李世鵬

（阿克蘇地區(qū)庫(kù)車(chē)中等職業(yè)技術(shù)學(xué)校，新疆 阿克蘇 842000）

熱處理是對(duì)金屬材料成分組織以及性能研究重要技術(shù)，能夠快速改變材料內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，提升材料的整體工藝性能，也可以充分發(fā)揮材料內(nèi)在潛力，保證材料質(zhì)量全面提高，有效減輕重量，節(jié)約材料消耗，降低材料制造成本。在機(jī)械加工制造中，需要重點(diǎn)考慮使用效能使設(shè)計(jì)壽命和設(shè)計(jì)質(zhì)量。大部分機(jī)械零部件都需要經(jīng)過(guò)鑄造、鍛壓、焊接成形，整個(gè)零部件的加工效率比較慢，而運(yùn)用熱處理技術(shù)，可以滿足零部件的服役需求，確保整個(gè)零部件的質(zhì)量全面提高。

1 金屬材料的詳細(xì)介紹

1.1 金屬材料分類(lèi)

隨著現(xiàn)代科技快速發(fā)展，各種尖端設(shè)備不斷增強(qiáng)，對(duì)材料處理能力提高到了納米級(jí)別，金屬材料主要包括納米金屬材料和多孔金屬材料等。盡管金屬材料成分沒(méi)有發(fā)生明顯改變，但其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)卻有了顯著升級(jí)。利用納米技術(shù)可以隨意改變?cè)咏Y(jié)構(gòu)，使金屬材料可以按照設(shè)計(jì)需求重新組合，保證金屬材料性能與特點(diǎn)符合加工需要。多孔金屬材料主要是指經(jīng)過(guò)特殊工藝處理后增強(qiáng)材料滲透性能，不改變材料原有性質(zhì)可以極大增強(qiáng)對(duì)環(huán)境的抵抗能力，具有更廣泛應(yīng)用場(chǎng)景，可以快速吸收更多能量，在吸收熱量設(shè)備中被廣泛應(yīng)用。根據(jù)楞次定律多孔構(gòu)造形成回路，具有較強(qiáng)電磁吸收能力，在移動(dòng)電子裝置設(shè)備上被廣泛應(yīng)用。

1.2 金屬材料的主要性能

金屬材料相比于傳統(tǒng)材料而言，耐久性更強(qiáng)、硬度更高、抗疲勞能力強(qiáng)，在金屬材料實(shí)際使用中可以在正常環(huán)境下不會(huì)受到腐蝕或老化等問(wèn)題，導(dǎo)致材料喪失基本功能。金屬材料具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力、材料耐久度也更高。不同金屬材料有不同硬度特點(diǎn)，即使相同材料接受不同的加工處理后，也會(huì)形成明顯的硬度區(qū)別，硬度較強(qiáng)材料可以承受更大沖擊力而且受沖擊后變形也比較小。金屬材料在經(jīng)過(guò)周期力的作用下，晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生斷裂，擴(kuò)展為整體斷裂，這也是金屬材料獨(dú)有的特征。

2 金屬材料與熱處理加工工藝的關(guān)系

2.1 金屬材料耐久性以及熱處理能力

受外力長(zhǎng)期侵蝕，金屬材料在加工過(guò)程中容易產(chǎn)生疲勞、斷裂等問(wèn)題，造成金屬構(gòu)件損壞。熱處理加工需要對(duì)金屬材料耐久性和應(yīng)力變化進(jìn)行有效控制，延長(zhǎng)金屬材料整體使用壽命。只有正確使用熱處理技術(shù)，才可以減少對(duì)應(yīng)力產(chǎn)生的不良影響，充分利用熱處理技術(shù)，使金屬加工材料更加精確。

2.2 材料切割與熱處理預(yù)熱

在金屬材料實(shí)際加工中，需要對(duì)大量的金屬材料進(jìn)行切割。合適切工工具是保障順利的關(guān)鍵通過(guò)恰當(dāng)?shù)牟牧锨懈罴夹g(shù)，也可以縮短切割時(shí)間，減少切割損耗，在整個(gè)工作環(huán)境中，不同的金屬會(huì)產(chǎn)生明顯的特性，嚴(yán)重降低了金屬的整體品質(zhì)，為了避免出現(xiàn)明顯的影響，在金屬材料切割之前需要采取熱處理技術(shù)，確保金屬處于活性區(qū)間，即使快速切割金屬的硬度降低，也能夠提高對(duì)刀具的保護(hù)效果，增強(qiáng)切割的速度和精度，保證切割工作順利完成。

2.3 金屬疲勞性與熱處理技術(shù)

良好的熱處理技術(shù)可以顯著增強(qiáng)金屬材料的整體性能，但在實(shí)際工作中很容易遇到瞬間冷卻而造成金屬構(gòu)應(yīng)力值顯著增加的問(wèn)題，如果超過(guò)了金屬材料的可承受范圍，會(huì)造成金屬構(gòu)件的斷裂，為了避免瞬間冷卻造成的快速斷裂，需要在金屬材料加工中運(yùn)用現(xiàn)代化的精準(zhǔn)控制技術(shù)對(duì)金屬材料進(jìn)行溫度控制，保證加工溫度符合金屬材料各項(xiàng)指標(biāo)，也能夠快速尋找新的問(wèn)題，提高金屬材料的抗疲勞性能，使金屬耐凍性顯著增加。

3 機(jī)械設(shè)計(jì)中金屬材料的主要基本原則

3.1 荷載大小和性質(zhì)

根據(jù)不同的機(jī)械外觀性能，在材料選擇時(shí)要充分考慮材料自身的可塑性以及對(duì)機(jī)器外觀產(chǎn)生的影響，只有保證材料的荷載大小和性質(zhì)符合標(biāo)準(zhǔn)，才能真正發(fā)揮出機(jī)械設(shè)備的整體使用功能。

3.2 零件工作環(huán)境

在機(jī)械設(shè)計(jì)中，由于不同零部件所處的工作環(huán)境不同，對(duì)金屬材料提出了更高要求。鋁金屬具有耐腐蝕的特點(diǎn)，可以在濕熱環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間工作，而鐵金屬具有良好的導(dǎo)電性能和導(dǎo)熱性能極佳，在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。在零件加工制造中，需要按照零部件不同的工作環(huán)境分析，選擇相對(duì)應(yīng)金屬材料，全面發(fā)揮出金屬材料的使用優(yōu)勢(shì)。

3.3 零件尺寸和質(zhì)量

在材料選擇時(shí)要根據(jù)零部件的尺寸進(jìn)行分析，是驅(qū)動(dòng)機(jī)械重要基礎(chǔ)。零件質(zhì)量是持續(xù)工作關(guān)鍵，需要嚴(yán)格按照材料的自身性能進(jìn)行毛坯制造，如果無(wú)法滿足尺寸和質(zhì)量需要，則不能選用。零部件的加工復(fù)雜性和材料的加工性能，也是影響材料選擇的重要因素，在材料選擇時(shí)要針對(duì)材料的鑄造性能、焊接性能、切削性能、沖壓性能等多種因素進(jìn)行全面分析，保證零部件機(jī)械加工設(shè)計(jì)整體效果。在金屬材料選擇中，需要盡量保證材料發(fā)揮自身的特性，遵循經(jīng)濟(jì)環(huán)保實(shí)用的要求，選用性價(jià)比更高的金屬材料。在機(jī)械設(shè)計(jì)中所使用金屬材料以碳素鋼為主，適當(dāng)加入合金元素，增強(qiáng)材料強(qiáng)度和韌性提升材料耐腐蝕性、耐高溫和抗磨損的特性。在機(jī)械實(shí)際加工中，根據(jù)不同材料，加工技術(shù)也各不相同，例如鑄造技術(shù)非常適用于收縮性流動(dòng)性和吸氣性強(qiáng)的材料，而熱處理加工技術(shù)也符合淬透性的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，其熱敏感和氧化脫碳等相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

4 熱處理技術(shù)

4.1 化學(xué)薄層滲透技術(shù)

化學(xué)薄層滲透技術(shù)在各種金屬材料中被廣泛應(yīng)用，不僅可以有效減少能源資源消耗，而且可以確保能源準(zhǔn)確處理，減少環(huán)境污染問(wèn)題，提高材料處理加工效率。化學(xué)薄層滲透技術(shù)是目前應(yīng)用范圍廣泛，也最成熟金屬熱處理技術(shù)。

4.2 激光熱處理技術(shù)

激光是現(xiàn)代工業(yè)最先進(jìn)的技術(shù)之一，能夠在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。通過(guò)金屬熱處理可以顯著提高激光的高功率和高密度，通過(guò)淬火和硬化來(lái)提高零部件的整體強(qiáng)度，顯著增強(qiáng)，耐磨性和耐腐蝕性，可以應(yīng)用于受磨損較多的零部件加工。

4.3 熱處理CAD技術(shù)

CAD技術(shù)是計(jì)算機(jī)自動(dòng)化技術(shù)的關(guān)鍵，可以對(duì)零部件進(jìn)行全自動(dòng)處理，還能夠通過(guò)軟件對(duì)重金屬加工參數(shù)進(jìn)行分析與判斷，利用虛擬實(shí)驗(yàn)保證加工數(shù)據(jù)可靠性與穩(wěn)定性。運(yùn)用CAD處理技術(shù)可以對(duì)零部件加工各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行全自動(dòng)分析，有效避免因?yàn)榧庸と藛T經(jīng)驗(yàn)不足引起操作失誤，顯著提高金屬材料加工質(zhì)量，節(jié)約能源資源。

4.4 超硬涂層技術(shù)

超硬涂層技術(shù)不改變金屬結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上能夠顯著提高金屬材料表面硬度，增強(qiáng)金屬材料的整體耐用性和穩(wěn)定性，整個(gè)超硬涂層技術(shù)非常簡(jiǎn)單高效，深受廣大廠商青睞。在金屬材料表面涂抹特殊材料，操作簡(jiǎn)單、使用方便。

4.5 振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)

在金屬材料熱處理中，會(huì)受到機(jī)械作用力的周期性振動(dòng)，導(dǎo)致金屬材料加工位置發(fā)生偏離，致使加工精度無(wú)法有效控制。振動(dòng)時(shí)效處理技術(shù)可以根據(jù)機(jī)械力的作用變化進(jìn)行分析，保證在金屬材料熱處理中以相同頻率平衡掉振動(dòng)機(jī)械力，減少出現(xiàn)加工誤差的情況，也可以使得振動(dòng)加工精度更加準(zhǔn)確。

4.6 無(wú)氧作業(yè)熱處理技術(shù)

金屬材料在熱處理中受到高溫因素的影響，導(dǎo)致金屬和氧氣之間的接觸更加頻繁，也可能出現(xiàn)深度氧化的情況，使用氧離子可以使得金屬晶體快速擴(kuò)散，在金屬表面形成一層氧化物，改變金屬局部特性。無(wú)氧作業(yè)熱處理技術(shù)可以有效去除氧化反應(yīng)，使得金屬材料的純度更高。

4.7 真空低壓滲碳技術(shù)

運(yùn)用可控滲碳來(lái)代替氧氣和一氧化碳等溫室氣體，通過(guò)比較高碳流量實(shí)現(xiàn)碳快速轉(zhuǎn)移，確保工件奧氏體碳濃度快速飽和，有效節(jié)約加工時(shí)間。滲碳技術(shù)可以有效減少環(huán)境污染，避免精簡(jiǎn)氧化。使用低碳馬氏體不銹鋼，能夠使得微合金鋼表層硬化的溫度快速上升，實(shí)現(xiàn)小負(fù)荷以及大批量生產(chǎn)。

4.8 真空高壓淬火技術(shù)

真空高壓淬火技術(shù)可以全部或部分取代油萃技術(shù)整個(gè)加工表面干凈、無(wú)氧化無(wú)脫氧，在加工之后無(wú)需清洗可以實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)萃取加工，工件畸變小容性大，可以實(shí)現(xiàn)冷卻過(guò)程控制，更好控制材料尺寸。能迅速應(yīng)對(duì)表面反應(yīng)，高效低成本，實(shí)現(xiàn)一體化生產(chǎn)。

4.9 余熱利用熱處理技術(shù)

余熱利用熱處理技術(shù)主要是在材料熱處理加工中對(duì)大量的余熱進(jìn)行回收，有效節(jié)約加熱裝置無(wú)需占用額外場(chǎng)地就能夠?qū)崿F(xiàn)鍛造淬火回火的一體化作業(yè)，生產(chǎn)熱處理工期提高熱處理生產(chǎn)效率與普通熱處理技術(shù)相比較而言，鍛熱淬火能夠使得力學(xué)性能發(fā)生顯著變化。

4.1 0 以水帶油淬火冷處理技術(shù)

采用以水帶油方法能夠?qū)μ己辖痄摯慊鹄鋮s，有效節(jié)約退火油或者聚合類(lèi)物質(zhì)，減少成本支出，也可以避免產(chǎn)生大量廢棄物，減少環(huán)境負(fù)荷。

5 金屬材料熱處理工藝在機(jī)械制造中的質(zhì)量控制

5.1 熱處理前要做好預(yù)處理

金屬熱處理中包括正火退火等都會(huì)對(duì)金屬材料最終的變形量產(chǎn)生影響，而正火中如果溫度偏高會(huì)使得金屬材料內(nèi)部發(fā)生明顯變形。針對(duì)這一問(wèn)題，在金屬材料熱處理加工之前，要合理控制溫度，經(jīng)正火處理后運(yùn)用等溫淬火處理技術(shù)，既可以保證金屬材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加均勻，同時(shí)也可以減少材料變形的問(wèn)題，而要想確保金屬材料正火處理獲得良好效果，還可以同時(shí)加強(qiáng)退火工藝，根據(jù)金屬材料實(shí)際的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)科學(xué)選取退火工藝，減少金屬材料受到溫度升溫影響，確保在金屬材料熱處理中對(duì)變形問(wèn)題有效控制，加強(qiáng)金屬材料整體質(zhì)量。某些合金淬火形成過(guò)飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當(dāng)溫度下保持較長(zhǎng)時(shí)間，以提高合金的硬度、強(qiáng)度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱(chēng)為時(shí)效處理。把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結(jié)合起來(lái)進(jìn)行，使工件獲得很好的強(qiáng)度、韌性配合的方法稱(chēng)為形變熱處理；在負(fù)壓氣氛或真空中進(jìn)行的熱處理稱(chēng)為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化，不脫碳，保持處理后工件表面光潔，提高工件的性能，還可以通入滲劑進(jìn)行化學(xué)熱處理。

5.2 加強(qiáng)機(jī)械加工

在金屬材料熱處理后，需要充分運(yùn)用好機(jī)械加工技術(shù)，根據(jù)金屬材料的實(shí)際變形規(guī)律，通過(guò)反變形收縮端遇障孔等多種手段提高對(duì)金屬材料變形控制效果，在金屬熱處理最后階段，需要保證對(duì)熱處理變形允許值分析，確保與上道加工工序保持一致，根據(jù)金屬材料的具體變形規(guī)律，要加強(qiáng)熱處理的尺寸修正，切實(shí)增強(qiáng)金屬材料的處理合格效率。

5.3 運(yùn)用合理的裝夾方法

為了保證金屬材料熱處理變形得到合理控制，在金屬材料熱處理加工中要運(yùn)用同樣組織應(yīng)力，要改進(jìn)裝夾方式。為了只加熱工件表層而不使過(guò)多的熱量傳入工件內(nèi)部，使用的熱源須具有高的能量密度，即在單位面積的工件上給予較大的熱能，使工件表層或局部能短時(shí)或瞬時(shí)達(dá)到高溫。

6 結(jié)語(yǔ)

在金屬材料熱處理工藝中，需要充分對(duì)機(jī)械制造加工技術(shù)要求進(jìn)行全面分析與判斷，確保整個(gè)熱處理對(duì)零部件切削影響降至最低。熱處理作為一種全新工藝方法，在實(shí)際生產(chǎn)中也會(huì)受到諸多因素的影響，任何一個(gè)細(xì)小的變化都會(huì)產(chǎn)生不同的結(jié)果。要全面把握熱處理工藝的技術(shù)要求，這樣才能充分激發(fā)金屬材料內(nèi)在潛力，延長(zhǎng)金屬材料使用壽命，降低生產(chǎn)成本，全面提高機(jī)械制造的質(zhì)量和水平。