金屬材料與熱處理工藝的關(guān)系范文

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摘要：

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)得到很大提高，較高的機(jī)械性能能夠發(fā)揮出金屬材料最大的潛能。為了滿足生產(chǎn)需求，需要通過熱處理工藝改變金屬材料的機(jī)械性能，所以必須加強(qiáng)對熱處理工藝的研究，處理好金屬材料和熱處理工藝之間的關(guān)系，獲得最佳的生產(chǎn)效果。作為設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)金屬材料的特性和組成成分，選擇最佳的熱處理工藝，實(shí)現(xiàn)二者之間的有機(jī)結(jié)合。文章主要對當(dāng)前熱處理工藝和金屬材料之間的關(guān)系進(jìn)行分析，希望能夠給相關(guān)人士提供一定的借鑒。

關(guān)鍵詞：

金屬材料；熱處理；工藝；關(guān)系

1金屬材料和熱處理發(fā)展的歷史

早在四千年前我國就已經(jīng)開始使用金屬材料了，而且相比世界其他國家，我們很早就開始具有較高的熱處理水平。自從改革開放之后，我國社會經(jīng)濟(jì)得到了快速發(fā)展，金屬材料的種類日益繁多，熱處理技術(shù)也得到很大提升，為我國金屬制造業(yè)、冶金業(yè)、鋼鐵業(yè)等工業(yè)做出了巨大貢獻(xiàn)，進(jìn)一步促進(jìn)了我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展。當(dāng)前金屬材料和熱處理工藝之間的關(guān)系越來越緊密，需要相關(guān)研究人員深入探討二者之間的積極關(guān)系。

2金屬材料的基本組織和結(jié)構(gòu)

雖然鋁、銅、鐵等金屬材料被廣泛使用在生產(chǎn)工業(yè)中，但是由于單純的某種金屬材料存在一定的缺陷，所以當(dāng)前這些金屬材料的合金形式被使用的更加廣泛。當(dāng)前合金內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要分為兩個方面，一個是內(nèi)部空間原子之間的排列情況，另一個是原子和金屬之間的結(jié)合方式。空間原子之間排列方式的不同則會產(chǎn)生不同的金屬性能，所以，空間原子排列情況和金屬性能有直接關(guān)系，我們可以根據(jù)這一規(guī)律利用熱處理技術(shù)來滿足生產(chǎn)需求。所謂金屬材料熱處理工藝指的是在一定的介質(zhì)中加熱金屬達(dá)到特定的溫度，并保持一段時間，在不同的介質(zhì)下進(jìn)行冷卻，達(dá)到改變金屬性能的一種工藝。熱處理工藝是一項(xiàng)十分復(fù)雜的加工工藝，其中任何一個因素受到外界影響而發(fā)生改變，都會影響到金屬性能的改變，所以為了能夠滿足生產(chǎn)工業(yè)的需要，需要做好熱處理工藝的控制，進(jìn)一步提高機(jī)械性能。

3分析熱處理和金屬材料的關(guān)系

3.1分析熱處理預(yù)熱和金屬材料的切削性能所存在的關(guān)系為了能夠保證生產(chǎn)出來的金屬材料性能滿足需要，就必須保證在加工過程中熱處理工藝和切削性能之間保持相互配合的關(guān)系。在切削加工中可能會因?yàn)榻饘俨牧稀⑶邢鳁l件、加工材料等因素而產(chǎn)生不同程度的光潔度。在熱處理過程中不可避免的會出現(xiàn)一些問題，影響到金屬材料的性能，所以為了盡可能地減少加工缺陷，就需要對這些毛坯或者金屬半成品進(jìn)行預(yù)熱處理，使其保持在切削加工的良好狀態(tài)，同時也保障切削材料的加工精度滿足產(chǎn)品要求，零件的性能也能夠進(jìn)一步提高。不同的金屬材料具有不同的金相組織和硬度范圍，所以相對應(yīng)的每種金屬材料都具有一個最佳的切削性能。在切削加工的過程中，有可能會因?yàn)橛捕炔贿_(dá)標(biāo)而產(chǎn)生粘刀現(xiàn)象，在傾面上產(chǎn)生積屑瘤，這不僅影響到金屬材料的切削性能，同時也影響了零件表面的光潔度。目前，加工人員可以通過正火處理來減少粘刀問題的產(chǎn)生，進(jìn)一步提高了切削性能。鋁合金是當(dāng)前生產(chǎn)工業(yè)中比較常見的一種合金。在加工鋁合金時可以采用固溶處理，能夠增強(qiáng)鋁合金的性能，使合金內(nèi)部晶粒體現(xiàn)出均勻的組織，這也能有效提高機(jī)械的加工精度。

3.2熱處理溫度和金屬材料切邊橫量所存在的關(guān)系材料力學(xué)性能指標(biāo)之一包括了切邊橫量，切應(yīng)變和切應(yīng)力的比值，是材料在彈性變形比例極限范圍內(nèi)以及剪切應(yīng)力作用下得出來的。對材料抵抗切應(yīng)變的能力有了表征的作用，模量大，材料的剛性就越強(qiáng)，通過熱處理，改變了材料本身的物理性質(zhì)，材料的性能也發(fā)生了改變，隨之切邊衡量也應(yīng)該發(fā)生變化，從而實(shí)際和設(shè)計(jì)計(jì)算的彈簧伸長量出現(xiàn)了一定的誤差。通過對熱處理和金屬材料切邊模量變化關(guān)系的分析，可以看出，選用彈簧鋼的工業(yè)生產(chǎn)中，對其進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算時，要使用彈簧模量和材料切邊的模量。然而，切邊模量的取值是按照傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)給出的，會導(dǎo)致彈簧的變形量在實(shí)際和計(jì)算中都存在著很大的誤差。因?yàn)榻?jīng)過熱處理后，加工的成品彈簧以及熱繞成型的彈簧，由于原子間的結(jié)合力決定了材料彈性模量的大小，彈性模量的大小受到影響原子間結(jié)合力的因素的影響。影響原子間的結(jié)合力是由合金組織、成分、溫度和形變強(qiáng)化等產(chǎn)生的。所以材料溫度在經(jīng)過熱處理后發(fā)生了變化，因此在設(shè)計(jì)的時候，彈簧特性線產(chǎn)生的先天性誤差，是由彈性模量的變化所引起的。所以在設(shè)計(jì)計(jì)算特性線要求比較高的彈簧時，設(shè)計(jì)不能按照傳統(tǒng)資料給的定值，要根據(jù)載荷、工作溫度等彈簧的服役情況確定。

3.3熱處理溫度和金屬材料斷裂韌性所存在的關(guān)系在金屬材料加工的過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)金屬材料斷裂的現(xiàn)象。實(shí)際上，在外力的作用下，存在裂紋的金屬材料會抵抗裂紋的擴(kuò)展，我們可以稱之為斷裂韌性。通過減少金屬晶體中的位錯現(xiàn)象，就能夠減小位錯密度，進(jìn)而提高金屬材料的性能，使得金屬材料的斷裂韌性能力得到提升。通常情況下，主要采用細(xì)晶強(qiáng)化的方式來阻礙金屬晶體位錯。而通過熱處理工藝，能夠使得細(xì)晶強(qiáng)化功能得到進(jìn)一步提升，實(shí)現(xiàn)金屬組織的再結(jié)晶，其過程是通過加熱金屬材料，使之達(dá)到非常高的溫度，然后產(chǎn)生等軸晶粒代替已經(jīng)變形的晶粒，這一過程通常是在變性劇烈區(qū)域完成。在變形溫度達(dá)到一定的前提下，金屬材料的局部錯位密度就會累計(jì)到一個最高點(diǎn)，進(jìn)而發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶。因此，金屬的熱處理溫度直接關(guān)系到再結(jié)晶效果，而且這種關(guān)系十分明顯，需要加工人員能夠特別注意。為了能夠更高程度的激活原子，并使它遷移，必須保證變形金屬的加熱溫度達(dá)到一定程度，同時逐漸形成結(jié)晶。原子的擴(kuò)散過程能夠獲得熱處理的控制溫度，進(jìn)而提高金屬材料的斷裂韌性。

3.4熱處理應(yīng)力和金屬材料應(yīng)力腐蝕所存在的關(guān)系金屬材料的應(yīng)力腐蝕開裂直接影響到其使用性能，所以必須引起重視。應(yīng)力腐蝕開裂的產(chǎn)生主要是在特定的腐蝕環(huán)境以及拉伸應(yīng)力的作用，金屬材料出現(xiàn)了脆性斷裂。金屬材料在焊接過程中會存在一些殘余應(yīng)力，而這些殘余應(yīng)力卻導(dǎo)致了金屬材料的應(yīng)力腐蝕開裂。金屬材料在加熱和冷卻過程中其內(nèi)部組織和性能會發(fā)生改變，導(dǎo)致金屬材料的表面和內(nèi)部溫度存在差異，進(jìn)而產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力，在這種情況下，金屬內(nèi)部的冷卻溫度要高于表面溫度，收縮程度比表面小，使得材料內(nèi)部受到拉應(yīng)力影響。在金屬材料熱處理過程中，由于材料的性能發(fā)生了變化，不同部位有不同的體積，產(chǎn)生了組織應(yīng)力。金屬材料的表面和內(nèi)部都會受到不同程度的組織應(yīng)力和殘余應(yīng)力的影響。在熱處理過程中的冷卻速度是決定殘余應(yīng)力和影響淬火質(zhì)量的決定性因素之一。所以加工人員在進(jìn)行金屬材料熱處理過程中應(yīng)該控制好冷卻速度，盡可能地接近標(biāo)準(zhǔn)值，減少應(yīng)力的產(chǎn)生，進(jìn)而提高金屬材料的性能。

4結(jié)束語

處理好熱處理工藝和金屬材料之間的關(guān)系，能夠有效加強(qiáng)金屬零部件的制造水平，同時也促進(jìn)其他工業(yè)生產(chǎn)的加工質(zhì)量。伴隨著社會主義市場經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，相關(guān)研究人員必須不斷探索金屬材料和熱處理工藝之間的關(guān)系，提高二者結(jié)合的準(zhǔn)確度，實(shí)現(xiàn)全方位的加工技術(shù)。

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作者：鄭倩 單位：東北特鋼集團(tuán)北滿特殊鋼有限責(zé)任公司