金属材料热处理工艺与技术分析张洪星

金属材料热处理工艺与技术分析张洪星

张洪星

天津力神电池股份有限公司天津300384

摘要：随着我国工业化的发展，金属材料的热处理工艺取得了很大的进步，但技术水平相对较低，受到诸多因素的制约。本文对金属材料热处理工艺的现状及存在的问题进行了分析，并对未来金属材料的热处理工艺进行了展望。

关键词：金属材料；热处理工艺；技术展望

引言：在工业生产中，许多金属材料都是为了最大限度地发挥材料的潜力，需要提高其力学性能。在设计工作中，正确的热处理工艺配方可以改变某些金属材料的力学性能。但不合理的热处理条件不仅会提高材料的力学性能，而且会破坏材料的原有性能。因此，设计师应根据金属材料组成和组织的工艺要求，准确分析金属材料与热处理工艺之间的关系，合理安排工艺流程，达到预期的效果。

1金属材料结构及基本组织

在工业生产中，广泛使用的金属有铁、铝、铜、铅、锌、镍、铬、锰等。用的最多的它们的合金。金属和合金的内部结构由两个方面组成一个是金属原子的组合，另一个是空间中的原子排列。金属的性质与原子在空间中的排列、原子的排列方式以及金属性能的差异有着密切的关系。金属材料及热处理工艺是将金属加热到合适的温度在一定介质，在这个温度在一定时间和维护，以及不同的冷却率的影响在不同的媒介，这一过程通过改变金属表面或内部的微观结构来改变其性能。因此，对于某些金属或合金，热处理工艺可以改变其原子排列，进而改变其结构，控制其力学性能，以满足工程技术的需要。不同的热处理条件可以产生不同的材料性能。

2金属材料热处理工艺

通常来讲，金属材料的热处理工艺可分为三大类：整体热处理、表面热处理和化学热处理。整体热处理：即金属材料的整体加热，在适当的温度下冷却，然后改变金属材料的整体力学性能，包括退火、正火、淬火、回火等四个基本过程。表面热处理只是为了改变金属表面的力学性能，所以它只需要处理金属材料的表面，而不是将热量传递到金属材料的内部。这一过程需要利用高能量密度的热源使金属材料在短时间内达到更高的问题。主要方法有：火焰淬火、感应加热和化学热处理。化学热处理是在碳、氮等元素中加热金属材料，长期保持恒温，从而改变金属表面的化学成分、性质和组织，主要包括渗碳、氮化和碳氮化。近年来，随着科学技术的不断发展，金属材料及热处理的出现许多新技术，不仅可以改善金属材料的利用率，而且还可以提高质量和整体性能，更好的性能、更长的使用寿命，大大提高了传统金属材料的缺点。

2.1热处理CAD技术

在模拟环境中，利用计算机模拟技术控制金属材料的热处理。通过热处理CAD技术结合热处理工艺的实际情况进行了分析和改进，并在未来的金属材料在实际操作中，选择合适的材料，提高金属材料的利用率，缩短工作周期，在许多金属材料的实际操作减少不必要的问题。

2.2振动时效处理技术

时效处理是指当金属材料被淬火形成饱和固溶体时，在室温或室温下保持一定的温度，以提高材料的硬度、强度和电性能。振动时效处理技术是通过振动原理使金属材料稳定并防止其变形。该技术由计算机监控，可提高工作效率，降低成本，降低能耗。

2.3真空热处理技术

真空环境中金属材料的热处理工艺，缩短了工作时间，减少了有毒气体和排放的挥发，环境保护和节能效果显著，但我国目前的热处理技术并没有在真空环境下对金属材料进行热处理。

2.4化学热处理薄层渗透技术

化学热处理薄层渗透技术不需要渗透到金属材料的内部，它能改变金属的性能，在一定程度上提高了利用率，避免了大量的能源浪费，并将环境污染降至最低。

3金属材料热处理工艺存在的问题

3.1高投入低产出，资源利用效率不高

虽然中国的金属材料和热处理技术已经取得了长足的进步，但在70年代没有合理使用的情况下，金属材料工厂的热处理技术仍有超过70%的新技术，我国金属材料消耗的热处理达到1050kw・h/t至1400kw・h/t，是发达国家的3-4倍，虽然近年来随着科学技术的进步，但仍有相对较多的能源消耗。

3.2金属材料热处理的设备比较陈旧，对环境的污染严重

由于中国资金问题，金属材料工厂的热处理仍有很大一部分，生产陈旧设备的使用，占用大量的人力、物力和财力，产品仍不满意，生产过程中产生的废气、废水和废渣，对环境也有很大的影响，废旧材料的技术设备回收不足。

3.3生产效率低，残次品和返修率高

因为资金问题，生产的落后技术不能跟上时代发展的步伐，产品更新速度非常缓慢，产品的维修率高，成功率低，甚至有的产品需要处理以达到标准水平，导致一个巨大的能源和资源的浪费。

3.4缺乏专业的热处理技术人员

近年来，金属材料热处理的发展也增加了对技术人员的需求。然而，我国的专业热处理技术人员仍然供不应求。此外，高校对这一技术的重视不够，也没有培养出高素质的专业人才。此外，大部分受过培训的人员涌向一线城市，导致专业分布不平衡，间接导致两三线城市金属材料的热处理工艺落后。

4金属材料热处理的技术展望

4.1趋向于真空无氧化热处理技术的应用

目前，无氧化热处理应用技术的局限性仍然相对较小，未来的发展应以无氧化加热、节能、无污染的微电子技术应用为基础，该技术可以帮助提高金属材料的利用率，提高产品质量，同时真正的空氧化环境将在封闭空间中产生封锁，可以充分利用金属材料，提高产量，对环境的影响最小，提高热处理工艺、设备和管理水平，改变目前中国高能耗、低产量、低质量状态的热处理工艺。

4.2引进国外先进技术，积极研发各种新型的热处理设备

金属材料的热处理热处理设备，与生产的质量和效率有关，应与热处理设备和金属材料的性能紧密结合，但目前我国的自主研发条件相对较弱，应引进国外技术，根据我国实际情况进行改进，以满足金属材料热处理设备的要求和热处理工艺，提高效率，提高整体热处理水平和经济效益。

4.3培养全面的复合型技术人才，强化实践技术

为了有效地在金属热处理过程的新型实践应用，提高生产效率，应加快人才培养、热处理工艺为热处理工艺的技术支持，同时，注意研究和实践之间的联系，根据研究和发展实际需求，理论与实践相结合，做真正的结合。

4.4使用高能率的加热源和方式

高能率加热源是利用金属材料的介质电加热的能量密度高，加热迅速，在很短的时间内对金属材料的相变温度，改变其表面性质，减少金属材料的变形，提高耐腐蚀性和耐磨性，国外现在将激光热处理和离子束表改性热处理运用在实践生产，可是其生产成本是比较高的，在不断发展和完善的需要。而传统的热处理方式是直接用热源加热，未来的发展趋向于表面氧化和脱碳的间接加热方式，能较好地控制加热问题，使金属材料更加稳定。

结语：随着科学技术的不断进步，金属材料和热处理技术同时也在不断的发展和改进，技术的发展，在未来的发展中，降低生产成本，提高产品质量和效率，我们应该多注意保护自然环境，节约能源，减少绿色的生产概念，金属材料的热量是健康的，安全的，有效的，可持续发展的发展过程。

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