1 金属材料的种类与性能
现阶段所使用的金属材料主要具有两种性能,就是使用性能和工艺性能。使用性能就是在使用机械零件的过程中,金属材料发挥出来的性能,包括化学性能、物理性能、力学性能等。在荷载的作用下,金属材料抵抗破坏的性能即力学性能,有时也被叫做机械性能。金属材料的选材和设计都需要以力学性能为主要依据。外加荷载性质不同,如循环荷载、冲击、压缩、扭转、拉伸等,将对金属材料的力学性能提出不同的要求。常用的力学性能包括疲劳极限、冲击韧性、多次冲击抗力、硬度、塑性、强度等。所谓工艺性能就是在加工机械零件时,金属材料在不同的加工条件下发挥出来的性能。金属材料工艺性能直接影响金属在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同,也会有不同的工艺性能要求,如切削加工性、可锻性、热处理性能、可焊性和铸造性能等。在研究与分析金属材料性能的过程中,研究与分析的性能指标主要有 3 个。
(1)硬度。就是金属材料的抗击能力,是金属材料的关键特性之一。金属材料拥有较高的硬度时,其抗击性能更强,拥有更广的应用范围。
(2)耐久性。
金属材料的耐久性与其遭受腐蚀的情况有关。在使用金属材料的过程中,必然会有腐蚀情况存在,只是程度
有所不同,包括缝隙与应力多种腐蚀情形。一般来说,金属材料遭受越低程度的腐蚀,其具有耐久性就越突出。
(3)疲劳性。在遭受持续应力的条件下,金属材料就会发生异常断裂,这就是金属材料自身的疲劳性特征。虽然材料所承受的应力没有超过其最高负荷程度,但如果持续得时间较长,仍然会出现断裂情况。
2 金属材料性能与热处理技术的关系
2.1 金属耐久性与热处理应力
在应用过程中,如果金属材料在较长的时间内持续遭受外力,或者在较长的时间内处于易腐蚀的环境中,就会有开裂或者其他变化产生,所以研究金属耐久性与热处理应力之间的关系非常有意义。在实际热处理金属材料时,热处理应力及大小会对金属材料自身的耐久性产生很大影响,在这种条件下,只有尽量缩小各种热处理剩余应力对金属材料的影响,才能使金属材料的质量和耐久性得到更好的提升。
2.2 金属材料疲劳性与热处理温度
在加工处理金属材料时,科学利用整体加工过程与热处理技术,可以在很大程度上提升金属产品的性能以及质量。在实际加工过程中,一旦在短时间快速冷却,金属材料可能因为受到过大的应力而出现断裂情况。为有效预防这类现象,在加工金属材料时工作人员应合理控制热处理温度,在合理范围内不断调整温度、找出温度的最佳值,使金属材料拥有更好的疲劳性。
3 影响热处理变形的因素及优化措施
3.1 影响热处理变形的因素
实际工业生产中会利用各种各样的热处理工艺,如淬火、正火、回火、退火等,热作用是他们共同的基本过程,均是由 3 个阶段组成,分别为加热、保温和冷却。在实际生产中,可以通过热处理周期、保温时间、冷却速度、加热速度、加热温度、保温时间等参数对整个工艺过程进行描述。在开展热处理工艺时,需要形式多样的加热炉进行使用,关键的技术热处理工作也都是在这些加热炉中开展(如基本热处理中的回火、淬火、退火,化学热处理的去氧、渗铝、去氢或渗铬、渗氨、渗碳等)。所以,在进行热处理工艺时,需要严格控制加热炉内的温度,并高度重视温度测量工作。在热处理工艺的相关规范中,对温度的要求非常严格,如果温度测量的精准度缺乏,就无法保证有效的落实热处理工艺规范,这会在不同程度上降低产品质量。精准的测量与控制温度能有效保障热处理工艺的质量,减少金属材料的热处理变形。
3.2 减少热处理变形的措施
(1)保证加热次序和冷却次序的合理性。针对不同零件的结构特点,有针对性地规划零件的热处理顺序,能在一定程度上减少热处理变形,在相互作用下抵消各部分热处理导致的变形,最终达到减小变形的目的。
(2)预备热处理。
正火硬度过高、魏氏组织、大量索氏体或混晶都会提升内孔变形,所以通过等温淬火或控温正火来对锻件进行处理。
(3)利用合理的冷却方法。在影响变形的各种因素中金属淬火后冷却过程也是非常重要的内容,与冷油淬火相比,热油淬火能更有效地控制变形,一般采用 100 ℃±20 ℃的温度。变形情况也会因为油的冷却能力而产生变化,同时也会受到淬火油的搅拌速度与方式的影响。金属热处理的冷却速度较快,如果不能均匀地进行冷却,将会产生与冷却不均匀程度成正比的应力,产生更大程度的产品变形。
4 热处理工艺及技术
4.1 常用的热处理工艺金属热处理的常用工艺包括退火、正火、淬火以及回火。其中退火就是加热材料至能够引起内部结构变化的临界温度,然后再进行随炉冷却。正火也是相似的过程,只不过正火的冷却是在空气中进行,能够缩短冷却时间,进而取得更高的生产效率。淬火与退火、正火不同,需要在一定时间内保温经过加热的材料,然后利用油或者水使其尽快冷却,经过这种方法加工的金属拥有较高的硬度以及脆性,还会有淬火应力在金属材料内部形成,这种应力会导致金属开裂,所以在实际应用时还应该与回火处理相配合。回火处理就是将淬火处理完的金属再次加热至临界温度,并且进行空气冷却。
4.2 特殊的热处理工艺
(1)激光热处理技术。近年来,激光依靠其穿透性强、亮度高的特点获得了十分广泛的应用。在金属热处理技术中,在处理一些拥有较高硬度的金属材料时,利用激光技术能够很好的完成相应的工作。在实际应用中,大多情况下人们都是借助计算机来控制激光热处理过程,从而使其拥有更高的自动化程度,使处理效率得到有效提升。
(2)真空热处理技术。
在处理金属材料方面,真空热处理技
术也得到了广泛应用。它主要是通过真空环境对金属进行热处理,高效率的特点突出,所以在节约时间成本方面优势突出。另外,利用这种技术能有效控制加工过程中的有毒废气,有较好的环保效果。
(3)薄层渗透化学处理技术。这一技术是利用化学处理对金属材料进行加工,从而对金属材料进行薄层渗透,使材料拥有更高的韧性。由于该技术只能完成材料表面薄层的渗透,不仅能提升金属材料性能,还能提升处理效率。
(4)超硬涂层技术。在现阶段的金属材料热处理中,超硬涂层技术的应用非常广泛。利用该技术能在很大程度上提升金属表面的硬度,进而延长材料的使用时间。另外,该技术可以使材料拥有更高的整体性能,从而优化材料的利用效果。在现阶段利用超硬涂层技术时,需要电子计算机的辅助。该技术对材料加工具有更好的监控效果,能够有效提高最终的处理效果。
5 结束语
综上所述,基于我国可持续发展理念,对金属材料热处理节
能技术进行推广和宣传,能够取得更好的生产质量、更高的生产效率,从而实现节能减排的目的。所以,在应用热处理节能技术时,应该转变传统观念,树立节能与环保的观念。根据企业的实际情况,合理利用金属材料热处理节能技术,一方面能够降低企业能源开支,另一方面使企业取得更高的经济效益。另外,还应该加强传统技术与现代化技术之间的结合,提升科技水平,促进我国热处理行业可持续发展。
参考文献:
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