邵雨萱

（聊城大學(xué)季羨林學(xué)院，山東 聊城 252000）

在工業(yè)生產(chǎn)中，要不斷提高材料的生產(chǎn)效益，保證其使用的機(jī)械性能，就需要選擇科學(xué)的材料熱處理生產(chǎn)工藝。在實(shí)際的應(yīng)用中，有效的材料熱處理工藝能夠顯著增強(qiáng)材料的整體性能，提高其力學(xué)性能。然而如果使用的熱處理工藝不恰當(dāng)，不但會(huì)影響到整體的金屬材料力學(xué)性能難以提高，同時(shí)可能對(duì)其自身的力學(xué)性能造成損害。因此，在相關(guān)單位中，為了獲得更好的市場發(fā)展?jié)摿?，提高綜合競爭力，就需要加強(qiáng)對(duì)金屬材料的研究。為了獲得理想的材料使用的熱效果，需要做好金屬材料的熱處理工藝，掌握在不同熱處理效果下，金屬合金化學(xué)元素產(chǎn)生的變化和影響。

1 金屬材料概述

1.1 金屬材料定義和重要性

金屬元素和金屬元素作為主體形成的有金屬特征的材料都是金屬材料，比如特種金屬、純金屬和合金以及金屬間化合物等等，都是金屬材料，然而金屬氧化物除外。金屬材料有著很強(qiáng)的可塑性，同時(shí)強(qiáng)度高、韌性強(qiáng)，有著很好的耐寒性能，容易鍛造和鑄造，具有沖壓和焊接的性能。

1.2 金屬材料分類和特性

一般都將金屬材料劃分成幾種：有色金屬、黑色金屬和特種金屬材料。黑色金屬也就是鋼鐵材料，常見的有鑄鐵、工業(yè)純鐵和不同使用的不銹鋼、結(jié)構(gòu)鋼以及精密合金和耐熱鋼等等。在廣義看來，黑色金屬還有錳鉻和其合金。有色金屬主要是鉻、鐵、錳之外的金屬和合金，一般包含重金屬和輕金屬、稀有金屬和稀土金屬、貴金屬和半金屬等。其中，有色合金的硬度和強(qiáng)度更大，同時(shí)其電阻溫度洗系數(shù)小、電阻大。特種金屬材料中有功能性金屬材料和用途不同的結(jié)構(gòu)金屬材料。也包含使用快速冷凝工藝得到的非晶態(tài)金屬材料，和微晶、準(zhǔn)晶和納米晶金屬材料，以及功能特殊的合金和金屬復(fù)合材料，其能夠隱身和抗氫，具有形狀記憶，十分耐磨等等。

2 熱處理工藝和金屬材料的關(guān)系

在特定的空間中，金屬原子和其性能與原子排列的情況和配置等因素息息相關(guān)。如果原子在空間排列中，其使用的配置不同，那么在金屬原子中，其性能會(huì)產(chǎn)生十分大的差距。金屬材料進(jìn)行熱處理時(shí)，就是將這些工件內(nèi)部放置到一個(gè)加熱介質(zhì)中，不斷加熱到合適的溫度，然后在這個(gè)溫度條件下保持一段特定的時(shí)間，采用不同的加熱速度，將金屬材料冷卻在加熱介質(zhì)中，這樣能夠?qū)⒔饘俨牧系慕Y(jié)構(gòu)和其形態(tài)以及表面的狀態(tài)進(jìn)行改變，從而改變金屬的性能。針對(duì)一些合金和有色金屬，能夠選擇熱處理方式，將其中的一些原子組織排列通過工藝加工的方式直接改變，然而這些金屬中包含的一些合金金屬元素也能夠直接影響到工藝中的熱處理水平和效果，直接改變?cè)咏M織結(jié)構(gòu)，將其機(jī)械性能進(jìn)行改善。

2.1 金屬材料和熱處理存在的斷裂韌性關(guān)系

在工業(yè)生產(chǎn)中，金屬的加工和生產(chǎn)操作常常碰到一些因素，導(dǎo)致其金屬外殼斷裂。在實(shí)際的操作實(shí)踐中，我們可以使用外力，增強(qiáng)脆性金屬材料的抗裂性能，提高其柔韌性，防止裂紋的產(chǎn)生，也就是通常說的斷裂韌性。在該技術(shù)的應(yīng)用中，主要原理是針對(duì)一類金屬，將其中的很多錯(cuò)位的金屬晶體密度實(shí)施錯(cuò)位轉(zhuǎn)變，降低其金屬錯(cuò)位晶體密度，不斷提高材料的使用性能和價(jià)值，防止在金屬材料使用中產(chǎn)生斷裂變形的問題，增強(qiáng)其韌性。在進(jìn)行加工操作中，主要是利用細(xì)晶強(qiáng)化對(duì)金屬中產(chǎn)生的晶體錯(cuò)位問題進(jìn)行解決。在強(qiáng)化金屬熱處理時(shí)，要不斷提高晶體高溫強(qiáng)化性能，使得之前的金屬結(jié)構(gòu)能夠強(qiáng)化再結(jié)晶，在這個(gè)過程中可以使用金屬高溫強(qiáng)化，讓之前的金屬結(jié)構(gòu)能夠滿足一定的強(qiáng)化溫度，保證軸變性晶粒強(qiáng)化將之前的變性晶粒替換掉，在這個(gè)強(qiáng)化操作中，通常是發(fā)生在溫度變性強(qiáng)烈的金屬區(qū)域。如果局部溫度不斷上升到一定的問題，其金屬材料熱密度也會(huì)不斷上升，達(dá)到最高的溫度點(diǎn)，出現(xiàn)熔化再結(jié)晶的現(xiàn)象。也就是在熱處理金屬操作中，溫度控制啊保證金屬材料熱結(jié)晶的重要內(nèi)容，因此在實(shí)際金屬加工過程中，必須要充分重視這點(diǎn)，要獲得激活金屬熱原子，又可以保證其自身可以快速遷移，就需要對(duì)金屬進(jìn)行加熱，在其達(dá)到一定溫度之后，就能夠保證實(shí)現(xiàn)結(jié)晶。

2.2 金屬材料和熱處理存在的腐蝕關(guān)系

金屬材料產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕直接影響到其使用的性能，因此必須要充分重視。金屬應(yīng)力腐蝕的因素是在腐蝕性環(huán)境下，在金屬拉伸時(shí)產(chǎn)生了很大的應(yīng)力問題，造成腐蝕金屬可能因?yàn)榇嗳醭霈F(xiàn)脆性斷裂。在進(jìn)行金屬材料焊接過程中，其自身會(huì)出現(xiàn)一些應(yīng)力殘余應(yīng)力，這些力的改變?nèi)菀讓?dǎo)致焊接金屬材料出現(xiàn)開裂或者是腐蝕。將不同的金屬材料進(jìn)行加熱，在會(huì)后快速冷卻，其自身的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生變化。針對(duì)金屬材料的外層，采用高溫?zé)崽幚磉^程中，其不同部位和總體的體積都會(huì)產(chǎn)生各個(gè)不相同的應(yīng)力，這也是因?yàn)榻饘俨牧现械慕M織結(jié)構(gòu)應(yīng)力不同和內(nèi)外層中的殘余材料應(yīng)力不同造成的。因此，在對(duì)金屬進(jìn)行熱處理時(shí)，必須要掌握其冷卻速度，才能夠掌握金屬淬火之后的殘余熱應(yīng)力，獲得金屬淬火之后的質(zhì)量。因此，在工作人員進(jìn)行熱處理操作中，必須要掌握金屬的冷卻速度，避免金屬應(yīng)力的增加，從而不斷增強(qiáng)金屬材料使用的性能。

3 合金元素對(duì)熱處理的影響

3.1 提高回火穩(wěn)定性

合金金屬元素在回火操作中，加熱能夠快速分解合金馬氏體，將殘余熔化，加速奧氏體快速轉(zhuǎn)變的加熱能力，幫助合金鐵素體快速熔化，之后再次結(jié)晶加熱。這可以讓合金碳化物高效聚集同時(shí)長大，并且能夠保證強(qiáng)的耐熱彌散度，增強(qiáng)合金回火的抵抗力，增強(qiáng)了不銹鋼合金回火的軟化穩(wěn)定性。在不銹鋼通過回火之后，仍然能夠保持良好的熱力學(xué)性能，在高度滲碳不銹鋼中進(jìn)行鉻的還原，能夠快速產(chǎn)生很多含鉻活性碳化物，這就使得金屬材料表面涂層中的力學(xué)耐磨性大大增強(qiáng)。在進(jìn)行熱處理操作中，含鉻優(yōu)質(zhì)彈簧復(fù)合鋼很難出現(xiàn)脫碳。同時(shí)，鉻鉬鋼可以顯著增強(qiáng)機(jī)械工具中鋼使用的強(qiáng)度性能和硬性性能，提高其耐磨性，獲得很好的穩(wěn)定性能和回火性能。

3.2 產(chǎn)生二次硬化

在很多優(yōu)質(zhì)鋼材中，特別是含W、Mo、V十分豐富的鋼材材料中，其硬度并不會(huì)伴隨著回火溫度的提高而出現(xiàn)提高或者是降低，其溫度變化是在達(dá)到某個(gè)臨界值之后，一般是400℃，其硬度才能夠單調(diào)提高，同時(shí)在另外一個(gè)回火溫度中，實(shí)現(xiàn)最大的回火峰值，這也是在回火操作中產(chǎn)生的二次冷熱硬化原理，和回火操作中析出物的性質(zhì)息息相關(guān)。鉻鋼可以顯著提高硬化鋼腐蝕淬透性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)二次硬化效果，能夠保證高溫低碳鋼的硬度不斷提高，確保材料的耐磨性和硬度，同時(shí)不會(huì)讓高碳鋼變得十分脆。如果碳含量濃度大于12%，應(yīng)用的鋼材就擁有低溫耐化學(xué)氧化性并保持較高的高溫化學(xué)抗氧化性，擁有耐腐蝕和防銹的效果。同時(shí)，能夠不斷增強(qiáng)不銹鋼熱強(qiáng)性，鉻也是不同品種不銹耐酸防腐鋼和各個(gè)不銹耐熱鋼的重要的組成。

3.3 對(duì)奧氏體形成速度的影響

在合金中包含的一些元素都是碳化物，比如C、W、V等等，十分容易分解產(chǎn)生一些弱碳化物和碳氧合金，很難水溶在奧氏體中，阻礙了合金碳的不斷擴(kuò)散，使得其他奧氏體合金產(chǎn)生碳的效率大大降低。但是針對(duì)Co、Ni中的一些中性碳化物，難以形成碳元素，能夠顯著提高碳分子擴(kuò)散的效率，加速奧氏體分子的產(chǎn)生。Al、Si、Mn等金屬合金中的元素對(duì)整個(gè)奧氏體系的形成物在速度上的影響不大。

4 結(jié)束語

綜上所述，在當(dāng)前的金屬生產(chǎn)制造過程中，新型的技術(shù)對(duì)工藝研究提出了更高的要求。在金屬材料和熱處理工藝中，有著息息相關(guān)的作用，因此在選擇熱處理工藝時(shí)，必須要和金屬材料性能特點(diǎn)結(jié)合起來，關(guān)注其二者的相關(guān)性，同時(shí)金屬材料內(nèi)的合金元素也直接影響著金屬材料的整體性能和使用。

因此，在進(jìn)行工藝技術(shù)的具體實(shí)踐應(yīng)用中，要在成本一定的情況下提高材料的質(zhì)量和機(jī)械性能，就需要科學(xué)地選擇熱處理工藝。在生產(chǎn)操作中，使用正確熱處理工藝能夠顯著增強(qiáng)一些材料的機(jī)械性能，改善其特性。但是如果選擇的熱處理方式不科學(xué)，不但不會(huì)增強(qiáng)材料機(jī)械性能，同時(shí)會(huì)將其本來的材料性能破壞掉。因此，為了要保證金屬材料的應(yīng)用獲得良好的效果，就需要精準(zhǔn)地分析各種合金元素和金屬材料以及熱處理工藝間的有效的關(guān)系，將其中的聯(lián)系和密切性進(jìn)行確認(rèn)，從而更加全面地掌握金屬熱處理的技術(shù)，不斷增強(qiáng)各種金屬和零件的生產(chǎn)工藝和制造水平，提高產(chǎn)品質(zhì)量，推動(dòng)我國工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展的進(jìn)步。