金属材料热处理新技术研究

方锐 许伟 李瑞凯

摘要：本文介绍了金属材料的三种类别、两种特性以及金属材料热处理的三个环节和六个新技术。金属材料包含黑色金属、有色金属、特种金属，具有耐久性和疲劳性，在热处理中需要依次进行加热、保温和冷却，热处理的新技术有激光热处理技术、CAD技术、化学薄层渗透热处理技术、振动时效处理技术、真空热处理技术和超硬土层处理技术。

关键词：金属材料；热处理；新技术

前言：金属材料的特性主要包括耐久性和疲劳性。对于金属的耐久性来说，金属材料的耐久性决定了金属抗击打、抗腐蚀、抗变形、抗磨损的能力，由此可见，金属材料的耐久性实质上就是金属材料的强度、刚度、韧性等综合性能。对于金属的疲劳性来说，在金属加工环节使用恰当的热处理技术可以让金属材料具有更强大的性能。

1金属材料的类别、特性、热处理流程

1.1金属材料的类别

第一，黑色金属材料是一种比较常见的钢铁材料，例如，碳元素成分在0.218%-2.11%范围内的钢、碳元素成分超过2.11%的铸铁、工业生产的纯铁，这些金属材料都属于黑色金属，如果从更广泛的层面来看，锰和锘也属于黑色金属材料的范畴。第二，有色金属材料范围较广，不包含铁、锰、锘的其他金属和对应的合金都可以算作有色金，较高的强度和硬度是有色金属最大的优点。有色金属还可以进一步细分成不同的金属类别，如重金属等。第三，特种金属材料有着固定的功能和特别的使用方向，特种金属可以根据功能和结构进行划分，特种金属材料主要运用了纳米技术，该技术的应用可以全面增强金属材料的各方面性能，性能更强大的金属材料可以满足不同行业的需要。

1.2金属材料的特性

对于金属的耐久性来说，金属材料一直受到腐蚀或撞击会让材料表面出现裂缝，金属材料的耐久性决定着金属对环境影响的抵抗能力，如抗腐蚀能力和抗氧化能力等，金属材料的耐久性决定着金属材料的抗击打能力和其他的物理性能，金属材料的综合性取决于热处理技术的应用效果，也就是热处理应力，所以要对热处理应力进行控制，避免热处理剩余应力影响耐久性。

金属材料的疲劳性具体是说金属材料持续受到不同强度荷载的影响，表面未发现变形问题却突然间裂开的情况，突然裂开的情况与金属材料实际的强度和刚度无关，而是受到疲劳性的影响^[1]。有很多金属材料的零件或轴承在长时间的运转和使用中突然出现故障，无法继续使用，基本都与金属材料的疲劳性有关，这也是很多机械设备老化需要及时更换的原因。如果金属材料的温度在加工期间迅速降低，金属材料将会在温度应力的作用下形成裂缝，所以要在加工中控制好热处理的温度，避免温度骤升骤降，要让金属材料在合适的温度环境下进行加工，通过增强金属材料的疲劳性减少金属在加工和热处理中的损坏。

1.3金属材料的热处理流程

金属材料热处理需要经过加热环节、保温环节、冷却环节。加热环节是热处理整体工序中最基础的过程，现阶段的金属热处理往往会用真空热处理来代替传统热处理中燃烧加热的方法。热处理人员要密切注意保温环节的保温时间，恰当的保温时间能够让金属持续发生反应。金属热处理的冷却环节是加热、保温后的重要环节，不同的冷却时间和冷却速度会形成不同质量和性能的金属材料。

2金属材料热处理的新技术

2.1激光热处理

金属材料热处理的方法包含激光热处理技术，激光热处理技术主要运用了高能量激光束，这种激光束有着相当高的热量和非常强大的穿透能力，如果将激光照射在金属的表面，金属材料就会在高热量的作用下迅速升温，当金属达到相变点的时候，就完成了金属的热处理。这种热处理技术有着激光束较密集的特点，使用时需要较大的功率。经过激光热处理的金属材料具有更高的强度和硬度，能够有效避免金属表面受到磨损，激光热处理技术在重工行业的金属热处理中有着较为广泛的应用。

2.2 CAD热处理

CAD热处理技术主要使用了计算机来构建金属热处理的模拟系统，通过模拟系统对金属热处理过程进行模拟，能够让工作人员更好地掌握金属的热处理过程和分析金属的变化情况，还能帮助工作人员快速找出金属热处理中的不足之处，避免实际处理时发生其他问题。CAD热处理技术可以结合信息技术更快速地对热处理过程中的数据进行计算，并且能够精准地将仿真模拟中金属材料的形状和性能呈现出来，有效防止金属在热处理时出现变形问题。具体使用CAD技术的时候要保证金属热处理模拟的每一个工序流程都足够完整和细致，工作人员要及时发现模拟过程中的问题，对现实热处理工序中的对应部分进行优化设计。

2.3化学薄层渗透热处理

化学薄层渗透热处理技术主要运用了化学反应，金属材料可以在化学反应的过程中逐渐完成热处理。化学反应的优点就是能够渗透到金属薄层中，让金属的热处理更加充分。经过化学反应的金属具有更强的韧性和强度。与过去简单的燃料加热处理方式相比，化学薄层渗透热处理具有更低的能耗和更高的热处理效率，重工行业和其他行业都可以利用化学薄层渗透技术对金属材料进行热处理。

2.4振动时效处理

金属材料在加工的时候会形成非常大的振动，而金属材料的振动会对热处理的效果产生不利的影响，有必要对金属加工中的振动情况进行控制。振动时效处理技术能够减轻振动带来的影响，让金属材料在加工时不会因为振动而发生位移的问题或是错位的问题，避免金属材料因为位移发生质量问题。振动时效处理技术主要是在金属材料加工时对相应的机械设备进行控制，避免振动幅度过大影响金属材料加工的精确度，通过振动情况的控制保证金属材料的质量。

2.5真空热处理

真空热处理能够弥补传统热处理方法的弊端，燃料加热需要充足的氧气，金属材料在氧气的影响下会出现氧化反应，金属表面发生氧化反应后就会使自身的性能和质量受到影响，真空热处理技术能够解决燃料加热和有氧环境的问题。真空热处理技术可以让金属材料在无氧真空的环境下完成热处理过程，不会让金属材料受到氧化作用的影响^[2]。真空热处理还可以让原本的低压渗透材料快速被处理，不必经过其他复杂的处理工序就能直接完成高压气淬，这种处理技术还不会产生过多的有毒有害气体，通过真空热处理技术的使用让金属材料热处理更加经济、高效、环保。

2.6超硬涂层处理

超硬涂层热处理技术是金属材料热处理技术中比较常用的一种技术手段，经过超硬涂层技术处理后的金属材料表面有着更高的硬度，硬度的提高会增加金属材料的质量和使用寿命，超硬涂层技术还可以全面提高金属材料的性能。使用该技术进行金属热处理还要用到电子计算机，通过电子计算机全面监控金属材料热处理过程，使金属材料的加工过程得到有效控制。

结论：综上所述，金属材料热处理技术在优化、发展和创新中形成了很多新的技术手段，使用新的热处理技术可以保证金属材料的各项性能，金属材料各项性能的强化是金属热处理的主要目标，使用恰当的金属热处理技术可以节省热处理成本、加强热处理效果、提高金属综合性能，金属材料性能的提升能够推动工业安全生产和稳定发展，让各种金属材料在工业生产中发挥更大的作用。

参考文献：

[1]马飞,强歆,于媛.金属材料热处理工艺与技术分析[J].粘接,2021,46(06):17-20+52.

[2]薛勇.金属材料热处理工艺以及技术发展趋势探索[J].设备管理与维修,2021(06):75-76.