金屬熱處理在材料成型工藝中的應用解析

石禮煜

摘要：隨著經(jīng)濟建設的不斷推進，我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)進入了快步發(fā)展的階段，對國家核心競爭力的提升有著重大的影響。金屬熱處理是機械加工制造的重要技術(shù)之一，能夠改進金屬的結(jié)構(gòu)、性能，確保產(chǎn)品的成型效果良好， 為后續(xù)各項生產(chǎn)活動的高效進行打下基礎。由此可知，金屬熱處理在材料成型工藝中起到極為關(guān)鍵的作用，對具體的應用措施及方法做出研究十分有必要，本文從多個角度對此展開分析和論述，供給行業(yè)人員參考，以期能為推進我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展貢獻綿薄之力。

關(guān)鍵詞：金屬熱處理;材料成型工藝;應用;基本特征;溫度

引言

以金屬材料打造工具這一 舉措在我國有著悠久的歷史，我國對金屬材料特性的認識遠遠領(lǐng)先于西方國家，熱處理技術(shù)的發(fā)展起步較早。自改革開放以來，國家大力建設經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)，人類生產(chǎn)生活對金屬材料的需求與日俱增，為金屬制造業(yè)、鋼鐵產(chǎn)業(yè)、冶金業(yè)的迅猛發(fā)展提供了相當大的推力，而金屬熱處理技術(shù)也在這一背景下得到了進一步的完善和升級，應用效果非凡。研究金屬熱處理在材料成型工藝中的有效應用，是促進產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)化的關(guān)鍵途徑，對推動我國工業(yè)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展有著重要的意義。

1金屬材料的認識

1.1基本特征

當下市場上出現(xiàn)最多的金屬材料有鐵、銅、鋁，但銷售量最高的金屬產(chǎn)品多為金屬材料的合金。通過分析可以得知，單一的金屬材料往往具有一定的缺陷，如鐵的硬度較高，但延展性并不理想?；诋斀袷袌龅亩嘣枨?，金屬合金得以廣泛運用。

1.2結(jié)構(gòu)組織

金屬材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)特征包括以下兩個部分：一是純金屬內(nèi)固有的原子結(jié)構(gòu);二是由多種金屬材料混合而成的特殊原子結(jié)構(gòu)。當然，若金屬材料與其他物質(zhì)產(chǎn)生混合反應，同樣會形成具有特殊排列結(jié)構(gòu)的合金產(chǎn)品。正是因為這些差異化的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使金屬材料具有不同的硬度、抗腐蝕性和耐久性。

2金屬熱處理

在金屬熱處理中，需要將金屬材料置于某種特殊的介質(zhì)當中進行加熱，受到溫度的影響，金屬材料的原子排列結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一定的變化，經(jīng)過一段時間的保存之后，將受熱之后的金屬材料放置于另一種介質(zhì)當中進行冷卻處理，從而改變金屬的屬性。結(jié)合實踐可以得知，金屬熱處理是一個相當復雜的工藝流程，對溫度、介質(zhì)環(huán)境有著極為嚴格的要求，同時也需要控制好內(nèi)外因素對整個操作過程的影響，否則必將導致金屬產(chǎn)品的性能降低。針對這一點 ，必須采用足夠?qū)I(yè)化、標準化的熱處理工藝來開展實踐工作，將作業(yè)誤差限定在可控的范圍之內(nèi)，確保產(chǎn)品的品質(zhì)和性能良好。

3金屬熱處理在材料成型工藝中的應用解析

3.1切削工藝處理

在工業(yè)生產(chǎn)中，部分金屬需要具有差異性的特性，這就需要采用切削工藝對金屬材料進行加工處理，保證金屬經(jīng)過熱處理之后保留一定的切削性能和熱性能。需要注意的是，若切削處理的環(huán)境存在問題， 同樣會影響到產(chǎn)品的實用性能。正如上文所述，不同的金屬材料在硬度、結(jié)構(gòu)等方面存在明顯的差異，所以需要在切削加工期間對切削角度做出最為合理的選擇。與此同時，應控制好切削的時間，避免時間過長致使刀口形成積屑瘤，出現(xiàn)粘刀的問題。針對這種情況，目前經(jīng)常采用正火處理的方法來進行控制，其在鋁合金加工中的應用頻率最高，通過對金屬材料做出配合固溶的處理來優(yōu)化鋁合金的整體性能，均衡內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，提升產(chǎn)品的精度。

3.2切邊橫量控制

切邊橫量作為金屬材料力學中的重要一項，關(guān)系到材料的物理性能，具體指的是彈性變形比例中應變與切應力的比例。經(jīng)過熱處理之后，金屬材料的物理性能會發(fā)生相應的改變，有效控制材料抵抗切應變的能力，達到重構(gòu)性能的目的。在此基礎上，采采用切邊模量處理來加工金屬材料，可以進一步提升材料的品質(zhì)。通過分析金屬熱處理的成型工藝，發(fā)現(xiàn)目前關(guān)于切邊橫量的計算仍以傳統(tǒng)方式為主，對彈簧的形變量缺乏精準的設計和計算，致使后期使用階段出現(xiàn)較大的問題，影響到金屬材料的彈性模量。另外，經(jīng)過熱處理之后的彈簧受到大小不一的彈性模量的影響，原子之間的結(jié)合力、成分、組織和溫度也會發(fā)生一定的變化。想要避免以上問題的發(fā)生，必須優(yōu)先考慮彈簧本身所帶有的彈性誤差，同時對處理環(huán)境、荷載、彈簧特性等做出科學設計。

3.3應力腐蝕控制

應力腐蝕是金屬成型期間的一種常見現(xiàn)象，需要工作人員加以控制。若出現(xiàn)應力腐蝕開裂的問題，必將對金屬材料的性能造成負面影響。根據(jù)多年工作經(jīng)驗發(fā)現(xiàn)，應力腐蝕最關(guān)鍵的影響因素為環(huán)境，金屬材料的拉伸應力與斷裂幾率呈正比例關(guān)系，應力越大，脆性斷裂的幾率越高，在金屬焊接期間的尤為常見。在焊接過程中，工藝所帶來的殘余應力會導致金屬性能發(fā)生相應的變化，經(jīng)過高溫加熱和冷卻之后，內(nèi)外溫差也會使金屬材料的體積、性能產(chǎn)生變化，引發(fā)金屬應力腐蝕的情況。針對以上問題， 需要嚴格控制殘余應力、冷卻溫度對整個材料成型處理過程的影響，提升金屬性能。

3.4控制溫度與斷裂韌性之間的關(guān)系

在對金屬材料進行熱處理的階段，部分帶有金屬裂紋的材料會主動抵抗裂紋的產(chǎn)生和延伸，這種現(xiàn)象即為斷裂韌性。通常情況下，斷裂韌性與金屬本身的穩(wěn)定性優(yōu)劣存在著密不可分的關(guān)系。根據(jù)這一思路，可通過控制位錯性能達到提高斷裂韌性的目的，具體以縮短位錯距離、提升密度為基礎，優(yōu)化金屬材料的細晶排列結(jié)構(gòu)，確保處理效果良好。在整合處理環(huán)節(jié)中，熱處理是塑造金屬晶體排列規(guī)律的一個重要環(huán)節(jié)， 在熱效應的作用之下，晶體會產(chǎn)生比較劇烈的運動，當溫度到達某一臨界點，金屬的局部錯位密度就發(fā)生反應，產(chǎn)生形變?；谶@一特性，需要工作人員控制好金屬熱處理期間的技術(shù)和溫度，使其順利完成內(nèi)部結(jié)構(gòu)的裂變和聚變，形成良好晶體結(jié)構(gòu)。

結(jié)語

綜上所述，金屬熱處理是金屬材料成型工藝的重要內(nèi)容之一，其效果直接影響到金屬產(chǎn)品的性能和精度。在實踐中，需要控制好切削工藝、切邊橫量、應力腐蝕、溫度與斷裂韌性對金屬成型處理的影響，確保產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形態(tài)的完整無誤。

參考文獻

[1]張潔溪，方雅，王璇.探究金屬材料熱處理的影響因素[J].科技與創(chuàng)新，2020（21）：60-61.

[2]高晶.金屬材料先進熱處理工藝及設備的若干思考[J].鍛壓裝備與制造技術(shù)，2020，55（04）：132-134.

[3]王錦波.金屬材料和熱處理工藝的相關(guān)性[J].世界有色金屬，2020（12）：134-135.

（青島工學院 機電工程學院?山東?266000）