合金元素對熱處理性能的影響分析

邵雨萱

（聊城大學季羨林學院，山東 聊城 252000）

在工業(yè)生產中，要不斷提高材料的生產效益，保證其使用的機械性能，就需要選擇科學的材料熱處理生產工藝。在實際的應用中，有效的材料熱處理工藝能夠顯著增強材料的整體性能，提高其力學性能。然而如果使用的熱處理工藝不恰當，不但會影響到整體的金屬材料力學性能難以提高，同時可能對其自身的力學性能造成損害。因此，在相關單位中，為了獲得更好的市場發(fā)展?jié)摿Γ岣呔C合競爭力，就需要加強對金屬材料的研究。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，金屬合金化學元素產生的變化和影響。

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。金屬材料有著很強的可塑性，同時強度高、韌性強，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、結構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度更大，同時其電阻溫度洗系數(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構金屬材料。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、準晶和納米晶金屬材料，以及功能特殊的合金和金屬復合材料，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。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，其性能會產生十分大的差距。金屬材料進行熱處理時，就是將這些工件內部放置到一個加熱介質中，不斷加熱到合適的溫度，然后在這個溫度條件下保持一段特定的時間，采用不同的加熱速度，將金屬材料冷卻在加熱介質中，這樣能夠將金屬材料的結構和其形態(tài)以及表面的狀態(tài)進行改變，從而改變金屬的性能。針對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，直接改變原子組織結構，將其機械性能進行改善。

2.1 金屬材料和熱處理存在的斷裂韌性關系

在工業(yè)生產中，金屬的加工和生產操作常常碰到一些因素，導致其金屬外殼斷裂。在實際的操作實踐中，我們可以使用外力，增強脆性金屬材料的抗裂性能，提高其柔韌性，防止裂紋的產生，也就是通常說的斷裂韌性。在該技術的應用中，主要原理是針對一類金屬，將其中的很多錯位的金屬晶體密度實施錯位轉變，降低其金屬錯位晶體密度，不斷提高材料的使用性能和價值，防止在金屬材料使用中產生斷裂變形的問題，增強其韌性。在進行加工操作中，主要是利用細晶強化對金屬中產生的晶體錯位問題進行解決。在強化金屬熱處理時，要不斷提高晶體高溫強化性能，使得之前的金屬結構能夠強化再結晶，在這個過程中可以使用金屬高溫強化，讓之前的金屬結構能夠滿足一定的強化溫度，保證軸變性晶粒強化將之前的變性晶粒替換掉，在這個強化操作中，通常是發(fā)生在溫度變性強烈的金屬區(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不斷上升，達到最高的溫度點，出現(xiàn)熔化再結晶的現(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晶的重要內容，因此在實際金屬加工過程中，必須要充分重視這點，要獲得激活金屬熱原子，又可以保證其自身可以快速遷移，就需要對金屬進行加熱，在其達到一定溫度之后，就能夠保證實現(xiàn)結晶。

2.2 金屬材料和熱處理存在的腐蝕關系

金屬材料產生的應力腐蝕直接影響到其使用的性能，因此必須要充分重視。金屬應力腐蝕的因素是在腐蝕性環(huán)境下，在金屬拉伸時產生了很大的應力問題，造成腐蝕金屬可能因為脆弱出現(xiàn)脆性斷裂。在進行金屬材料焊接過程中，其自身會出現(xiàn)一些應力殘余應力，這些力的改變容易導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行加熱，在會后快速冷卻，其自身的內部組織結構會產生變化。針對金屬材料的外層，采用高溫熱處理過程中，其不同部位和總體的體積都會產生各個不相同的應力，這也是因為金屬材料中的組織結構應力不同和內外層中的殘余材料應力不同造成的。因此，在對金屬進行熱處理時，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力，獲得金屬淬火之后的質量。因此，在工作人員進行熱處理操作中，必須要掌握金屬的冷卻速度，避免金屬應力的增加，從而不斷增強金屬材料使用的性能。

3 合金元素對熱處理的影響

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，加速奧氏體快速轉變的加熱能力，幫助合金鐵素體快速熔化，之后再次結晶加熱。這可以讓合金碳化物高效聚集同時長大，并且能夠保證強的耐熱彌散度，增強合金回火的抵抗力，增強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性能，在高度滲碳不銹鋼中進行鉻的還原，能夠快速產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耐磨性大大增強。在進行熱處理操作中，含鉻優(yōu)質彈簧復合鋼很難出現(xiàn)脫碳。同時，鉻鉬鋼可以顯著增強機械工具中鋼使用的強度性能和硬性性能，提高其耐磨性，獲得很好的穩(wěn)定性能和回火性能。

3.2 產生二次硬化

在很多優(yōu)質鋼材中，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，其溫度變化是在達到某個臨界值之后，一般是400℃，其硬度才能夠單調提高，同時在另外一個回火溫度中，實現(xiàn)最大的回火峰值，這也是在回火操作中產生的二次冷熱硬化原理，和回火操作中析出物的性質息息相關。鉻鋼可以顯著提高硬化鋼腐蝕淬透性，同時實現(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，同時不會讓高碳鋼變得十分脆。如果碳含量濃度大于12%，應用的鋼材就擁有低溫耐化學氧化性并保持較高的高溫化學抗氧化性，擁有耐腐蝕和防銹的效果。同時，能夠不斷增強不銹鋼熱強性，鉻也是不同品種不銹耐酸防腐鋼和各個不銹耐熱鋼的重要的組成。

3.3 對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散，使得其他奧氏體合金產生碳的效率大大降低。但是針對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散的效率，加速奧氏體分子的產生。Al、Si、Mn等金屬合金中的元素對整個奧氏體系的形成物在速度上的影響不大。

4 結束語

綜上所述，在當前的金屬生產制造過程中，新型的技術對工藝研究提出了更高的要求。在金屬材料和熱處理工藝中，有著息息相關的作用，因此在選擇熱處理工藝時，必須要和金屬材料性能特點結合起來，關注其二者的相關性，同時金屬材料內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，在進行工藝技術的具體實踐應用中，要在成本一定的情況下提高材料的質量和機械性能，就需要科學地選擇熱處理工藝。在生產操作中，使用正確熱處理工藝能夠顯著增強一些材料的機械性能，改善其特性。但是如果選擇的熱處理方式不科學，不但不會增強材料機械性能，同時會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用獲得良好的效果，就需要精準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系，將其中的聯(lián)系和密切性進行確認，從而更加全面地掌握金屬熱處理的技術，不斷增強各種金屬和零件的生產工藝和制造水平，提高產品質量，推動我國工業(yè)生產和發(fā)展的進步。