金屬材料熱處理過(guò)程及工藝研究

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前言

改革開(kāi)放以來(lái),在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí),科學(xué)技術(shù)的研發(fā)也獲得了突飛猛進(jìn),極大地促進(jìn)了我國(guó)工業(yè)化的發(fā)展進(jìn)程。在這樣的背景下,相關(guān)行業(yè)對(duì)金屬材料的需求及性能要求也越來(lái)越高。而且,在科學(xué)技術(shù)的支持下,我國(guó)金屬材料的熱處理工藝技術(shù)水平不斷提升,使得金屬材料各方面的性能越來(lái)越理想。更好地保障了我國(guó)的工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展,并更好地踐行了節(jié)能減排的綠色發(fā)展。

一、金屬材料熱處理工藝的發(fā)展歷程簡(jiǎn)析

眾所周知,金屬材料主要是由鐵元素組成,為了提高金屬材料的硬度、強(qiáng)度、耐磨性及抗疲勞性,加工企業(yè)會(huì)通過(guò)淬火處理的工藝為其增添不同的元素,以提高其各項(xiàng)性能,獲得理想的金屬材料。

金屬材料的熱處理具有悠久的歷史,工業(yè)革命以來(lái),特別是近代以來(lái),金屬材料的熱處理工藝技術(shù)更新發(fā)展的速度越來(lái)越快,先后經(jīng)歷了轉(zhuǎn)筒爐氣體滲碳、應(yīng)用露點(diǎn)電位差計(jì)、二氧化碳紅外儀、氧探頭實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)可控碳勢(shì)等熱處理工藝技術(shù)。此外,等離子場(chǎng)、激光以及電子束等現(xiàn)代化科技手段也逐漸應(yīng)用在金屬材料的熱處理工藝當(dāng)中,為金屬材料的表面熱處理、化學(xué)熱處理等工藝提供了強(qiáng)大的技術(shù)支撐。

二、金屬材料的熱處理過(guò)程分析

在金屬材料進(jìn)行淬火處理的過(guò)程中,根據(jù)控制溫度的不同,其熱處理工藝可以分為加熱、保溫和冷卻這三個(gè)過(guò)程。其中加熱環(huán)節(jié)是對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理工藝的第一個(gè)步驟。就我國(guó)而言,歷史上最早的金屬熱處理工藝加熱環(huán)節(jié)主要是利用木炭作為熱源,后阿貍又發(fā)展到利用煤炭作為熱源。隨著現(xiàn)代能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,在金屬熱處理加熱環(huán)節(jié),逐漸開(kāi)始運(yùn)用液體及氣體燃料;而隨著電力技術(shù)的廣發(fā)應(yīng)用,金屬材料的熱處理加熱工序也發(fā)生了較大的變革,等離子場(chǎng)、激光以及電子束等現(xiàn)代化科技手段逐漸成為加熱工序重要的手段;保溫工序是金屬材料熱處理中重要的一環(huán),時(shí)金屬材料加熱到一定溫度后,在一定時(shí)間內(nèi)將該金屬材料的內(nèi)外溫保持一致,使其結(jié)構(gòu)和性能能夠得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)變。但很多時(shí)候,很多金屬材料需要的保溫時(shí)間極短,甚至根本不需要保溫工序;冷卻工序也是金屬材料熱處理工藝重要的環(huán)節(jié)。在實(shí)際操作中,不同的金屬材料在不同熱處理工藝下,冷卻的方式和速度具有極大的差異。

三、金屬材料熱處理常用的基本工藝分析

在金屬材料熱處理過(guò)程中,常用的基本工藝是退火、正火、淬火和回火。其中,退火工藝就是將金屬材料加熱到預(yù)設(shè)溫度值后,對(duì)其進(jìn)行緩慢冷卻處理,使其內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)能夠達(dá)到或接近平衡的狀態(tài)。這種工藝能降低金屬材料的硬度,并消除其內(nèi)應(yīng)力,從而提高其可塑性增強(qiáng)塑性,便于后續(xù)加工工藝的順利進(jìn)行;正火工藝則是將金屬材料加熱到一定溫度后,在一定時(shí)間內(nèi)完成冷卻的熱處理工藝。在金屬材料熱處理過(guò)程中,運(yùn)用正火工藝進(jìn)行鑄造、鍛壓加工,能促進(jìn)中、低碳鋼的組織細(xì)化。很多加工企業(yè)往往都是以正火工藝作為要求較低的金屬材料最終的熱處理程序;淬火工藝則是將金屬材料加熱并保溫,然后將其浸泡在合適的淬火介質(zhì)當(dāng)中,使其能在最短的時(shí)間內(nèi)完成冷卻。這種熱處理工藝能最大限度上增加該金屬材料的硬度與脆度。在實(shí)際操作中,金屬材料的淬火工藝因材質(zhì)、機(jī)加工工藝等因素的不同,選用的淬火介質(zhì)也各不相同,分別是水、油、有機(jī)水溶液或其他的無(wú)機(jī)鹽類;回火則是將經(jīng)過(guò)淬火的金屬材料重新加熱到低于下臨界溫度Ac1的適當(dāng)溫度,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的保溫處理后,在空氣、水或油等介質(zhì)中進(jìn)行冷卻的金屬材料熱處理工藝。應(yīng)用該工藝能減小或者消除淬火金屬材料中的內(nèi)應(yīng)力,降低其硬度與強(qiáng)度,同時(shí)提高其延展性和柔韌性。在實(shí)際操作中,將淬火和回火工藝相結(jié)合,能顯著提高金屬材料的力學(xué)性能。

四、金屬材料熱處理的新工藝技術(shù)分析

(一)振動(dòng)處理工藝。振動(dòng)處理技術(shù)是一種新穎的金屬材料熱處理工藝技術(shù),是借助振動(dòng)器將動(dòng)壓力與振動(dòng)方向轉(zhuǎn)嫁給金屬材料,使金屬材料在振動(dòng)下抵消自身的內(nèi)應(yīng)力,同時(shí)提高自身的柔韌性和延展性,從而使其結(jié)構(gòu)變得更加穩(wěn)定。這種新處理技術(shù)借助外力的振動(dòng)進(jìn)行金屬材料的處理,易于操作人員的手工操作,生產(chǎn)的效果較好,同時(shí)生產(chǎn)周期較短、能耗較低,因此成本較低,值得推廣。

(二)涂層處理工藝。涂層處理工藝也是金屬材料熱處理的新技術(shù)。這種處理工藝在金屬的表面進(jìn)行涂層處理,減少該金屬與外界的接觸,且不降低其自身的韌性,使其變得更強(qiáng)、更硬、更耐磨、更抗腐蝕。例如,在數(shù)控機(jī)床的刀具上,增添合適的涂層,不但能增強(qiáng)刀具自身的硬度和韌度,還能有效減少加工過(guò)程中摩擦所產(chǎn)生的熱量,從而有效提高數(shù)控機(jī)床刀具的質(zhì)量和性能。

(三)化學(xué)滲透工藝?；瘜W(xué)滲透工藝也是金屬熱處理新穎的技術(shù)之一。這種工藝是在金屬材料的表面涂抹化學(xué)成分,使其滲透到金屬機(jī)體當(dāng)中,改變其表層形態(tài)及相應(yīng)性能。在實(shí)操中,這種處理技術(shù)較為簡(jiǎn)便,變化時(shí)間較短,效果好、成本低,且具有節(jié)能減排的優(yōu)勢(shì)。

(四)激光處理工藝。激光處理工藝也是金屬材料熱處理新穎的技術(shù)之一。這種處理工藝是利用激光技術(shù)對(duì)金屬材料的局部地區(qū)或整體進(jìn)行照射,借助激光的熱傳導(dǎo),改變?cè)摻饘俨牧显械慕Y(jié)構(gòu),具有能量性、集中性和方向性的優(yōu)勢(shì),且控制起來(lái)十分容易,也十分精準(zhǔn),能顯著提高被加工金屬材料表面的硬度,延長(zhǎng)其使用年限,是未來(lái)金屬材料熱加工工藝發(fā)展的重要方向。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述,金屬材料的熱處理工藝技術(shù)十分重要,能改善金屬材料的相關(guān)性能。因此,相關(guān)企業(yè)及科研單位應(yīng)積極探索金屬材料的熱處理工藝技術(shù),在探索中不斷獲得突破,不斷創(chuàng)新其熱處理的工藝技術(shù),從而推動(dòng)我國(guó)金屬材料熱處理行業(yè)的科學(xué)發(fā)展。