金屬材料熱處理技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向

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摘要：金屬材料與各種科學(xué)活動以及經(jīng)濟(jì)社會有著密切的聯(lián)系，人類社會發(fā)展到今天。隨著時代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，金屬的替代品不斷地被研發(fā)出來，金屬材料熱處理技術(shù)也得到了前所未有的提高，下文將對其發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向進(jìn)行簡要的敘述和分析。

關(guān)鍵詞：金屬材料熱處理技術(shù)；現(xiàn)狀；發(fā)展方向

前言

金屬材料是人類發(fā)展的最重要材料之一，無論哪個時代，金屬材料都在人們的生活中發(fā)揮著巨大的作用。金屬材料根據(jù)其特點具有韌度高、硬度強(qiáng)度大等特點，而且金屬材料容易獲得，且不少金屬制作簡易。隨著現(xiàn)代金屬工藝的發(fā)展和推廣、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展壯大，金屬材料在機(jī)械制作、國防領(lǐng)域、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電子信息等行業(yè)，都有明顯的性價比優(yōu)勢和廣闊的發(fā)展前景市場。

1.金屬熱處理技術(shù)的現(xiàn)狀

1.1普通熱處理

普通熱處理的目的在于改善金屬組織結(jié)構(gòu)、調(diào)整強(qiáng)度、硬度、韌性，改善金屬的加工性能，不改變金屬的化學(xué)成分。主要工藝為退火、正火、淬火及回火。

退火是將鋼加熱到工藝要求值，保溫一定時間，然后緩慢冷卻，以獲得平衡狀態(tài)的熱處理工藝。退火的目的主要有降低硬度，以利于金屬機(jī)工性能；細(xì)化晶粒，提高塑性及韌性；消除內(nèi)應(yīng)力。

正火是將鋼加熱到Ac3以上30-50℃或Acm 以上30-50℃，保溫后在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火的作用是將鋼加熱到奧氏體區(qū)，使鋼進(jìn)行重結(jié)晶，從而解決鋼的晶粒粗大和組織不均勻問題。

淬火是將鋼加熱到Ac3或Ac1以上30-50℃，保溫后在淬火介質(zhì)中快速冷卻，使過冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體或貝氏體組織的工藝方法。由于淬火時工件容易產(chǎn)生裂紋或形變，在工藝上還要嚴(yán)格控制淬火加熱溫度、合理選擇淬火介質(zhì)、正確選擇淬火方法，以獲得更好的淬火效果。

回火是將淬火鋼重新加熱到Ac1以下某溫度，保溫后冷卻使其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的回火組織?；鼗鸬闹饕康氖窍慊饍?nèi)應(yīng)力，以降低鋼的脆性，防止產(chǎn)生裂紋，同時使鋼獲得所需的力學(xué)性能。

普通熱處理技術(shù)在我國機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，并在設(shè)備、工藝方面取得良好的發(fā)展。如高壓氣瓶生產(chǎn)中，經(jīng)鋼板多次沖拔形成的杯形體，每次沖拔后均需進(jìn)行退火，以細(xì)化晶粒、消除內(nèi)應(yīng)力，防止后續(xù)沖拔作業(yè)中產(chǎn)生斷裂、變形。

1.2表面熱處理

表面熱處理是對鋼件表面的加熱、冷卻而改變表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。主要工藝為：表面淬火和化學(xué)熱處理。

表面淬火是將鋼件的表面層淬透到一定深度，而心部仍保持未淬火狀態(tài)的一種局部淬火方法。表面淬火的主要目的是獲得高硬度、高耐磨性的表層，而心部仍保持良好的韌性，常用于機(jī)床主軸、齒輪、發(fā)動機(jī)曲軸等。

化學(xué)熱處理是將工件置于一定的化學(xué)介質(zhì)中加熱、保溫，使介質(zhì)中的活性原子滲入工件表層，以改變工件表層的化學(xué)成分和組織，獲得所需的力學(xué)性能和理化性能。依據(jù)所滲入的元素不同，化學(xué)熱處理可分為滲碳、滲氮、滲硼、滲鋁等。如果同時滲入兩種以上元素，則稱之為共滲，如碳氮共滲、鉻鋁硅共滲等。

表面熱處理技術(shù)在機(jī)械工業(yè)中得到良好的應(yīng)用，如電感應(yīng)加熱表面淬火法，由渦流所產(chǎn)生的電阻熱使工件表層被迅速加熱到淬火溫度，隨即向工件噴水，將工件表層淬硬。由于加熱設(shè)備及淬火設(shè)備簡單、生產(chǎn)效率高、成本低，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。

2.金屬熱處理技術(shù)的發(fā)展方向

2.1發(fā)展新的加熱源

金屬熱處理傳統(tǒng)的加熱源主要有燃料加熱源、電加熱源，近年來新誕生了一種高能率加熱源，如激光束加熱源和電子束加熱源等；它主要用于定向地對工件表面施加極高能量密度的加熱，利用這種方法可以使工件表面溫度快速升高，從而在極短的時間內(nèi)，將工件欲處理區(qū)表層的溫度上升到相變溫度以上或熔融狀態(tài)，然后再讓工件自身冷卻直至其表面硬化或凝固，最終使得其表面某些特性發(fā)生改變。這種高能率熱處理可以減小工件的變形，使工件獲得特殊的組織性能和表面狀態(tài)，提高了工件表面的耐磨性和耐蝕性，延長了工件的使用壽命，在提高經(jīng)濟(jì)效益方面具有很大的優(yōu)越性。

科學(xué)技術(shù)的快速進(jìn)步對熱處理技術(shù)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)，先進(jìn)科技產(chǎn)物的新的加熱源的產(chǎn)生帶動了熱處理技術(shù)的發(fā)展，發(fā)展新的加熱源是現(xiàn)代熱處理技術(shù)中的重大研究課題。新的加熱源衍生的高能率熱處理近年來發(fā)展迅速，國內(nèi)外已將激光熱處理和離子注入表面改性技術(shù)投入生產(chǎn)，但由于高能率熱處理的設(shè)備費用昂貴等原因，目前國內(nèi)外尚未大量應(yīng)用，但其具有廣闊的發(fā)展前景。

2.2發(fā)展新的加熱方式

加熱是金屬熱處理主要工序之一。選用合理的加熱方式可以保證和提高金屬熱處理的質(zhì)量。加熱時，應(yīng)保持溫度適當(dāng)而均勻以避免或減少金屬表面氧化、脫碳，保證工件表面質(zhì)量：同時還應(yīng)控制加熱速度，保證金屬材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)南嘈蜣D(zhuǎn)變。

傳統(tǒng)的加熱方式是燃料加熱，工件與熱源直接接觸加熱；為了改變熱源直接接觸工件而引起的表面氧化、脫碳，發(fā)展為間接加熱方法，如將工件埋在熔融鹽液等介質(zhì)中加熱，可以基本上避免氧化，減少脫碳。電加熱法的發(fā)展應(yīng)用，使金屬熱處理的加熱方法更趨完善，加熱溫度更易于控制，同時避免了環(huán)境污染。可控氣氛加熱和真空加熱的發(fā)展，實現(xiàn)無氧化加熱，使金屬表面化學(xué)成分能夠穩(wěn)定、合理地調(diào)整到預(yù)定要求，可控氣氛加熱和真空加熱的發(fā)展是工業(yè)加熱和熱處理技術(shù)的一次重要變革。

3.促進(jìn)金屬材料熱處理技術(shù)快速發(fā)展的措施

3.1改良設(shè)備工藝，提高處理效率

針對目前許多熱處理車間的技術(shù)工藝落后現(xiàn)狀，在沒有足夠的資金更新的情況下，可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)募夹g(shù)改良，以暫時性提高熱處理的效率。部分仍在進(jìn)行手動化操作的熱處理車間需要進(jìn)行設(shè)備的自動化或半自動化改良；部分過于老舊的熱處理爐可以考慮更換部分保溫材料，換成新式的材料，以提高熱處理爐的保溫和升溫效果。

3.2引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，保證產(chǎn)品質(zhì)量

我國想要在短時間內(nèi)靠自主研究提高滲碳、殘余應(yīng)力消除等熱處理技術(shù)的水平有一定的困難，因此有引進(jìn)國外同類先進(jìn)技術(shù)的必要。但在引進(jìn)時應(yīng)注意國內(nèi)的研究現(xiàn)狀，避免引入國內(nèi)研究已經(jīng)有相當(dāng)成果的技術(shù)工藝，否則只會造成技術(shù)浪費。具體來說，我國目前針對金屬熱處理技術(shù)的研究成果主要體現(xiàn)在失效分析、力學(xué)性能與馬氏體組織上，這些方面的熱處理技術(shù)引進(jìn)可以相對放緩，要把目光更多地投注在國內(nèi)有所需求，但仍呈現(xiàn)空白或研究稀少的技術(shù)領(lǐng)域上。

3.3培養(yǎng)技術(shù)人才，強(qiáng)化技術(shù)實踐

為了保證涂層、激光熔覆等新型熱處理技術(shù)能在實踐中得到有效應(yīng)用，一方面要加強(qiáng)對熱處理技術(shù)人才的培養(yǎng)，調(diào)整技術(shù)人才和研究人才的比例，另一方面要增強(qiáng)現(xiàn)有熱處理研究人員研究方向與實際需求的聯(lián)系，真正實現(xiàn)產(chǎn)、學(xué)、研的一體化。金屬材料熱處理技術(shù)的研究者應(yīng)注意與熱處理生產(chǎn)人員的交流，了解我國熱處理工藝真正需要的技術(shù)支持，以此為指導(dǎo)確定研究方向，提高熱處理技術(shù)的研究能效。

4.總結(jié)語

隨著未來金屬材料需求的增大，金屬材料的發(fā)展將會面向微型化、高性能、低成本等方向發(fā)展。并隨著這類的發(fā)展影響下，整個金屬材料也將會發(fā)展出更好更快的生命力。我們可以相信，在科技工作者和政府的共同努力下，金屬材料行業(yè)將會出現(xiàn)更加繁榮的未來。

參考文獻(xiàn)：

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