浅谈机械制造中金属的热处理工艺

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摘要：随着现代工业技术的发展与进步，在生产制造中对金属零件的质量要求也相应提高。热处理工艺在机械制造中具有非常重要的应用，随着社会的发展，我们对热处理工艺提出了越来越高的要求。本文结合笔者多年工作经验，就机械制造中金属的热处理工艺展开了简要的分析与探讨。

关键词：机械制造；金属；热处理工艺

中图分类号： TH14 文献标识码： A

前言

金属热处理作为制造业中非常重要的工艺之一，往往是金属加工过程中不可或缺的工艺环节。由于热处理一般不改变工件的形状和整体的化学组成，只是通过改变工件内部的显微组织结构等来改善工件的内在质量，因此它具有其他工艺无法比拟的优势。据不完全统计，在汽车、拖拉机、机床等制造中，需要热处理的金属零件多达70%～80%，而在模具和滚动轴承中，金属热处理基本上达到了100%。因此它越发受到了人们的关注，在石油化工、航空航天、汽车制造业等发挥着重要的作用。

一、真空热处理

真空热处理是指在低于一个大气压的环境中进行的热处理工艺，它是真空技术与热处理技术相结合的一种新型的热处理技术。它可以实现其他常规热处理工艺过程所涉及到的过程，但是其热效果的质量得到大幅度的提高，被视为一种具有潜在巨大应用价值的金属热处理工艺。

真空热处理中所谓真空度一般是在10-1～10-2Pa，在真空介质中将工件加热到所需要的温度，然后在不同介质中以不同冷却速度进行冷却的一种热处理方法。对于真空度的选择，并不是越高越好，而是要根据金属工件以及热处理整个体系来综合考虑,真空炉的示意图。对于大部分低合金结构钢、合金工具钢等的淬火加热，真空度一般选用1.33-13.3Pa；而高合金钢的高温回火，真空度则一般选用1.33×10-2Pa；对于高速钢等的淬火加热，我们需要考虑元素的蒸发效应和工件之间的相互作用，一般选用的真空度为6.67×105Pa的高纯氮。

真空热处理可以实现无氧化、无脱碳、无渗碳等效果，另外还可以去掉金属工件表面的磷屑，能够达到表面光亮净化的效果，因此近年来其应用范围也越来越广，从真空退火的应用延伸到真空渗碳等应用方面。

随着热处理工艺的不断发展，真空化学热处理的应用也越来越受到重视，真空化学热处理方法能有效的提高金属工件的各项综合性能。在真空化学热处理方法中以真空渗碳工艺较为经典，它是在真空淬火和高温渗碳的基础上发展起来的一种新的热处理工艺。它具有渗碳时间短、作业条件好等优点，有着极为广泛的应用前景。

二、液氨介质容器的热处理

在国家制定的相关标准中规定“对具有盈利腐蚀的容器进行图样注明，例如盛放液氨以及液化石油气等的容器”。对于这句话，可以作如下的解释:有的液氨容器需要进行热处理，而有的液氨容器根本就不需要进行热处理，具体是否需要进行热处理，其关键的判断条件是看这些容器是否存在应力腐蚀。如果容器确认有应力腐蚀，就需要对其进行热处理，而如果容器不具有应力腐蚀，那么就不需要进行热处理。

三、复合板容器的热处理

对复合板容器进行焊后热处理这一问题是非常需要慎重对待的。从原则上来看，对于比基层材料，如果一定要进行焊后的热处理，那么由复合板制造的容器同样也应该进行焊接之后的热处理问题。但是，在尚未进行热处理的时候，就应该提前考虑到热处理对符合材料的有关力学性能的具体影响程度，在此同时，也要考虑材料的耐腐蚀性能受热处理影响的具体程度。如果压力容器是由不锈钢复合板材料制成的，在热处理之后，那么对于复层材料以及焊接接头就会产生很大的影响，使材料出现碳化析出，情况更为严重的时候，会形成σ相，进而就会从一定程度上损害复层性能，尤其会对其耐腐蚀性能以及力学性能具有很大的损害。因此，如果容器是由不锈钢制造的，一定要对其焊接之后的热处理问题进行很好的处理。在对容器进行焊接之后额热处理制定相关的工艺时，热处理对材料的要求标准问题必须要充分考虑，同时液也要充分地考虑材料耐腐蚀性能受热处理的影响程度，在特殊情况下，就需要选用最符合标准的复层材料。

四、代用材料的热处理

在进行具体的生产过程中，某些符合设计要求的材料，制造企业往往一时购买不到，经常会代用一些其他厚度的材料，具体有以厚代薄，或者是以薄代厚等。特别是对于用厚材料代替薄材料时，就需要充分地考虑代用材料是否符合热处理问题。而对于中温成型或者是冷成型的受压元件，如果符合以下条件中的其中一个，就需要在其成型之后进行热处理:碳钢、厚度不低于圆筒内径3%；其它的低合金钢、厚度不小于圆筒内径的2.5%。

五、形变热处理

形变热处理工艺，作为一种新型的热处理工艺方式，是在形变强化和热处理强化基础上发展起来的。人们在生产研究过程中发现，当金属工件在同时受到形变和相变时，奥氏体晶粒发生细化，位错密度提高，晶界发生畸变，能够达到单一形变或者单一相变所不能达到的综合强韧化的效果。

形变热处理工艺，作为一种新型的热处理工艺方式，是在形变强化和热处理强化基础上发展起来的。人们在生产研究过程中发现，当金属工件在同时受到形变和相变时，奥氏体晶粒发生细化，位错密度提高，晶界发生畸变，能够达到单一形变或者单一相变所不能达到的综合强韧化的效果。

（1）相变前形变的形变热处理

高温形变淬火工艺是先将钢加热到奥氏体（A）稳定区进行形变，随后采取淬火以获得马氏体组织。高温形变淬火后再于适当的温度回火，可以获得很高的强韧性，其强度一般可以提高15-35%，塑性可以提高35-50%，而冲击韧性则可以大幅度的增长，其抗脆断能力也较高。

（2）相变中形变的形变热处理

相变中形变热处理中较经典的方式主要有等温形变处理和马氏体相变中进行形变的形变热处理。下面以马氏体相变中的形变热处理为例来阐述其应用。

1、让金属工件在奥氏体下进行形变，使奥氏体加工硬化，诱发其部分转变为奥氏体，加上形变时马氏体加工硬化的作用，将使钢获得显著的强化效果。

2、诱发马氏体的室温形变，也就是利用相变诱发塑性现象使钢件在使用中不断发生马氏体转变，从而兼有高强度与超塑性。

（3）相变后形变的形变热处理

相变后形变热处理主要是针对奥氏体转变产物进行形变强化的工艺。在工业上常见的主要是珠光体冷形变、珠光体的温加工、回火马氏体的形变时效等。一般形变后的金属工件都需要再次进行回火以消除应力。一般来讲，回火马氏体的形变时效是获得高强度材料的重要手段之一。在常规热处理过程中，通过形变来提升材料的强度总会导致材料的塑性、韧性的降低。另外，当形变量越小塑性自动就相应的降低较少，因此我们通常采用的是小量形变。形变热处理的缺点主要体现在:

1、由于存在压力而引起的形变，因此和普通热处理工艺相比，形变热处理需要压力装置，比单一的热处理增加了资金成本投入，容器设备等也需要满足压力的要求。

2、形变热处理工艺由于存在形变强化的过程，由塑性形变引起的缺陷等会比常规热处理增加，这些都有可能对材料的性能产生未知的影响。

六、结语

总而言之，金属材料作为国家经济发展和基础建设的重要支柱行业，在机械制造中具有非常重要的作用。热处理是机械制造中一个特别重要的环节，如何做好各种机械部件及模具制造的金属热处理，是机械制造中非常关键的问题。在机械制造的过程中，要充分的掌握热处理技术，并加强热处理技术改善，是进一步提高机械制造质量的有效途径。

参考文献

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