金属材料热处理过程及工艺研究

2019-07-12

探索科学(学术版) 2019年11期

西宁特殊钢股份有限公司青海西宁 810005

前言

改革开放以来,在我国社会经济快速发展的同时,科学技术的研发也获得了突飞猛进,极大地促进了我国工业化的发展进程。在这样的背景下,相关行业对金属材料的需求及性能要求也越来越高。而且,在科学技术的支持下,我国金属材料的热处理工艺技术水平不断提升,使得金属材料各方面的性能越来越理想。更好地保障了我国的工业生产和发展,并更好地践行了节能减排的绿色发展。

一、金属材料热处理工艺的发展历程简析

众所周知,金属材料主要是由铁元素组成,为了提高金属材料的硬度、强度、耐磨性及抗疲劳性,加工企业会通过淬火处理的工艺为其增添不同的元素,以提高其各项性能,获得理想的金属材料。

金属材料的热处理具有悠久的历史,工业革命以来,特别是近代以来,金属材料的热处理工艺技术更新发展的速度越来越快,先后经历了转筒炉气体渗碳、应用露点电位差计、二氧化碳红外仪、氧探头实现炉内可控碳势等热处理工艺技术。此外,等离子场、激光以及电子束等现代化科技手段也逐渐应用在金属材料的热处理工艺当中,为金属材料的表面热处理、化学热处理等工艺提供了强大的技术支撑。

二、金属材料的热处理过程分析

在金属材料进行淬火处理的过程中,根据控制温度的不同,其热处理工艺可以分为加热、保温和冷却这三个过程。其中加热环节是对金属材料进行热处理工艺的第一个步骤。就我国而言,历史上最早的金属热处理工艺加热环节主要是利用木炭作为热源,后阿狸又发展到利用煤炭作为热源。随着现代能源产业的发展,在金属热处理加热环节,逐渐开始运用液体及气体燃料;而随着电力技术的广发应用,金属材料的热处理加热工序也发生了较大的变革,等离子场、激光以及电子束等现代化科技手段逐渐成为加热工序重要的手段;保温工序是金属材料热处理中重要的一环,时金属材料加热到一定温度后,在一定时间内将该金属材料的内外温保持一致,使其结构和性能能够得到相应的转变。但很多时候,很多金属材料需要的保温时间极短,甚至根本不需要保温工序;冷却工序也是金属材料热处理工艺重要的环节。在实际操作中,不同的金属材料在不同热处理工艺下,冷却的方式和速度具有极大的差异。

三、金属材料热处理常用的基本工艺分析

在金属材料热处理过程中,常用的基本工艺是退火、正火、淬火和回火。其中,退火工艺就是将金属材料加热到预设温度值后,对其进行缓慢冷却处理,使其内部的组织结构能够达到或接近平衡的状态。这种工艺能降低金属材料的硬度,并消除其内应力,从而提高其可塑性增强塑性,便于后续加工工艺的顺利进行;正火工艺则是将金属材料加热到一定温度后,在一定时间内完成冷却的热处理工艺。在金属材料热处理过程中,运用正火工艺进行铸造、锻压加工,能促进中、低碳钢的组织细化。很多加工企业往往都是以正火工艺作为要求较低的金属材料最终的热处理程序;淬火工艺则是将金属材料加热并保温,然后将其浸泡在合适的淬火介质当中,使其能在最短的时间内完成冷却。这种热处理工艺能最大限度上增加该金属材料的硬度与脆度。在实际操作中,金属材料的淬火工艺因材质、机加工工艺等因素的不同,选用的淬火介质也各不相同,分别是水、油、有机水溶液或其他的无机盐类;回火则是将经过淬火的金属材料重新加热到低于下临界温度Ac1的适当温度,经过一段时间的保温处理后,在空气、水或油等介质中进行冷却的金属材料热处理工艺。应用该工艺能减小或者消除淬火金属材料中的内应力,降低其硬度与强度,同时提高其延展性和柔韧性。在实际操作中,将淬火和回火工艺相结合,能显著提高金属材料的力学性能。

四、金属材料热处理的新工艺技术分析

(一)振动处理工艺。振动处理技术是一种新颖的金属材料热处理工艺技术,是借助振动器将动压力与振动方向转嫁给金属材料,使金属材料在振动下抵消自身的内应力,同时提高自身的柔韧性和延展性,从而使其结构变得更加稳定。这种新处理技术借助外力的振动进行金属材料的处理,易于操作人员的手工操作,生产的效果较好,同时生产周期较短、能耗较低,因此成本较低,值得推广。

(二)涂层处理工艺。涂层处理工艺也是金属材料热处理的新技术。这种处理工艺在金属的表面进行涂层处理,减少该金属与外界的接触,且不降低其自身的韧性,使其变得更强、更硬、更耐磨、更抗腐蚀。例如,在数控机床的刀具上,增添合适的涂层,不但能增强刀具自身的硬度和韧度,还能有效减少加工过程中摩擦所产生的热量,从而有效提高数控机床刀具的质量和性能。

(三)化学渗透工艺。化学渗透工艺也是金属热处理新颖的技术之一。这种工艺是在金属材料的表面涂抹化学成分,使其渗透到金属机体当中,改变其表层形态及相应性能。在实操中,这种处理技术较为简便,变化时间较短,效果好、成本低,且具有节能减排的优势。

(四)激光处理工艺。激光处理工艺也是金属材料热处理新颖的技术之一。这种处理工艺是利用激光技术对金属材料的局部地区或整体进行照射,借助激光的热传导,改变该金属材料原有的结构,具有能量性、集中性和方向性的优势,且控制起来十分容易,也十分精准,能显著提高被加工金属材料表面的硬度,延长其使用年限,是未来金属材料热加工工艺发展的重要方向。