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金属材料与热处理工艺的关系

2016/06/16 阅读:

摘要:

随着我国经济的快速发展,工业生产技术得到很大提高,较高的机械性能能够发挥出金属材料最大的潜能。为了满足生产需求,需要通过热处理工艺改变金属材料的机械性能,所以必须加强对热处理工艺的研究,处理好金属材料和热处理工艺之间的关系,获得最佳的生产效果。作为设计人员需要根据金属材料的特性和组成成分,选择最佳的热处理工艺,实现二者之间的有机结合。文章主要对当前热处理工艺和金属材料之间的关系进行分析,希望能够给相关人士提供一定的借鉴。

关键词:

金属材料;热处理;工艺;关系

1金属材料和热处理发展的历史

早在四千年前我国就已经开始使用金属材料了,而且相比世界其他国家,我们很早就开始具有较高的热处理水平。自从改革开放之后,我国社会经济得到了快速发展,金属材料的种类日益繁多,热处理技术也得到很大提升,为我国金属制造业、冶金业、钢铁业等工业做出了巨大贡献,进一步促进了我国经济快速发展。当前金属材料和热处理工艺之间的关系越来越紧密,需要相关研究人员深入探讨二者之间的积极关系。

2金属材料的基本组织和结构

虽然铝、铜、铁等金属材料被广泛使用在生产工业中,但是由于单纯的某种金属材料存在一定的缺陷,所以当前这些金属材料的合金形式被使用的更加广泛。当前合金内部结构主要分为两个方面,一个是内部空间原子之间的排列情况,另一个是原子和金属之间的结合方式。空间原子之间排列方式的不同则会产生不同的金属性能,所以,空间原子排列情况和金属性能有直接关系,我们可以根据这一规律利用热处理技术来满足生产需求。所谓金属材料热处理工艺指的是在一定的介质中加热金属达到特定的温度,并保持一段时间,在不同的介质下进行冷却,达到改变金属性能的一种工艺。热处理工艺是一项十分复杂的加工工艺,其中任何一个因素受到外界影响而发生改变,都会影响到金属性能的改变,所以为了能够满足生产工业的需要,需要做好热处理工艺的控制,进一步提高机械性能。

3分析热处理和金属材料的关系

3.1分析热处理预热和金属材料的切削性能所存在的关系为了能够保证生产出来的金属材料性能满足需要,就必须保证在加工过程中热处理工艺和切削性能之间保持相互配合的关系。在切削加工中可能会因为金属材料、切削条件、加工材料等因素而产生不同程度的光洁度。在热处理过程中不可避免的会出现一些问题,影响到金属材料的性能,所以为了尽可能地减少加工缺陷,就需要对这些毛坯或者金属半成品进行预热处理,使其保持在切削加工的良好状态,同时也保障切削材料的加工精度满足产品要求,零件的性能也能够进一步提高。不同的金属材料具有不同的金相组织和硬度范围,所以相对应的每种金属材料都具有一个最佳的切削性能。在切削加工的过程中,有可能会因为硬度不达标而产生粘刀现象,在倾面上产生积屑瘤,这不仅影响到金属材料的切削性能,同时也影响了零件表面的光洁度。目前,加工人员可以通过正火处理来减少粘刀问题的产生,进一步提高了切削性能。铝合金是当前生产工业中比较常见的一种合金。在加工铝合金时可以采用固溶处理,能够增强铝合金的性能,使合金内部晶粒体现出均匀的组织,这也能有效提高机械的加工精度。

3.2热处理温度和金属材料切边横量所存在的关系材料力学性能指标之一包括了切边横量,切应变和切应力的比值,是材料在弹性变形比例极限范围内以及剪切应力作用下得出来的。对材料抵抗切应变的能力有了表征的作用,模量大,材料的刚性就越强,通过热处理,改变了材料本身的物理性质,材料的性能也发生了改变,随之切边衡量也应该发生变化,从而实际和设计计算的弹簧伸长量出现了一定的误差。通过对热处理和金属材料切边模量变化关系的分析,可以看出,选用弹簧钢的工业生产中,对其进行设计计算时,要使用弹簧模量和材料切边的模量。然而,切边模量的取值是按照传统的设计给出的,会导致弹簧的变形量在实际和计算中都存在着很大的误差。因为经过热处理后,加工的成品弹簧以及热绕成型的弹簧,由于原子间的结合力决定了材料弹性模量的大小,弹性模量的大小受到影响原子间结合力的因素的影响。影响原子间的结合力是由合金组织、成分、温度和形变强化等产生的。所以材料温度在经过热处理后发生了变化,因此在设计的时候,弹簧特性线产生的先天性误差,是由弹性模量的变化所引起的。所以在设计计算特性线要求比较高的弹簧时,设计不能按照传统资料给的定值,要根据载荷、工作温度等弹簧的服役情况确定。

3.3热处理温度和金属材料断裂韧性所存在的关系在金属材料加工的过程中,经常会出现金属材料断裂的现象。实际上,在外力的作用下,存在裂纹的金属材料会抵抗裂纹的扩展,我们可以称之为断裂韧性。通过减少金属晶体中的位错现象,就能够减小位错密度,进而提高金属材料的性能,使得金属材料的断裂韧性能力得到提升。通常情况下,主要采用细晶强化的方式来阻碍金属晶体位错。而通过热处理工艺,能够使得细晶强化功能得到进一步提升,实现金属组织的再结晶,其过程是通过加热金属材料,使之达到非常高的温度,然后产生等轴晶粒代替已经变形的晶粒,这一过程通常是在变性剧烈区域完成。在变形温度达到一定的前提下,金属材料的局部错位密度就会累计到一个最高点,进而发生动态再结晶。因此,金属的热处理温度直接关系到再结晶效果,而且这种关系十分明显,需要加工人员能够特别注意。为了能够更高程度的激活原子,并使它迁移,必须保证变形金属的加热温度达到一定程度,同时逐渐形成结晶。原子的扩散过程能够获得热处理的控制温度,进而提高金属材料的断裂韧性。

3.4热处理应力和金属材料应力腐蚀所存在的关系金属材料的应力腐蚀开裂直接影响到其使用性能,所以必须引起重视。应力腐蚀开裂的产生主要是在特定的腐蚀环境以及拉伸应力的作用,金属材料出现了脆性断裂。金属材料在焊接过程中会存在一些残余应力,而这些残余应力却导致了金属材料的应力腐蚀开裂。金属材料在加热和冷却过程中其内部组织和性能会发生改变,导致金属材料的表面和内部温度存在差异,进而产生一定的热应力,在这种情况下,金属内部的冷却温度要高于表面温度,收缩程度比表面小,使得材料内部受到拉应力影响。在金属材料热处理过程中,由于材料的性能发生了变化,不同部位有不同的体积,产生了组织应力。金属材料的表面和内部都会受到不同程度的组织应力和残余应力的影响。在热处理过程中的冷却速度是决定残余应力和影响淬火质量的决定性因素之一。所以加工人员在进行金属材料热处理过程中应该控制好冷却速度,尽可能地接近标准值,减少应力的产生,进而提高金属材料的性能。

4结束语

处理好热处理工艺和金属材料之间的关系,能够有效加强金属零部件的制造水平,同时也促进其他工业生产的加工质量。伴随着社会主义市场经济的快速发展,相关研究人员必须不断探索金属材料和热处理工艺之间的关系,提高二者结合的准确度,实现全方位的加工技术。

参考文献

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[2]江利,闫非,汪剑,等.我国热处理能源结构分析[J].热处理,2008(6).

[3]王瑾.绿色制造技术在机械工业中的应用研究[J].商场现代化,2006(23).

[4]黄春峰.金属热处理节能技术及其研究进展[J].航空制造技术,2004(5).

作者:郑倩 单位:东北特钢集团北满特殊钢有限责任公司

金属材料与热处理工艺的关系

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