定程度的改善[6]。

4 結(jié)語

本文以鋁合金為主要研究對(duì)象，對(duì)熱處理工藝對(duì)其可能造成的影響進(jìn)行分析探究，雖然可以得出較準(zhǔn)確的結(jié)果，但它并不能代表所有金屬材料，即不同金屬材料在抵抗熱處理可能造成的負(fù)面影響方面具有不同能力，需要開展具體的分析或試驗(yàn)來確定。但可以認(rèn)定的是，通過適當(dāng)?shù)臒崽幚?，能起到良好的性能改善作用?/p>