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金属材料热处理新工艺与技术
1.金属材料热处理新工艺与技术
化学热处理薄层渗透技术化学热处理薄层渗透技术能够提高材料的韧性和性能，提高效率，还会减少能源浪费。薄层渗透技术不需要渗透到金属材料深处就可以改变金属表面的性能，降低了环境污染，减少了生产成本。化学热处理不需要过分渗透，薄层渗透技术就是总结了传统热处理存在的问题后应运而生的。
激光热处理技术激光热处理技术主要是利用激光对金属材料进行热处理。由于激光穿透力强，因此可以实现其他热处理方式达不到的效果，使金属材料表面硬度增强，性能提高。使用电脑控制激光热处理技术，可以大大提高效率，实现热处理自动化。
真空热处理技术真空热处理技术利用真空作为金属材料热处理的环境，可以缩短时间，提高效率，减少有毒气体的排放，有明显的节能效果和环保效果。目前，在一些发达国家，真空热处理技术还在不断研究和更新，力求在无氧环境的基础上填充惰性气体作为热处理环境，使热处理效率更高。
超硬涂层技术超硬涂层技术可以提高材料表面硬度，使其更加耐用，提高性能，是目前应用范围较为广泛的热处理技术之一。随着现代金属材料加工技术的不断发展，超硬涂层技术采用电脑进行实时监控，方便该技术更好地应用。
振动时效处理技术振动时效处理技术依靠振动原理稳定金属材料性能，可以有效防止金属材料变形。振动时效处理技术采用计算机设备进行监控，既可以减少生产时间，提高效率，还能够降低成本，节能减耗，克服了传统热处理技术的不足。
2.金属材料热处理工艺与技术展望
随着金属材料热处理工艺与技术的不断发展，诞生了许多热处理技术。其中，可控气氛热处理就是较为成熟的热处理技术之一。可控气氛，顾名思义，就是一种可以控制和保护的气氛，是一种保护金属材料的气体介质。可控气氛可以有效保护金属材料的表面性能，使热处理过程更为完善。对于钢制工件而言，可控气氛热处理极为适合，可以给钢材料提供更为妥善的保护。这是因为钢在热处理高温中很容易被氧化，表面破坏较为严重，但可控气氛热处理却能够避免钢被氧化。对于其他金属材料而言，可控气氛热处理同样适用，在尺寸上可以调控，使操作更加灵活。目前，可控气氛热处理的应用较为广泛，但依然有很大的局限性。因此，未来的金属材料热处理工艺和技术需更加普及，才会有更广泛的发展空间。
3.结束语
随着技术的不断进步，金属材料热处理工艺和技术亦在日益完善。在注重技术进步、提高产品质量的同时，还要保护好环境，节能降耗，实现企业的可持续发展。金属材料热处理工艺和技术一方面要更加高效、精准，另一方面要节省成本，减少有毒气体和废渣的排放。许多热处理技术存在很大的局限性，只能针对某一种工件进行热处理，因此，在未来的发展中，要实现技术的全面性，使热处理技术更加普及。
作者：田水 单位：辽宁工程职业学院金属材料热处理工艺与技术分析
金属材料热处理工艺与技术关系到产品质量的优劣，而且提高热处理技术可以使热处理工艺更加节能势在必行。目前，我国目前的热处理设备和工艺更新换代非常缓慢，难免会出现这样那样的失误，导致加工工件断口遗传现象，脱碳和氧化现象等。同时金属材料的热处理工艺落后，即使是同一生产车间处理的工件，往往也会由于渗碳工艺不足而降低使用寿命。总的来说，目前热处理技术存在着自动化、专业化程度偏低问题。新发展的工艺与技术中，应用液体和气体燃料，利用这些热源可以使浮动粒子进行间接加热，不仅大大降低了企业能耗，而且也可以达到需要的目的。
1 金属材料的分类
金属材料在现代各行各业中发挥着重要作用。其具有耐热、耐寒等特点，而且随着多孔金属材料和纳米金属材料的不断应用，研究领域正在不断增大。多孔金属材料：多孔金属材料集高温和高强度等诸多优点于一身的功能性材料。从起落架到安全垫都可以看到多孔金属材料的身影。多孔金属材料是优良的传热介质.不断具有较好的通透性和很高的特热性柜，而且孔隙结构中弥敞分布着大量的有方向性的或随机的孔洞，这种孔隙结构具有优良的隔热性能。同时也因为压力降与结构的积弗补了层流对流换热的低传热系数。多孔金属结构是目前任何其它加工方法所不能得到的，而且正朝着材料导热能力的方向发展。
2金属材料热处理新工艺与技术
近年来，金属材料热处理出现了许多新工艺，这些新工艺在节能减排上起到了很大的作用，而且还可以使材料硬度更高、性能更佳，大大改善传统工艺存在的不足。
2.1 淬火工艺技术
“蘸火”起源于工艺处理的方法，其目的是使过冷奥氏体配合以不同温度的回火，以大幅满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以将金属工件加热到某一适当温度并浸入淬冷介质中快速冷却的金属热处理工艺。通过淬火与不同温度的回火配合，可以使一些特殊性能的钢获得一定的物理化学性能。当淬火时的快速冷却到一定程度时工件便会发生扭曲变形甚至开裂，也有的产生的表面残余应力会造成冷裂纹，回火有完全淬火和不完全淬火淬火后金属的奥氏体碳含量也增加，淬火后要根据具体情况加以调整。加热与保温时要选择合理选择淬火介质和冷却方式，冷却阶段可有效减少马氏体转变的内应力，同时通过快速加热实现局部淬火。保温一定时间，再以大于临界淬火速度冷却，使过冷奥氏体转变成为马氏体组织的过程。马氏体是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。一般在低碳钢中具有较高的塑性和强度，淬火后发生马氏体转变而铁素体不发生变化，最终将钢加热Ac3温度以上。但如果超过太多，工件冲击韧性下降，同时脆性增加，并且也不能达到要求的性能。目前，随着测试技术的不断完善，循环快速加热淬火的强度也逐渐升高，钢经过多次相变重结晶可使晶粒细化，而普通低碳钢通过低沮回火可获得良好效果。
中碳钢淬火的断裂韧性比普通淬火的几乎提高一倍，对其采用快速、短时加热。在马氏体板条外面包着一层厚100~200朋残余奥氏体，能有效提高断裂韧性．如果采用快速，就会使其强度和耐磨性比其它冷作模的韧性得到大幅度提升。
2.2 合理的工艺手段
金属材料具有复杂的晶体结构，渗碳体塑性和韧性几乎为零，不发生同素异构转变。常用铸钢主要用于受力不大，韧性好的机械零件。金属的热处理是将金属在固态下进行保温和冷却，以为后续的机械加工或进一步的热处理做准备。加热是各种热处理中的主要环节，其目的是将加热到奥氏体状态的钢快速冷却到A1以下，然后连续冷却至室温，主要作用降低硬度，从而为淬火做好组织准备。
2.3 超硬涂层技术
即对金属材料内部不作任何处理。在现有的金属材料热处理技术中采用超硬涂层技术使金属材料表面硬度得到有效提高。
2.4 真空热处理技术
真空热处理技术能减少有毒气体的排放，有明显的节能效果和环保效果。不但可以有效防止金属材料变形。而且还可以克服了传统热处理技术的不足。
2.5 热处理CAD技术
热处理CAD技术可以分为完全退火和等温退火等。这需要说明的是完全退火应用比较宽泛，而去应力退火会引起钢件在加工过程中产生变形或裂纹。热处理CAD技术能够有效预见金属材料热处理效果，能够避免较多的不必要问题。
3 金属材料热处理变形的控制
3.1 做好预处理
金属材料的在预处理过程中，除了要严格控制：pH值外，还要增加工序。采用的保护性气体可使铁坯表面的油垢在高温下分解和蒸发，同时还能对含碳量较高的铁坯起表面脱碳作用，这种铁坯处理法适用于铸铁坯体及厚钢板成型铁坯的表面处理。还有的预处理的方法是根据品种、铸铁坯的璧厚清除表面夹杂，经过喷砂后发现缺陷应加以焊补。
3.2 合理配置零件结构
金属零件厚的部分冷得慢、薄的部分冷得快，因而应尽可能缩减工作的薄厚差异。为了确保零件截面均匀，应当对零件结构进行设计。
随着金属材料热处理工艺及技术同样在不断发展，金属材料热处理技术的应用促使了金属产品质量得到提升。金属材料热处理后再开展机械加工，可以实现对金属材料热处理变形的控制。同时，在进行金属热处理中可控气氛应用较为广泛。
总之，工业生产中，需要提高金属材料的机械性能。在设计中正确制定热处理工艺的融合，这样不仅会提高材料的机械性能，而且还可以改变它的原子排列，进而满足工程技术的需要。随着金属材料热处理工艺和技术亦在日益完善。金属材料热处理工艺和技术要实现技术的全面性，从而不断提高工艺水平。浅谈《金属材料与热处理》课程的兴趣教学
由于实验条件的限制，该课程不易上好。着重阐述在教学中如何通过多层次、多样化、多途径的教学设计，制造教学亮点，实施兴趣教学，从而收到良好的教学效果。
《金属材料与热处理》是一门专业基础课，研究的是金属材料的成分、组织及热处理方法。材料热处理一般不改变工件的形状，而是通过改变金属材料的成分、组织，从而达到改变性能，实现用途的目的。通过本课程的学习，学生应掌握金属材料的性能特点，用正确的热处理加工工艺和方法获取优质的工件。由于本课程研究的是材料内部的组织结构，许多知识点需要通过各类实验来验证。但技工学校由于实习设施的缺乏，导致很多实验不能进行，教师只能进行理论教学，因此，学生上课时普遍感觉枯燥、乏味，学起来很困难。那么，教师该怎样才能上好这门抽象难懂的课程呢？
理学告诉我们，兴趣是人的认识需要的情绪表现，是学习动机中最有活力的部分。学习兴趣的培养、保护和 发展 对于激发技校学生进行专业课程的学习尤为重要。许多学生不是不想学，而是由于缺乏必要的学习兴趣，没有学习动力，时间一长甚至发展到厌学的程度。笔者认为教师的责任是，在教学过程中通过多途径、多层次、多样化的教学设计制造专业教学的亮点，实施兴趣教学，从而让学生产生学习兴趣，维持并发展兴趣，这样才能真正地学好这门课程。通过几年的教学实践，笔者总结了以下几种兴趣教学的实施手段和方法。
著名心理学家皮亚杰认为：“青少年的好奇心不完全取决于一个东西的物理特性，而要看它和主体的过去经验的关系如何。”也就是说，学生会对自己熟悉或相关的课题内容产生兴趣。因此，教师上课时应针对学生的状况，灵活地使课本内容贴近学生的生活和经验，使学生对教学内容产生亲切、熟悉的感觉，吸引学生的注意力，进一步激发学生学习更深层次内容的求知欲望和学习动机。
举例教学就是贴近学生生活和经验的一种教学方法。比如在介绍金属材料时，笔者不是照搬概念，而是引导学生列举一些生活中的金属实物及其使用材料的例子。学生从身边的生产、生活中举了很多例子，如“金项链是用金制作的”，“易拉罐是用铝做的”，“车床的床身材料是铸铁”，“电线是铜芯的”，“防护网是用不锈钢做的”，“香烟盒的内包装纸是锡纸”等等。笔者在其中选择了比较具有代表性的金属进行列表，如下：
由于这些物体都是学生平时见过甚至是用着的，已有了一定程度的感性认知，因此，在讲金属的性能，如金属的导电性、导热性、耐高温性时，很多学生都能马上领悟。
举例教学，办法虽简单，却能马上贴近学生的实际生活，从而收到良好的教学效果。因此，笔者在教学过程中也注意观察生活，收集素材，以便在教学中使用。
在机械专业课的教学中应该善于挖掘课本知识点中的背景故事、 历史 故事等，将这些与专业知识息息相关的故事讲给学生听，对于提高他们的学习兴趣大有裨益。
例如，在讲到“淬火”这个单元时，以 中国 古代热处理的发展史为线索，挖掘出“淬火”这道热处理工艺背后的历史故事：在我国古代，公元前六世纪左右，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺得到了迅速发展。以河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟为例，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。历史故事相传，三国时诸葛亮带兵打仗，请当时的著名工匠蒲元为他的军队制造了3000把钢刀，蒲元运用了“清水淬其锋”的热处理工艺，使钢刀削铁如泥，从而大败敌军。从这些故事可知，淬火的主要目的是为了获得马氏体，提高钢的强度和硬度。
另外，讲到淬火冷却介质时，给学生讲了对我国的淬火技术发展做出了重大贡献的南北朝人綦母怀文的故事。《北史》所载：“怀文造宿铁刀，其法，烧生铁精以重柔铤，数宿则成刚。以柔铁为刀脊，浴以五牲之溺，淬以五牲之脂，斩甲过三十札。”五牲之脂是动物油，淬火应力小、变形开裂倾向小；五牲之溺则含盐水，冷却能力强、淬硬层深。可见，在南北朝时，随着淬火技术的发展，人们已经逐渐发现了油、水、盐水这些淬冷剂对淬火质量的影响。
笔者讲完故事后，把淬火这道热处理工艺的特点及淬火冷却介质进行了补充和总结。通过对专业知识相关故事的生动介绍，学生对所学的课程有了较为全面的了解，这无疑比干巴巴地讲解课本内容有趣得多。
《金属材料热处理》中“金属材料的力学性能”是教学的一个重要环节，但该课程内容较为抽象，如果采用平铺直叙的讲述法，很难提起学生的兴趣。因此，在上新课前先放映了一段著名的泰坦尼克号邮轮沉没的电影片段，并进行解说：泰坦尼克号邮轮堪称当时世界上最大、最豪华、设计最先进的邮轮，但就是这艘被称为“永不沉没”的海上都城，在与冰山的一次冲撞后，产生了90多米长的大裂纹，并在短短3个小时后就沉没了。这是人类航海史上的一次悲剧，它的沉没也是近一百年来的未解之谜。后来科学家对邮轮的残骸进行分析，认为事故的发生与材料的力学性能有密切的关系。
学生听到这里，急于想知道其中的奥秘。这时，笔者却卖了一个关子，不急于讲答案，而是设下伏笔，创设了一个“悬念猜想”的学习情境，从而进入教学过程。
在教学中，由于强烈的好奇心的驱动，学生对金属材料的力学性能分析这一原本枯燥的课题始终保持着浓厚的兴趣，课堂教学变成了学生进行 科学 探究的过程。最后，再为学生揭开悬念的谜底：原来，泰坦尼克号邮轮的钢板，在极低的温度下变脆，经不起冲击和震动；另外，钢板中含硫量高，韧性很差，最终导致了这场灾难的发生。
“好奇之心，人皆有之”，利用悬念猜想这一“催化剂”，创设新奇的教学情境，往往可以收到事半功倍的效果，学生在猜测过程中会产生心理上的焦虑、渴望和兴奋，而这种心态正是教学所需要的。
联系比较密切的实验学科，虽然大的实验无法在学校里完成，但教师也可以开动脑筋创造条件，设计一些简单易行的实验激发学生的学习兴趣，通过实验验证理论，提高学生对知识的认同感。
例如，在讲到材料的硬度时，可用一简单的实验求证课本知识：找一把小刀切削橡皮擦和铅笔。小刀可以轻而易举地切削橡皮擦，而切削铅笔却要花很大的力气。说明橡皮擦的硬度低，而铅笔的硬度高。再如，钢的火花演示试验也可以在校办工厂进行。先准备好四种钢：低碳钢、中碳钢、高碳钢与高速钢，让学生用砂轮机分别打磨四种钢材。通过现场演示及讲解，学生很快便掌握了不同含碳量钢的火花特点，并且可以通过火花来分辨材料。
另外，针对现有教学体制下学校实验能力不足的问题，教师还可以与当地的科研院所联系，带学生到实验室去参观，以弥补实验教学的不足，增长学生的见识。例如在讲完“金属的力学性能”这一章节时，笔者带学生到材料研究所进行参观。在实验室里，学生观看了许多实验，如材料的硬度测试、冲击实验、拉断实验、压缩实验，还看到了用光谱议进行元素的检测。在整个参观过程中，学生表现出了很大的兴趣，认为看到的东西验证了课本的内容，对掌握知识有很大的帮助。
实验教学的特点是直观性和可操作性，它不但能激发学生的兴趣，而且具有很强的说服力。
在课程将要结束时，通常会设置课题，让学生做一个专题报告或写一篇小论文。考虑到机械专业的班级以男生居多，应以学生的兴趣为出发点，所以给他们布置的是有关军事方面的课题。在定课题前，为激发兴趣，先给学生讲了武器 发展 史上著名的“马克沁机枪”的故事：以美国人马克沁命名的机枪是世界上第一例自动连发武器，它的射击速度特别高，一分钟可以射出600发子弹。在第一次世界大战中，德国军队配置了大量的马克沁机枪，打败了当时的英法联军，从而一战成名。但马克沁机枪也被人称为“喝水的机关枪”，为什么呢？原来，马克沁机枪的射击速度快，在长时间持续射击后，枪管会由于高温高压气体的冲击而发生过热现象，发红、变软、变形，强度下降，射击精确度下降。为了继续射击，必须冷却枪管，在枪管外套一个水套，连上水箱，利用循环水为枪管降温。这样一来，也使得马克沁机枪很笨重，只能在一个地方防御，机动性较差。
接下来，笔者才正式点题：在今天的战争中， 现代 武器则着重于不断进行枪管材料的改进和研发。因此，有不少耐高温、抗变形的材料被用于制造枪管、火炮等战争武器，这些金属因此被称为“战略金属”。请同学们以“战略金属”为题，作一篇小论文，论文上交后进行同学间的展评和讨论。
课题论文布置下去之后，学生兴趣很高，有些学生去图书馆看书，有些学生上网搜集资料，在完成小论文上交后，还进行了论文的展评和讨论。金属材料热处理中的“四把火”
热处理是一种常见的金属材料加工工艺，目的是在不破坏金属材料形状的前提之下，通过改变材料表面化学成分或内部显微结构，从而提升材料某些方面的性能。顾名思义，热处理是以温度控制为手段的，工艺流程一般包括加热、保温和冷却三个环节。早在公元前六世纪，钢铁冶炼技术被人类发明并得到普遍推广。那时候，人们就已经开始使用简单的热处理工艺，以增加钢铁材料的硬度。随着相关科学理论的不断完善，近年来，这种金属材料加工工艺得到了更大的发展。其中最常用的手段被称为“四把火”。
热处理工艺中的“四把火”，这是四种不同处理方法的总称，依次分别是退火、正火、淬火和回火。因为都带一个“火”字，所以合称“四把火”。这“四把火”都与金属材料加热后的冷却处理有关，但因为冷却的方法和媒介不同而有所区别。
退火
当金属加热到适宜温度以后，先保温达到足够的时间，保温时间的长短是根据材料性质和工件的形状、尺寸来决定的，然后再进行缓慢冷却，这种方法称为退火。经过退火处理的金属材料，硬度降低，切削加工性得到改善，残余应力被消除，在加工过程中不容易发生变形或出现裂纹。
正火
正火，又称常化，其过程与退火类似，只是冷却时需将工件放置在空气中，或对其进行喷水、喷雾、吹风等手段辅助冷却。对金属材料进行正火处理，也可以起到去除内应力和改善切削工艺的效果，只是得到的材料硬度更大、组织更细。退火和正火通常都作为改善材料性能的预备热处理，但对一些要求不太高的材料，正火也可以作为最终热处理而使用。
淬火
将工件加热保温，使之全部或部分奥氏体1化以后，借助水、油或其它无机盐、有机水溶液作为介质，对金属进行快速冷却处理的工艺称为淬火。淬火可以大大提高工件硬度，尤其是表面淬火技术，因工件氧化和脱碳量较少，常被应用在机床主轴和齿轮的加工制造当中。但经过淬火后的金属材料通常脆性也会增加，需要及时进行下一步回火工序。
回火
回火是将淬火后的工件重新加热到低于下临界温度范围以内的某一合适温度，然后放置在高于室温而低于650℃的环境内长时间保温，最后进行冷却。这一工序可以有效降低钢件脆性，提高其延性和韧性。回火与淬火经常配合使用，淬火后的工件如果进行高温回火工艺，整个过程统称为调质处理；如果在略高于室温的环境下进行回火，则把整个过程统称为时效处理。
复杂热处理
除简单的“四把火”外，热处理工艺还经常与其他工艺结合使用，形成更复杂的热处理工艺，以达到更好的加工效果。如在对材料进行热处理的流程中，加入了压力加工形变这道工序，这样的结合可以很好地增强工件强度和韧性，这种方法称为形变热处理。如把热处理过程置于负压气氛或真空环境中进行，将有效避免工件发生氧化、脱碳等现象，处理出来的工件表面光洁，性能也有所提升，这种处理方法称为真空热处理。如在加热过程中，使用不同介质给工件表层掺入碳、氮、硼等元素，以改变工件表面的化学成分，这种方式称为化学热处理。热处理对金属材料的影响
热处理是借助于一定的热作用（有时兼之机械作用、化学作用或其他作用）来人为的改变金属或合金内部组织和结构的过程，从而获得所需要性能的工艺操作。金属材料及制品生产过程中之所以需要热处理，其主要作用和目的：
1.改善工艺性能，保证工艺顺利进行；
2.提高使用性能，充分发挥材料潜力。
一、金属热处理的本质
在各种金属材料和制品的生产过程中，为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成型工艺外，热处理是不可缺少的重要环节之一。为了使金属材料获得所需要的性能，热处理技术发挥着重要作用，广泛应用于现代工艺中。与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。
金属整个生产过程中均可进行相应的热处理以改善金属材料性能。金属铸件通常需要进行消除内应力的低温退火，或完全退火，或正火，有的还需要淬火后回火（时效）。对金属锭的热处理、压力加工过程中的和成品的热处理，在冶金企业和机械工厂内，它是半成品和机器零件制造的主要工序之一。热处理作为中间工序，能改进共建的某些加工性能（如锻造性、切削性等）；若作为最后操作，它能赋予金属和合金以所需力学、物理和化学等综合性能，保证产品符合规定的质量要求。在影响金属材料结构变化的深度和多样性方面，热处理较机械加工或其他处理也更为有效。例如，各种钢材常须进行正火处理，以获得细而均匀的组织和较好的力学性能。调质钢需进行淬火及高温回火以保证良好的整体力学性能。此外，有色金属及其合金的半成品和制品的加工流程中，热处理更是重要的组成部分之一。铝合金一般需经过时效强化来提高强度，以达到所需的力学性能要求。
二、金属热处理的工艺
热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。加热是热处理的重要步骤之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。
金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。
加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度 ，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得需要的组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间或保温时间很短，而一般都是加热到相变温度以上，以获得需要的组织。
冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般都是加热到相变温度以上，以获得需要的组织。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。
金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理、局部热处理和化学热处理等。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。
整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。
退火→将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却(冷却速度最慢)，目的是使金属内部组织达到或衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。
正火→将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。
淬火→将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于710℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。
“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺 。淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。
表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法，有激光热处理、火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。
化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其它合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属、复合渗等。
热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能 ，如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。
例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性 ；齿轮采用正确的热处理工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能，可以代替某些耐热钢、不锈钢；工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。可热处理的铝合金金属材料中真空钎焊技术应用研究
摘要：在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料是一种对钎焊的技术要求和材料选择都很高的新兴型焊接技术。由于其主要应用于航空航天专业，所以该项技术的每一道工序都不容马虎。以5种母料为实验对象，分别分析5种母料材料的优劣性，在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料的实际应用中甄选合适的材料和适当的实验操作条件，为在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料的实际应用奠定基础。
关键词：热处理 ；铝合金 ；真空钎焊
由于世界各国航空航天技术的不断发展推进，人们对航空航天所物的物质材料要求也在不断升高，人们在不断追求最轻的质量的同时还在不断要求技术的突破，以便可以生产出高强度高硬度的铝合金焊接技术。现有的金属钎料因为该钎料的含铜量比例相对较高，所以很容易使接头处受到腐蚀，使得该种材料作为钎料的整体腐蚀率增高，抗氧化性高，因此逐渐被淘汰出市场。
因为在该种钎料中氧化性较高且腐蚀性较高的材料是Cu，因此大多数的研究者提倡降低材料中的Cu含量，但是倘若降低Cu-Si-Al金属钎料中的Cu含量，该金属的整体硬度和使用度都会相应降低，所以这也是一直困扰着研究者的问题。原始的传统钎焊技术已经无法满足当前市场的需求，因此，在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料技术成为亟待解决的重要工艺技术。
1 在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料技术
真空钎焊技术是航空航天业中最常见的金属焊接技术之一。真空钎焊技术多是在室内进行的，一般是在需要钎焊加工的工件在真空室内进行的焊接操作。需要加工钎焊的材料一般为对产品质量要求比较高的工件，且该工件一般为易氧化、易腐蚀材料。
真空钎焊技术是当前焊接航空航天材料中最主要的工艺手段。当前的钎焊技术无法满足日渐增高的对钎焊技术钢铁硬度和刚度的需求。同时，由于航空航天产品的轻质量化要求逐渐增高，钎焊技术对铝合金金属的结构强度的要求也在不断升高。在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料中真空钎焊技术成为当前航空航天业统一面临的巨大问题。
铝合金金属具有很多优良的特点，例如 ：相对质量轻、导热性和导电性良好、耐腐蚀，铝合金金属是航空、航天以及电子、汽车等军用和民用很多领域。最常见的就是日常生活中都会用到的空调。其中空调的主要组成部分空调机中最重要的零件就是冷凝器和蒸发器，在空调机中的这两个部分都是钎料金属主要制成的。高效的铝合金雷达天线矩阵网的主要材料也是钎料，还有机载铝合金金属粒子冷凝装置、高效电子发射器的机箱和铝合金泵业燃动轮的悍造都是钎焊工艺应用中最重要的手段之一。但是，由于当前的科技发展水平有限，很多的工艺都是无法达到我们的理想状态，受现代科技的制约，我们使用的钎焊技术理想操作温度在596 ℃，但是我们的工艺往往无法将温度准确控制在这个范围内。
由于受到现有技术水平的操作阻碍，在真空中对铝合金钎料的热处理均存在抗压能力差、抗腐蚀能力低下以及加工条件不适等问题。航空航天科技中最畏惧的问题也是最头疼的问题就是产品的抗压能力的问题。倘若在航空事件中，铝合金金属材料的抗压能力出现问题，那么后果将会不堪设想。
2 在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料实验
众所周知，金属元素Mn是可热处理强化的铝合金金属中的必备元素，在Cu-Si-Al金属材料中是不可或缺的金属元素，其中 Mn 的金属元素在变形铝合金金属中被广泛应用。在变形铝合金金属中加入 Mn 可以使整个钎料合金金属的硬度提高，同时可以提高材料的抗腐蚀性和耐热性等多种性能。另外，由于Mn拥有在Al的冷凝溶液中可以迅速分离冷却的独特性质，Mn金属在Cu-Si-Al金属材料中的重要意义也因此可见一斑。在Cu-Si-Al金属材料溶液快速冷却时，Mn可以在混合溶液中形成过饱和溶液，从而抑制铝合金金属的热溶液的过饱和问题，也可以抑制其他多元化合物的形成。同时，Mn元素也已缓解Cu-Si-Al金属材料溶液中Cu金属材料的扩散速度。
根据在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料各金属浓度与反应时间关系信息表可以确定，当反应时间增加的时候，在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料溶液中的金属浓度也是随之在不断变化着的。同时也可以清楚地看出在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料溶液中的 Mn 金属元素在该溶液中所占比例较为庞大，同时作用也很大。在工业发展中，铝合金金属溶液其实实则为含铁杂质的基础性溶液，但是，在航空航天业中，由于 Mn 离子在在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料中可以作为一种反应的中和性试剂，也是一种是中和剂，因此，在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料是一种可以提高合金金属的抗腐蚀能力的优异合金钎料。在钎料固定的条件下采用惰性气体例如氮气等在保护自然环境的条件下对热处理强化铝合金溶液的既冷制备工艺产生的钎料生成金箔带状产物，将该种金箔带状物在同等质量的条件下使用制备实验进行验证。
在在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料金属材料中的箔状钎料的剪切搭接接头的物质强度很明显高于块状金属材料的接头物质强度。追踪其中原因很可能是因为在焊接时，采用的钎料是两根不同的箔状金属材料，因此可能会在焊接的过程中产生新的氧化膜保护金属，从而形成新的焊接氧化膜。Cu-Au-Si-Mn 金属的块状钎料块与实验中的9B68母料的点幸福接头材料是同一种元素材料，但是能普表显示的嵌缝金属材料却有所不容。能谱分析结果显示钎缝中有12种相，Al有固态相、液态相和融和化合物态相。
Cu有固态相、液态相和融和化合物态相、Al-Mu-Si-Ag 有固态相、液态相和融和化合物态相以及四元相等多种相、含有Mn和Fe等元素的多元化合物拥有固态相、液态相和融和化合物态相以及富硅相。以上多种在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料金属在钎焊技术中，随着钎焊技术的温度逐渐增高，钎缝中的化合物相态物质条宽度也逐渐增高，相态物质高度减少，化合物的混合比重相对减少。在选择钎焊田间的温度中，钎焊材料的 6CAl-Si 母料在真空中以及适当的压力条件下表现出的性质最稳定，流动性最强，所以，是以上几组材料中最为适合钎焊工艺技术中的嵌缝材料。该母料填缝性能最好，需要的温度不高也不低，很容易在真空状态下达到。而对于BAl67Cu Si 钎料，其嵌缝能力过小，钎角过大，钎料表面积材料损耗区域过大，在实际的操作应用中会存在浪费的现象，表面加热温度流失严重，钎焊主体性能稳定相对较差，材料性能不够细致，容易出现断痕。由此可见，在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料技术应用时，恰当材料的选择是十分必要的。
3 结语
在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料技术不仅需要高强度的熔化温度和高超的技术手段，也需要在真空环境中使得铝元素形成氧化保护膜，使得铝合金在是室温条件下也能防止钎焊的缺陷。在真空条件下铝合金金属材料的钎焊不仅需要研究出融化的合适温度范围和配备的融比材料比例以及合适的钎料，最重要的是要保证真空的环境不受干扰。由于铝合金表面极易形成氧化膜致使铝合金在真空环境中的抗氧化和抗腐蚀性都有一定损耗，因此，在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料中的真空钎焊技术也因此显得尤为重要。嵌缝内的材料特点和钎焊工艺的加工特点在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料中的真空钎焊技术中也是十分重要的部分。钎料的制备和钎焊技术的能力水准在不同的母料中表现能力也是不同的。从在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料中的材料的选用中就会考虑到这个问题。合理的选材不仅可以使得在真空条件下焊接可热处理的铝合金金属材料中的钎焊技术成功实施并获得良好效果，也会在航空航天科技的发展上带给我们质的飞跃。热处理在金属材料中的作用
金属可分为黑色金属和有色金属。热处理既可用来改善毛坯在后续工序中的工艺性能，也可使工件获得优良的使用性能。
首先以钢作为黑色金属的代表分析热处理对其的作用。钢的热处理是通过在固态范围加热、保温和冷却的方法，改变钢的内部组织结构，以改善钢的性能的一种工艺过程的总称。
钢的退火
完全退火
完全退火的过程是将亚共析钢加热到Ac3以上，保温一定时间，然后缓慢冷却，以达到衡状态的组织。完全退火的目的是利用相变重结晶过程和随后的慢冷来均匀和细化亚共析钢的晶粒，提高韧性；消除内应力和降低强度，以利于切削加工或冷塑性变形加工，为下一步淬火做好组织上的准备。
球化退火
将钢加热到稍低于或稍高于Ac1的温度或者使温度在A1上下周期变化，然后缓冷下来。目的在于使珠光体内的片状渗碳体以及先共析渗碳体都变为球粒状，均匀分布于铁素体基体中(这种组织称为球化珠光体)。球化退火工艺方法很多，最常用的两种工艺是普通球化退火和等温球化退火。其主要目的在于降低硬度，改善切削加工性，并为以后淬火作好准备。 这种工艺有利于塑性加工和切削加工，还能提高机械韧性。
等温退火
对钢来说，是缓慢加热到 Ac3（亚共析钢）或 Ac1（共析钢和过共析钢）以上不多的温度，保温一段时间，使钢奥氏体化，然后迅速移入温度在A1以下不多的另一炉内，等温保持直到奥氏体全部转变为片层状珠光体（亚共析钢还有先共析铁素体；过共析钢还有先共析渗碳体）为止，最后以任意速度冷却下来(通常是出炉在空气中冷却)。通过等温退火，可降低硬度、细化晶粒、均匀组织和消除内应力。
扩散退火
将铸锭或铸件加热到各该合金的固相线温度以下的某一较高温度，长时间保温，然后缓慢冷却下来。均匀化退火是使合金中的元素发生固态扩散，来减轻化学成分不均匀性（偏析），主要是减轻晶粒尺度内的化学成分不均匀性（晶内偏析或称枝晶偏析）。
去应力退火
将钢件加热到稍高于Ac1的温度，保温一定时间后随炉冷却到550~600℃出炉空冷的热处理工艺称为去应力退火。去应力加热温度低，在退火过程中无组织转变，主要适用于毛坯件及经过切削加工的零件，目的是为了消除毛坯和零件中的残余应力，稳定工件尺寸及形状，减少零件在切削加工和使用过程中的形变和裂纹倾向。
再结晶退火
再结晶退火过程是将经冷变形的钢加热到再结晶温度以上（一般在600~700℃），保温适当时间，出炉空冷。再结晶退火通过再结晶作用以恢复成细小的等轴晶粒和消除加工硬化，提高塑性，便于继续加工。
钢的正火
正火是将钢加热到临界点以上，保温一定时间，以得到晶粒细小、成分均匀的奥氏体，然后在静止空气中冷却从而得到细片状珠光体组织的一种工艺。正火使晶粒细化和碳化物分布均匀化。正火与退火的不同点是正火冷却速度比退火冷却速度稍快，因而正火组织要比退火组织更细一些，其机械性能也有所提高。另外，正火炉外冷却不占用设备，生产率较高，因此生产中尽可能采用正火来代替退火。
钢的淬火
钢的淬火是将钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体1化，然后以大于临界冷却速度的冷速快冷到Ms以下（或Ms附近等温）进行马氏体（或贝氏体）转变的热处理工艺。使过冷奥氏体进行马氏体或贝氏体转变，得到马氏体或贝氏体组织，然后配合以不同温度的回火，以大幅提高钢的强度、硬度、耐磨性、疲劳强度以及韧性等，从而满足各种机械零件和工具的不同使用要求。也可以通过淬火满足某些特种钢材的铁磁性、耐蚀性等特殊的物理、化学性能。
淬火冷却图
4、钢的回火
回火是工件淬硬后加热到AC1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。低温回火保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性。中温回火回火后得到回火屈氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。高温回火得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。回火一般紧接着淬火进行，其目的是：
（a）消除工件淬火时产生的残留应力，防止变形和开裂；
（b）调整工件的硬度、强度、塑性和韧性，达到使用性能要求；
（c）稳定组织与尺寸，保证精度；
（d）改善和提高加工性能。因此，回火是工件获得所需性能的最后一道重要工序。
5、表面淬火
表面淬火是将钢件的表面层淬透到一定的深度，而心部分仍保持未淬火状态的一种局部淬火的方法。表面淬火时通过快速加热，使刚件表面很快到淬火的温度，在热量来不及穿到工件心部就立即冷却，实现局部淬火。
表面淬火的目的在于获得高硬度，高耐磨性的表面，而心部仍然保持原有的良好韧性。
6、化学热处理
化学热处理是利用化学反应、有时兼用物理方法改变钢件表层化学成分及组织结构，以便得到比均质材料更好的技术经济效益的金属热处理工艺。化学热处理后的钢件，实质上可以认为是一种特殊复合材料。心部为原始成分的钢，表层则是渗入了合金元素的材料。心部与表层之间是紧密的晶体型结合，它比电镀等表面复护技术所获得的心、表部的结合要强得多。
二、有色金属热处理
整个生产过程中的热处理主要有铸锭的均匀化退化、压力加工过程中的退火（去应力退火和再结晶退火）、成品的热处理（固溶处理及时效），形变热处理也有一定的应用。
1、有色合金均匀化退火
是在高温下通过长时间加热以使原子充分扩散，消除或减小实际冶金过程中形成的晶内分析不均匀性和偏离于平衡的组织状态，消除内应力，以改善合金材料的工艺性能和使用性能的热处理工艺。铸锭经均匀化退火后，由于发生了偏析的消除、非平衡相的溶解及过剩相的聚集、球化等组织变化，从而显著提高室温下塑形并使冷、热变形的工艺性能大为改善。
2、有色合金的去应力退火
是把合金加热到一个较低的温度（低于材料的再结晶温度），保温一定时间，缓慢冷却的一种热处理工艺。其应力退火作为半成品火制品的最终处理，一用来消除铸件、锻件、焊接件、热轧件、冷拉件等的残余应力，稳定铸件尺寸，减小变形。二保证材料的强度与塑形有较好的结合，多用于热处理不可强化合金。
3、有色合金回复退火
回复退火一般作为半成品或制品的最终处理，以消除或保证材料的强度与塑形的结合，会腐蚀的硬化效应可提高弹簧或簧膜的弹性。
4、多相化退火
利用多相化退火，可使合金获得一定大小和分布的第二相，从而提高合金的耐蚀性。例如，镁含量超过5%的铝合金腐蚀性较差。采用适当的变形工艺，并辅之以恰当的多相化退火使β相在晶内和晶界均匀分布，就可以提高合金的耐蚀性。
5、重结晶退火
可用来消除某些纯金属和固溶体合金的铸件和加工件的粗大晶粒，改善性能；也可用来消除金属中不希望有的结构。
6、时效处理
指合金工件经固溶处理，冷塑性变形或铸造，锻造后，在较高的温度放置或室温保持其性能，形状，尺寸随时间而变化的热处理工艺。若采用将工件加热到较高温度，并较短时间进行时效处理的时效处理工艺，称为人工时效处理，若将工件放置在室温或自然条件下长时间存放而发生的时效现象，称为自然时效处理。铝合金的热处理强化，主要是由于合金元素在铝合金中有较大的固溶度，且随温度的降低而急剧减小。所以铝合金经加热到某一温度淬火后，可以得到过饱和的铝基固溶体。这种过饱和铝基固溶体放置在室温或加热到某一温度时，其强度和硬度随时间的延长而增高，但塑性、韧性则降低，这个过程称为时效。在室温下进行的时效称为自然时效，在加热条件下进行的时效称为人工时效。时效过程中使铝合金的强度、硬度增高的现象称为时效强化或时效硬化。其强化效果是依靠时效过程中所产生的时效硬化现象来实现的。
7、形变热处理金属热处理及其发展趋势
摘要：本文简要介绍了金属材料的概念和几种加工工艺性能，并详细阐述了热处理加工工艺及其发展趋势。
关键词：金属材料；工艺性能；热处理；发展趋势
人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。
随着我国经济市场的日益繁荣，我国的金属材料加工市场也迅猛的发展起来，这就推动了对金属材料进行加工的加工及数额研发和应用。对于加工市场，加工技术的优劣决定了材料的加工市场，也决定着一个加工企业的竞争力。因此，对于金属材料加工企业，了解国内外金属材料加工生产核心技术的研发动向、工艺制备、技术应用对于企业提升产品技术规格，提高市场竞争力十分关键。
1. 金属材料的简介及加工工艺性能
1.1. 金属材料
金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。
金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金不锈钢、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。
1.2. 金属材料的工艺性能
金属的特性是由金属结合建的性质所决定的。金属材料的工艺特性主要表现在以下几方面:
1、铸造性能（可铸性）：指金属材料能用铸造的方法获得合格铸件的性能。铸造性主要包括流动性，收缩性和偏析。流动性是指液态金属充满铸模的能力，收缩性是指铸件凝固时，体积收缩的程度，偏析是指金属在冷却凝固过程中，因结晶先后差异而造成金属内部化学成分和组织的不均匀性。
2、可锻性能：指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。它包括在热态或冷态下能够进行锤锻，轧制，拉伸，挤压等加工。可锻性的好坏主要与金属材料的化学成分有关。
3、切削加工性能（可切削性，机械加工性）：指金属材料被刀具切削加工后而成为合格工件的难易程度。切削加工性好坏常用加工后工件的表面粗糙度，允许的切削速度以及刀具的磨损程度来衡量。它与金属材料的化学成分，力学性能，导热性及加工硬化程度等诸多因素有关。通常是用硬度和韧性作切削加工性好坏的大致判断。一般讲，金属材料的硬度愈高愈难切削，硬度虽不高，但韧性大，切削也较困难。
4、焊接性能（可焊性）：指金属材料对焊接加工的适应性能。主要是指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。它包括两个方面的内容：一是结合性能，即在一定的焊接工艺条件下，一定的金属形成焊接缺陷的敏感性，二是使用性能，即在一定的焊接工艺条件下，一定的金属焊接接头对使用要求的适用性。
5、热处理工艺性能：是将材料放在一定的介质内加热、保温、冷却，通过改变材料表面或内部的组织结构,来控制其性能的一种综合工艺过程。钢的热处理工艺性能主要考虑其淬透性，即钢接受淬火的能力。含Mn、Cr、Ni等合金元素的合金钢淬透性比较好，碳钢的淬透性比较差。
2. 金属热处理
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的[4]。
在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。早在公元前770至前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而 变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。
二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。一个显著的进展是1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳；30年代出现露点电位差计，使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。
热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。
加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。
金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。
加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度 ，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得高温组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长。
冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。
3. 金属热处理的发展趋势
3.1. 大力发展多参数热处理和复合热处理工艺
传统的热处理，就主要控制的参数而言，多为常压下的温度时间两个参数的热处理；就工艺方式而言，多为单一的热处理。这样热处理的效果也只能是单一化。为此，要大力发展多参数热处理和复合热处理工艺。
3.1.1. 多参数热处理
1. 真空热处理。这是一种附加压力的多参数热处理。它具有无氧化、无脱碳、工件表面光亮、变形小、无污染、节能、自动化程度高、适用范围广等优点，是近年来发展最快的热处理新技术之一。采用真空热处理技术可使结构材料、工模具的质量和使用寿命得到大幅度的提高，尤其适合于一些精密零件的热处理。预计今后随着热处理行业的技术进步和对热处理工件质量要求的越来越高，真空热处理将会有较大的发展。
2.化学热处理。这是一种附加成分的多参数热处理。普通化学热处理，如渗碳、碳氮共渗、碳氮硼共渗等，分别属于附加单成分、双成分和三成分的多参数热处理。近年来，又发展了许多利用新技术的新型化学热处理，如真空化学热处理，流态床化学热处理、离子渗金属、离子注入、激光表面合金化等，均可提高工件的耐磨损及耐腐蚀等使用性能。
3.1.2. 复合热处理
复合热处理是将两种或两种以上的热处理工艺复合，或将热处理与其它加工工艺复合，这样就能得到参与组合的几种工艺的综合效果，使工件获得优良的性能，并节约能源，降低成本，提高生产效率。
3.2. 采用新的加热源和新的加热方式
在新的加热源中，以高能率热源最为引人注目。高能率热源主要有激光束、电子束、等离子体电弧等。由于高能率热处理的设备费用昂贵等原因，目前我国尚未大量应用，但其发展前景广阔，今后将会成为很有前途的热处理工艺。
在热处理时实现少无氧化加热，是减少金属氧化损耗、保证工件表面质量的必备条件，而采用真空和可控气氛则是实现少无氧化加热的主要途径。
3.3. 采用新的淬火介质和改进淬火方法
无机物水溶液淬火剂和有机聚合物淬火剂是新型淬火介质的发展重点，特别是有机聚合物淬火剂的研究和应用尤为引人注目，其优点是无毒、无烟、无臭、无腐蚀、不燃烧、抗老化、使用安全可靠、且冷却性能好、冷却速度可调、适用范围广、工件淬硬均匀、可明显减少淬火变形和开裂倾向。从提高工件质量、改善劳动条件、避免火灾和节能的角度考虑，有机聚合物淬火剂有逐步取代淬火油的趋势，是淬火介质的主要发展方向，尤其是对于水淬开裂、变形大，油淬不硬的工件，采用有机聚合物淬火剂更是成功的选择。
为了使工件实现理想的冷却，获得最佳的淬火效果，除根据工件所用的材料、技术要求、服役条件等，来合理选用淬火介质外，还需不断改进现有的淬火方法，并采用新的淬火方法。如采用高压气冷淬火法、强烈淬火法、流态床冷却淬火法、水空气混合剂冷却法、沸腾水淬火法、热油淬火法、深冷处理法等，均能改善淬火介质的冷却性能，使工件冷却均匀，获得很好的淬硬效果，有效地减少工件的变形和开裂。
3.4. 研制开发各种新型热处理设备
热处理设备是实现热处理工艺的基础和保证，直接关系到热处理技术水平的高低和工件质量的好坏。热处理设备的设计制造应与热处理工艺密切结合，热处理设备要能满足热处理工艺的要求，提高热处理的质量；同时，要根据热处理新工艺发展的需要，研制开发新型高效热处理设备，用热处理工艺来促进热处理设备的发展。要不断提高我国热处理设备的设计制造水平，增强自我开发和技术创新能力，这对提高热处理炉的性能、节约能源、提高生产效率、降低工艺成本，是十分重要的。热处理炉型要多品种、多规格，并尽可能采用相应的国际标准，要有温度均匀性指标(对于可控气氛炉还要有气氛均匀性指标)，要提高国产元器件和检测仪表的精确度和可靠性，加强产品的质量检验，从而提高热处理行业的整体水平和经济效益。
4. 小结
我国的热处理技术已得到了长足的发展，在热处理的基础理论和某些热处理新工艺、新技术研究方面已达到国际先进水平，但在热处理生产工艺和热处理设备方面还存在较大的差距，主要表现在少无氧化热处理应用少、产品质量不稳定、能耗大、污染严重、管理水平低、成本高。目前在我国工业生产上大量应用的还是常规热处理工艺，今后仍将占有重要的地位和相当大的比重，但正在日益改进和不断完善。要以少无氧化加热、节能、无污染和微电子技术在热处理中的应用为重点，大力发展先进的热处理成套技术，利用现代高新技术对常规热处理进行技术改造，实现热处理设备的更新换代，全面提高热处理的工艺水平、装备水平、管理水平和产品水平，这对于改变我国热处理技术的面貌，赶上工业发达国家的先进水平，将起到积极的促进作用。金属材料科学概论
内容摘要：本文简单地介绍了金属材料的概念、特质及其性能，着重阐述了金属材料的分类、金属材料科学的制备及合成以及金属材料的成型工艺, 同时就金属材料的应用及发展前景提出了看法。
关键词：金属材料；发展和兴起；概念；分类；性能；制备及合成；成型；应用
一、金属材料简介
金属材料的概念
金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。
金属材料的分类
金属材料的分类可按照成分和用途分为两大类。其中按金属成份分类可分为钢铁、有色（非铁）金属和复合金属材料三大类；按材料用途分类可分为结构材料和工程材料。
（一）、金属材料的成分分类
（1）钢铁
钢铁可细分为以下几种：工业纯铁、碳钢、合金钢和铸铁四种。其中工业纯铁为含碳约在0.01% 以下的铁一碳合金；碳钢为含碳在0.01-1.5% 间的铁-碳合金；合金钢为含镍、铬、钨、钒、钛、钴、铜、锰、硅等合金元素的铁一碳合金；铸铁为含碳2.0-4.0% 间的铁一碳合金(也可含其它合金元素)。
（2）有色（非铁）金属
有色（非铁）金属可分为重有色金属、轻有色金属、稀有和难熔金属、稀土金属、稀散金属、贵金属和放射性金属七大类。重有色金属为铜、铅、锌、镍、锡等及其合金；轻有色金属为铝、镁、钛、铍等及其合金；稀有、难熔金属为钨、钼、铂、铌、铪、钒、铬等及其合金；稀土金属为镧、铈、镨、钕、钷、钐等；稀散金属为镓、铟、铊等；贵金属为金、银、铂族金属及其合金；放射性金属为铀、钍、镭。
（3）复合金属材料
复合金属材料主要为以下几种：镀层一镀锌铁皮、钢丝, 镀锡铁皮( 马口铁) 等；渗层一渗铬、渗铝钢板、钢管等；包层一包铜钢丝, 包镍( 及镍合金) 钢板, 农用钢板等；机械混合合金——银一钨、铜一钨合金, 硬质合金, 金属陶瓷等；纤维增强合金一铍丝增强铝合金, 钨丝增强高温合金, 碳、硼丝增强合金等。
（二）、金属材料的用途分类
（1）结构材料
结构材料可主要分为三类：一类为结构钢, 不锈钢, 耐热钢, 耐酸钢, 弹簧钢, 轴承钢, 工具钢, 模具钢, 铸铁( 包括可锻铸铁, 球墨铸铁等) ；第二类为结构用的铝、镁、钦、铜等及其合金；第三类为复合材料一纤维增强, 复层, 蜂窝结构等材料。
（2）功能材料
功能材料主要有以下：精密合金一磁性、导电、电阻、弹性，恒膨胀等材料，低熔点合金；电子材料一半导体，电真空材料，封接材料，消气材料；超导材料一金属、固溶体、金属间化合物；能源材料一太阳能电池材料，制氢、储氢材料, 夹层材料等；医用材料一牙科材料，人造骨骼、关节，记忆材料，医疗器械材料等；催化剂一金属微粉、细丝等。
二、金属材料的特质
疲劳
许多机械零件和工程构件，是承受交变载荷工作的。在交变载荷的作用下，虽然应力水平低于材料的屈服极限，但经过长时间的应力反复循环作用以后，也会发生突然脆性断裂，这种现象叫做金属材料的疲劳。
金属材料疲劳断裂的特点是：载荷应力是交变的，载荷的作用时间较长，断裂是瞬时发生的以及无论是塑性材料还是脆性材料，在疲劳断裂区都是脆性的。所以，疲劳断裂是工程上最常见、最危险的断裂形式。
金属材料的疲劳现象，按条件不同可分为下列几种：高周疲劳、低周疲劳、热疲劳、腐蚀疲劳和接触疲劳。
塑性
塑性是指金属材料在载荷外力的作用下，产生永久变形（塑性变形）而不被破坏的能力。金属材料在受到拉伸时，长度和横截面积都要发生变化，因此，金属的塑性可以用长度的伸长（延伸率）和断面的收缩（断面收缩率）两个指标来衡量。
金属材料的延伸率和断面收缩率愈大，表示该材料的塑性愈好，即材料能承受较大的塑性变形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。此外，塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一定的塑性指标
耐久性
金属材料的耐久性是指在金属材料在使用过程中经受环境的作用，而能保持其使用性能的能力。
硬度
硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。
三、金属材料的性能
金属材料的性能决定着材料的适用范围及应用的合理性。金属材料的性能主要分为四个方面，即：机械性能、化学性能、物理性能、工艺性能。
金属材料的机械性能
金属材料的机械性能指金属在一定温度条件下承受外力（载荷）作用时，抵抗变形和断裂的能力（也称为力学性能）。金属材料承受的载荷有多种形式，它可以是静态载荷，也可以是动态载荷，包括单独或同时承受的拉伸应力、压应力、弯曲应力、剪切应力、扭转应力，以及摩擦、振动、冲击等等，衡量金属材料机械性能的主要指标为强度、塑性、应用范围及韧性。
金属材料的化学性能
金属与其他物质引起化学反应的特性称为金属的化学性能。在实际应用中主要考虑金属的抗蚀性、抗氧化性（又称作氧化抗力，这是特别指金属在高温时对氧化作用的抵抗能力或者说稳定性），以及不同金属之间、金属与非金属之间形成的化合物对机械性能的影响等等。在金属的化学性能中，特别是抗蚀性对金属的腐蚀疲劳损伤有着重大的意义。
金属材料的物理性能
金属的物理性能主要从密度（比重）、熔点、热膨胀、磁性能吸引铁磁性物体的性质、电学性能等考虑。
金属材料的工艺性能
金属对各种加工工艺方法所表现出来的适应性称为工艺性能，主要有以下四个方面：切削加工性能、可锻性、可铸性、可焊性。
四、金属材料的制备与合成
材料制备的质量直接影响零件的后续生产制造和使用性能。下面对以工程领域中铁的制备方法及特点为例作简要介绍。
（一）高炉炼铁
1、高炉炼铁原料
炼铁的主要原料是铁矿石（赤铁矿石、磁铁矿石、褐铁矿石、菱铁矿石），它是由铁的氧化物和含SiO2、Al2O3、CaO、MgO等成分的脉石构成。铁矿石的主要作用是提供铁元素。冶炼前铁矿石经选矿筛分后，破碎磨成粉料，然后烧结成块以备后续冶炼使用。另外，炼铁原料还有燃烧（焦炭）和造渣用的熔剂（石灰石）。焦炭在高炉中的主要作用一是为炼铁提供热源，二是作为还原剂把铁和其它元素从矿石中还原出来。熔剂石灰石的作用是在高炉内受热分解形成CaO和MgO。
2、炼铁设备及过程
炼铁是在高炉中进行的，高炉炉体是由耐火材料砌成，外面包裹钢板的圆截面炉子。为使矿石在炉内充分还原，炉子高度可达几十米。
高炉底部和炉腹被焦炭填充，炉身中装有层层相间的铁矿石、焦炭和石灰石。冶炼过程中，炉底焦炭燃烧产生的高温炉气向上运动，把热量传给炉料，经过一系列的物理化学过程，形成铁液和炉渣滴入炉内。每隔3-4小时放一次铁液，每隔1-1.5小时放一次炉渣。下图为炼铁高炉剖面图。
3、高炉内发生的基本反应
自然界中铁都是以化合物形式存在于铁矿石中，炼铁的实质是在高炉中将铁矿石中的铁还原；将氧化物、磷酸盐、焦炭和矿石中的锰、硅、磷、硫还原，并与碳一起溶于铁液中的一系列物理化学过程。
（1）燃料的燃烧 焦炭的燃烧反应因条件不同，碳与氧之间可能发生四种不同的化学反应。
空气供应充足时，发生完全燃烧反应：C+O2→CO2+34070KJ/kg
空气供应不充足时，发生不完全燃烧反应：C+1/2O2→CO+10270KJ/kg
CO遇到空气时，会燃烧：CO+1/2O2→CO2+23800KJ/kg
焦炭除以上外，还有一个还原吸热反应：CO2+C→CO2-12628 KJ/kg
（2）冶金反应
1）铁的还原。铁主要存在于矿石中的Fe2O3、Fe3O4内，其还原过程是靠高价氧化物向低价转化来实现的。炼铁的主要还原剂是CO，他是由高炉底部厚厚的焦炭层在高温下不完全燃烧产生的。它的还原能力并不强但由于容易在矿石中扩散，故还原效果大大提高。
i）一氧化碳还原铁的氧化物。在1000℃以上还原能力大大提高，它是炼铁过程中的主要还原剂。570℃以上主要还原反应如下：
Fe2O3+3CO===2Fe+3CO2
Fe3O4+CO===3FeO+CO2
FeO+CO===Fe+CO2
ii）固体碳还原铁的氧化物。固体碳的还原作用主要经CO的还原和碳的气化反应共同完成的，即
FeO+CO===Fe+CO2
CO2+C===2CO2
iii）氢还原铁的氧化物。反应式如下：
3Fe2O3+H2===2Fe3O4+H2O
Fe3O4+ H2===3FeO+H2O
FeO+ H2===Fe+H2O
2）锰的还原。矿石中锰也是以氧化物的形式存在，从氧化物中还原锰的过程与还原铁一样，CO依次将从锰的高价氧化物还原为锰的低价氧化物。然后再由固体碳直接将MnO还原成锰。由于MnO与C作用是一个强吸热反应，因此高温有利于锰的还原，其反应为
MnO+C=Mn+CO
3）硅的还原。硅一般存在于矿石中的SiO2氧化物内，SiO2很稳定，所以绝大部分进入炉渣，仅有少量被固体碳还原后进入生铁。SiO2被还原的程度与炉温有关，温度高，硅容易还原，其反应为
SiO2+2C=Si+2CO
4）磷的还原。磷一般存在于矿石中的磷酸钙内，在1000℃以上通过固体碳直接还原，其反应为
（CaO）3P2O5+5C=3CaO+2P+5CO
磷酸钙中的CaO可以与SiO2作用，使P2O5游离出来，从而加速上式还原，其反应为
2（3CaO·P2O5）+3Si02=3（2CaO·SiO2）+2P2O5
P2O5容易挥发，而且与焦炭的接触条件较好，故有利于P2O5的还原，其反应式为
2P2O5+10C=4P+10CO
磷除少量挥发外，大部分还原后都溶入铁液中。
5）脱硫反应。硫是钢铁材料中的有害元素之一。它主要来自于矿石和燃料焦炭，常以硫化铁的形式存在，当石灰石中CaO及固体碳作用后生成炉渣，可以使铁液脱硫。还原剂越多，温度越高，脱硫效果越佳。脱硫后大部分硫进入炉渣，一部分随炉气排出，其余溶于铁液中，其反应式为
FeS+CaO+C=Fe+CaS+CO
6)铁的溶碳过程。由高炉顶部加入的炉料，当下降至1000-1100℃温区时，从铁矿石中还原出来的铁与一氧化碳、焦炭互相作用会溶进大量的碳，使铁的溶点降低，铁在高炉下部开始熔化成铁液流入炉缸。
综上所述，炼铁过程主要发生的是还原反应，在铁被还原的同时，其它非铁元素锰、硅、磷、硫也分别从它们的化合物中被还原，并与碳一起溶入铁中，故生铁中除了含有较高碳外，常常还有一定数量的锰、硅、磷、硫，其中磷硫属于有害元素，应在冶炼时严格控制其含量，因此它们的存在将增加钢铁材料的脆性。
（3）造渣 熔炼过程中，铁料表面的锈蚀物及粘附的泥沙、燃料中的灰分、金属元素氧化烧损成氧化物以及侵蚀剥落的炉材料等相互作用，结成炉渣，其主要成分为SiO2和Al2O3.这种粘滞的炉渣包覆在焦炭表面，不仅阻碍燃烧，而且不利于冶炼。主要采用的是石灰石，造渣时所发生的化学反应为
石灰石分解：CaCO3→CaO+CO2
硅酸盐的形成：CaO+SiO2→CaO·SiO2
熔剂石灰石不仅具有清除杂质和灰膜、加速燃烧反应进行的作用，同时炉渣还可以直接参与冶金反应。
4、产品
（1）生铁和铁合金 生铁是高炉冶炼的主要产品，根据不同的使用要求，其产品有两类：一是炼钢生铁，不同炼钢方法对生铁成分要求不同。二是铸造生铁，占生铁总产量10%-20%，用于生产各种铸造零件的原料。除此之外，高炉中还可以冶炼用于炼钢的脱氧剂和合金添加剂，如硅铁、锰铁等。
（2）炉渣和煤气 炉渣和煤气是高炉冶炼的副产品，炉渣成分与水泥类似，可用来制造水泥、渣砖、陶瓷等材料。高炉煤气可作为燃料，用于炼焦、炼钢和各种加热炉，具有较高的经济价值。
五、金属材料的成型工艺
各种方法制备的金属材料一般在经过铸造、压力加工、焊接和机加工成型，并进行材料改性工艺处理后才能满足不同条件下的服役要求。机加工成型的金属构件，只改变零件的形状和材料的内在质量均产生较大影响。但铸造、压力加工、焊接成型工艺则对零件的形状和材料的内在质量产生较大的影响，从而影响零件的使用寿命。下面简洁扼要介绍铸造、压力加工、焊接成型的基本工艺和应用。
液态金属的成型方法（铸造）
液态金属的成型又称铸造，是机器零件毛坯成型的主要方法之一。将液态金属浇注到铸型型腔中，使其冷却凝固获得一定形状的毛坯或零件的方法称为铸造。这种成型工艺主要有以下优势：可以一次成型内腔、外形复杂的毛坯，这是其它金属成型方法极难实现的；工艺灵活，不受零件尺寸、形状、重量的限制，能满足各种金属材料的铸件生产；成本低，原材料可回收利用。
但铸造成型方法并非尽善尽美，它存在生产工序较多；工艺难控制；废品率高；铸件质量不稳定等问题。液态金属成型工艺根据造型材料不同，主要分为砂型铸造和特种铸造。
金属压力加工
金属压力加工是借助外力的作用，使金属坯料产生塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和力学性能加工方法。由于金属铸态组织往往存在晶粒粗大和组织部均匀等缺陷，所以金属材料经冶炼烧注后，大多要进行各种压力加工，通过压力加工不仅改变了材料的外形，而且是铸锭内部原有的气孔、疏松等缺陷压合在一起，使金属更加致密，组织和性能由此也得到改善。各种钢和非铁合金都具有一定的塑性，因此它们均可以在热态和冷态下进行压力成型。
金属压力加工按加工目的可分为两大类：一类是主要用于生产建筑结构和塑性加工的等截面型材、管材和板材等；另一类主要是用于生产各种毛坯、半成品或成品零件。
焊接
焊接是一种连接金属工艺方法，主要用于制造各种金属结构和机器零件。焊接过程其实质是通过加热或压力等手段，使金属原子扩散与结合，最终将分离的金属材料能够牢固地连接起来。
焊接的方法很多，按焊接过程的特点可分为熔化焊、压力焊、钎焊三大类。
（1）熔化焊 熔化焊简称熔焊，是利用局部加热的方法，将欲连接的两工件结合处加热到熔化状态，并与熔化的填充金属一起形成熔池，冷却结晶后形成牢固地焊接整体。根据热能来源的不同，熔焊又细分为气焊、电弧焊、电渣焊、等离子焊和电子束焊。
（2）压力焊 压力焊是在焊接时无论加热与否，必须对焊件施加压力，使被焊接工件的两接合面紧密接触。压力焊种类很多，其中常用的有电阻焊、摩擦焊、扩散焊等。
（3）钎焊 低于焊件熔点的钎料和焊件同时加热到钎料熔化温度后，利用液态钎料填充固态工件的隙缝使金属连接的焊接方法称为钎焊。钎焊时，首先要除去母材接触面上的氧化物和油污，以利于毛细管在钎料熔化后发挥作用，增加钎料的润湿性和毛细流动性。根据钎料熔点不同，钎焊又分为硬钎焊和软钎焊。
六、金属材料的应用情况及发展前景
金属制品行业包括结构性金属制品制造、金属工具制造、集装箱及金属包装容器制造、集装箱不锈钢及类似日用金属制品制造，船舶及海洋工程制造等。随着社会的进步和科技的发展，金属制品在工业、农业以及人们的生活各个领域的运用越来越广泛，也给社会创造越来越大的价值。
金属制品行业在发展过程中也遇到一些困难，例如技术单一，技术水平偏低，缺乏先进的设备，人才短缺等，制约了金属制品行业的发展。为此，可以采取提高企业技术水平，引进先进技术设备，培养适用人才等提高金属制品业的发展。
金属制品行业的产品将越来越趋向于多元化，业界的技术水平也将越来越高，产品质量会稳步提高，竞争与市场将进一步合理化。随着金属行业的进一步规范，以及相关行业优惠政策的实施，未来，金属制品行业将有巨大的发展空间。汽车零件金属材质热处理节能技术的应用分析
摘要：在汽车零件制造业中，金属材质热处理节能技术作为一种新型的技术手段，因其自身的优势得到广泛的应用。金属材质热处理节能技术的应用既能为金属材质的性能提供可靠的保障，又能解决热处理过程中耗电量大的缺点。本
文在此基础上，就热处理节能技术在汽车零件金属材质中的应用展开论述。
关键词：汽车零件 ；金属材质 ；热处理节能技术 ；应用分析
在可持续发展战略实施背景下，我国的金属行业在生产过程中应当遵循节能减排的原则。金属材质热处理节能技术就是在这样背景下产生的一种新型技术。将热处理节能技术应用到我国汽车零件金属材质中，可以促进工业生产与生态环境保护两者之间的协调统一，能够切实有效落实我国可持续发展理念。笔者结合自身的工作经验，就金属材质热处理节能技术在汽车零件制造业中的应用谈一谈自己的看法和思考。
1 现阶段我国金属材质热处理技术现状分析
1.1 产量低且能源耗费高
在同一阶段，我国的热处理能源消耗量是欧洲、日本等一些发达国家的3倍至4倍。一直以来，能源利用率是国外企业非常重视的一个问题，而我国对这方面的重视程度不够，加上起步较晚，造成能源耗费高。要想降低能源耗费，必须要实现能源的最大化利用，这对可持续发展战略的落实具有重要的意义和积极的作用。
1.2 工艺水平低且设备落后
就目前实际情况来看，我国大多数汽车零件制造厂的金属材质热处理技术较低，现有的工艺水平无法满足生产要求，也不利于可持续发展战略的落实。受到经济条件以及其他各种因素的影响和限制，我国汽车零件制造行业的生产加工设备相对来说也是十分落后的。在工厂生产过程中，金属材质热处理技术的运用虽然比较普遍，但是在节能方面的处理还存在明显的不足之处，需要进一步改进。
1.3 专业人才匮乏
汽车零件金属材质的热处理是一项具有较强专业性的工艺，对人才的技能水平有较高的要求。然而，很多高校都取消了与金属材质热处理技术有关的专业。虽然在人才市场上可以发现与热处理专业具有一定相似性的专业人才，但是从本质上来看还是具有一定的差别性。加上很多的人才都涌向沿海城市，导致人才分布不均匀，内陆的很多汽车零件制造业难以找到高水准、高素质的金属材质热处理专业性人才。
2 汽车零件金属材质热处理节能技术的应用
2.1 真空热处理技术的应用
真空热处理技术是汽车零件金属材质热处理节能技术中一种非常重要的热处理技术，节能效果非常显著。一般来说，在条件和技术成熟的前提下，假如在真空中对汽车零件的金属材质构件进行热处理，就可以有效实现低压渗碳等汽车零件金属材质的表面处理工艺。而且，在表面处理工艺完成后可以直接进行高压气淬，这在一定程度上可以大幅度缩短对金属材料进行热处理的工作时间，从而达到降低能源消耗的目的，这样就顺利完成了节能目标。以现阶段的工艺技术来看，要想获得一个绝对的真空环境显然是不切实际的，一般来说，在低于 10Pa 的环境中进行汽车零件金属材质热处理，可以让真空热处理技术发挥出比较理想的效果。在这种近似真空的环境下，金属材质的表面处理工艺对于汽车零件金属材质的性能影响相对而言也是非常小的，此外还可以避免产生气孔、材料变形等各种问题。相对而言是一种比较理想的高柔性、高清洁度金属材料热处理方式。在国外一些发达国家，约有 20% 的热处理设备采取的都是这种真空热处理技术，我国的真空热处理设备占据的比重还没有达到5%。由此可见，真空热处理技术在我国有非常大的潜力和发展空间。
2.2 激光热处理技术的应用
激光热处理技术是指借助高功率密度激光对汽车零件金属材质进行处理使其达到硬化目标的一种新型工艺。即使是合金金属材料，激光热处理技术同样适用。很多的汽车零件都是合金金属材料制作而成的，而激光热处理技术的应用
既可以保护金属材料的性能，又能达到节能减排的目的。除此之外，激光热处理技术还具有穿透力强等优势。
2.3 化学热处理薄层渗透技术的应用
热处理技术在汽车零件加工业生产中是部分汽车零件金属材质性能得以保障的基础和前提。就目前情况来看，在汽车零件金属材质热处理节能技术中，化学热处理薄层渗透技术是应用比较广泛且取得效果较好的一项技术。在传统的思想观念中，认为化学元素渗透到金属表层中会让金属材质的性能发生改变。而化学热处理薄层渗透技术的应用打破了这个传统的化学概念。化学热处理薄层渗透技术从技术层面对传统的工艺进行了创新了突破。在传统的汽车零件金属材质热处理过程中，加热的时间比较长，而加工时间过长，就会导致耗电量增加，而且产生的污染也会增加。化学热处理薄层渗透技术的应用可以改善这一现状，实现高效节能目的。化学热处理薄层渗透技术相对于传统的技术手段来说可以节约大量的电能，而且还能实现生产效率的提升，实现了高效率、低成本的生产目的。
除此之外，化学热处理薄层渗透技术的应用造成的污染成本也非常小。所以，在汽车零件金属材质热处理中应用化学热处理薄层渗透技术，无论是从环境污染的角度来看还是从节能减排的角度来看都具有非常重要的意义。
2.4 振动时效处理技术的应用
在汽车零件金属材质生产加工过程中，对金属材质进行热处理之后，由于环境条件和工艺的制约，金属材料的内部或多或少都会留下热残余应力、微小裂纹等缺陷，如果不及时对其进行处理，会对汽车零件的使用寿命造成影响，严重时甚至导致整个零件不合格或者损伤，这就需要进行重新加工和处理。从某种程度上说，这是一种资源浪费行为，与节能目的相违背。对于这一问题，振动时效处理技术的应用可以起到有效的改善作用。对于汽车零件金属材料热处理过程中产生的热残余应力等缺陷，振动时效处理技术可以进行消除，这样既能提升产品质量，又能节约资源。
3 结论
综上所述，随着社会的进步和科技的发展，我国汽车零件制造行业以及其他的机械制造加工行业要想获得健康可持续发展，必须要实现金属材质热处理节能目标。本文首先针对当前我国汽车零件金属材质热处理技术的应用现状进行分析，在这个基础上总结了一系列的金属材质热处理节能技术，希望能为汽车零件制造业的可持续发展提供理论上的参考。

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