熱處理對金屬零件製造的影響

    行業科技

    作者：趙新娟

    【摘要】熱處理是在金屬固態情況下采用適當的方式進行加熱、保溫和冷卻以獲得所需組織結構與性能的工藝。熱處理不僅可以提高機械零件的使用性能還可以改善其工藝性能。即隻改變金屬內部組織結構不改變表麵形狀與尺寸。

    【關鍵詞】熱處理；工藝性能；改善提高

    引言

    熱處理的目的是改變金屬的內部組織結構，以改善其性能，通過適當的熱處理可以顯著提高金屬的機械性能，延長機器零件的使用壽命。熱處理工藝不但可以強化金屬材料、充分挖掘材料性能潛力、降低結構重量、節省和能源，而且能夠提高機械產品質量、大幅度延長機器零件的使用壽命。按工藝方法不同可以分為：（1）整體熱處理：包括退火、正火、淬火、回火和調質；（2）表麵熱處理：包括表麵淬火、物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）等；（3）化學熱處理：滲碳、滲氮、碳氮共滲等。

    熱處理的三階段：加熱、保溫、冷卻。在工業生產中，熱處理對金屬零件的製造具有舉足輕重的作用，因此提高熱處理是提高其製造水平的重要措施。在設計工作中，正確製定熱處理工藝可以改變某些金屬材料的機械性能。而不合理的熱處理條件，不僅不會提高材料的機械性能，反而會破壞材料原有的性能。因此，設計人員應根據金屬材料成分，準確分析金屬材料與熱處理工藝的關係，製訂合理的熱處理的工藝，合理安排工藝流程，才能得到理想的效果，提高金屬零件的製造水平。

    目前，廣泛使用的是鐵、鋁、銅、鉛、鋅、鎳、鉻、錳等合金。金屬和合金的內部結構包含兩個方麵：其一是金屬原子之間的結合方式；其二是原子在空間的排列方式。金屬的性能和原子在空間的排列配置情況有密切的關係，原子排列方式不同，金屬的性能就出現差異。

    為了得到更好的金屬性能，滿足製造和使用要求，我們將金屬工件放在一定的介質中加熱到適宜的溫度，並在此溫度中保持一定時間後，又以不同速度在不同的介質中冷卻，通過改變金屬材料表麵或內部的顯微組織結構來改變其性能，這就是金屬材料熱處理過程。

    不同的熱處理條件會產生不同的材料性能改變效果，下麵從幾個方麵來說明熱處理工藝在提高金屬零件的製造水平中的影響。

    一、改善並提高金屬材料的斷裂韌性

    金屬材料的斷裂韌性指含有裂紋的材料在外力作用下抵抗裂紋擴展的性能。提高金屬斷裂韌性的關鍵是要減少金屬晶體中位錯，使金屬材料中的位錯密度下降，從而提高金屬強度，而減少金屬晶體中位錯的一種重要方法，就是細晶強化，其原理是通過細化晶粒使晶界所占比例增高而阻礙位錯滑移從而提高材料強韌性。而金屬組織的細晶強化的過程實際上就是金屬熱處理。

    在金屬熱處理過程中，當冷變形金屬加熱到足夠高的溫度以後，在一定的應力和變形溫度的條件下，材料在變形過程中積累到足夠高的局部位錯密度級別，會在變形最劇烈的區域產生新的等軸晶粒來代替原來的變形晶粒，這個過程稱為再結晶。再結晶晶核的形成與長大都需要原子的擴散，因此必須將變形金屬加熱到一定溫度之上，足以激活原子，使其能進行遷移時，再結晶過程才能進行。

    那，對於不同的金屬材料，我們就可以通過控製不同的熱處理的溫度，來提高金屬材料的斷裂韌性。