甘肃庆阳理工中等专业学校韩闰劳
摘要：常规金属材料的热处理是一种综合重要的工艺，也是质量管理的重要环节。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形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。文章分析了热处理工艺分类，工艺技术及热处理工艺缺陷及控制措施。
关键词：常规金属材料；热处理技术；工艺分析
前言
随着科技的进步与发展，对常规金属材料的性能要求也越来越高。采取研制新材料和对常规金属材料进行热处理以此来达到需要的目的。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。从一定意义上来说，常规金属材料热处理这种方法还是比较普遍和实际推广的。
1金属材料热处理工艺分类
一般地常规金属材料的热处理工艺大体上分为整体热处理、表面热处理和化学热处理。
另外在根据加热介质和加热温度和冷却方法的不同，我们又将它分为若干不同的热处理工艺。这在具体的要求中可以根据需要加以处理。经过实践可以知道，在处理常规金属（钢铁）材料热处理的时候一般不会改变加工工件的形状和整体的化学成分，而是我们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来满足我们的需求。但不管是哪一种热处理，都是将加工工件加热到一定温度，保温一定时间，然后以某种速度冷却下来。但是不论怎么样，在绝大多数情况下，常规金属材料的热处理总是要加热到临界点以上的温度，得到所要求的组织和性能。
2金属材料热处理工艺分析
在明确常规金属（钢铁）材料热处理工艺时，首先要知道热处理的主要目的是消除前道工序产生的某些个缺陷，来加以改善材料的工艺性能；还有就是不断提高零件或工模具的使用性能。恰当的热处理工艺可以消除铸、锻、焊件等的某些缺陷，改善其工艺性能。因此，热处理在现代工业中占有重要地位。根据固态组织转变规律，钢的热处理包括三个阶段加热、保温、冷却，来使组织结构改变，从而改善钢材的性能。
图1热处理工艺曲线示意图
2.1热处理中的退火种类
又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主要用于亚共析成分的各种碳钢和合金钢的铸，锻件及热轧型材，这个应用比较宽泛。而去应力退火则是用来消除铸件，热轧件等的残余应力。如果这些应力不予消除，将会引起钢件在一定时间后，或在随后的切削加工过程中产生变形或裂纹。
2.2淬火工艺技术
（1）钢材热处理的制定最终决定了钢材的组织与性能。因此，对钢材的使用寿命起着决定的作用的是钢材热处理工艺参数制定正确与否。钢的淬火温度一般为Ac3+（30～50℃），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。马氏体是碳溶于在α-Fe中的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。一般有两种类型，在低、中碳钢中的板条状马氏体和在高碳钢中的片状马氏体。实验表明，在低碳钢中几乎均为板条状马氏体，其亚结构主要以位错形式存在，具有较高的塑性和强度。片状马氏时间温度加热冷却保温体出现在高碳中，其形态呈针状和竹叶状，孪晶为其主要亚结构形式，因此又称为孪晶马氏体，硬度高脆性大。混合型马氏体组织是在中碳钢中出现，并且以板条状为主。当淬火温度超过Ac3温度以上时，且经过保温后使奥氏体的化学成分均匀化，淬火后才能得到均匀一致的马氏体。如果加热温度低于Ac3温度在Ac1与Ac3温度之间的话，这时钢的组织将是铁素体与奥氏体的整合组织。淬火后奥氏体发生马氏体转变而铁素体不发生变化，最终得到马氏体与铁素体的混合组织，为不完全淬火组织。不但硬度低，更严重的是工件在回火后力学性能变坏。因此必须将钢加热Ac3Ac3温度以上。但不能超过温度过多，如果超过太多，工件将出现显著的过热现象，奥氏体晶粒易粗大，淬火后得到极粗的马氏体组织，即为过热组织，使工件的力学性能降低，特别是冲击韧性下降，同时增加了淬火钢的应力。（2）淬火保温时间。淬火保温时间也是淬火工艺的重要参数之一。保温时间不宜过长，时间太久不仅浪费能源，还会引起奥氏体晶粒的粗化，淬火后硬度降低，同时脆性增加，并且容易引起工件表面氧化脱碳。加热时间太短，组织转变还未充分进行，淬火后达不到所要求的性能。所以经过综合考虑，本实验的热处理保温时间为。0.5h
2.3回火目的
所谓回火它是将经过淬火的工件重新加热到低于下临界温度的适当温度，保温一段时间后在空气或水、油等介质中冷却的金属热处理工艺。或将淬火后的合金工件加热到适当温度，保温若干时间，然后缓慢或快速冷却。这样做的主要目的是满足加工工件所要求的机械性能，获得稳定工件尺寸，降低脆性，消除或减少内应力。但是要注意，回火温度越高，渗碳体质点越大，弥散度越小，则钢的硬度和强度越低，塑性、韧性较高。这时候的组织主要是回火索氏体。
2.4冷却介质的确定
淬火介质是使钢从奥氏体组织变为马氏体组织的冷却介质。冷却速度越快表明冷却介质越好，当冷却速度大于钢的临界冷却速度时，工件容易淬硬，并且淬硬层深度随着冷却速度的加快而加深。冷却速度不宜过大，太大会使工件产生变形或开裂。试样在650℃为了降低淬火热应力，冷却速度应较缓慢；当在650～400℃之间时，为了避免发生珠光体或贝氏体转变，应使试样快速通过此区域，所以应加快冷却速度；在Ms点附近400℃以下时，应缓慢冷却，因为此时已经开始发生马氏体相变，如果冷却速度太快会产生马氏体组织应力。因此，在保证马氏体组织并且减少淬火应力引起的变形和开裂的前提下，选择冷却介质。常用淬火介质有静止自来水、10%、15%NaCl浓度的水溶液、5%Na2CO3浓度的水溶液、机油、锭子油等。
3金属材料热处理工艺缺陷及控制
在实际的金属（钢铁）材料热处理工艺时，难免会出现这样那样的失误，导致加工工件质量不过关。比较常见的现象是过热现象，断口遗传现象，脱碳和氧化现象等。出现产生断口遗传的理论争议较多，曾因加热温度过高导致，而冷却时这些夹杂物又会沿晶接口析出，受冲击时易沿粗大奥氏体晶界断裂。这要求我们必须采取一定措施预防。如若在金属（钢铁）材料热处理时，出现了氢、二氧化碳及水蒸气等发生反应时，出现了氧化等现象，我们要及时采取把工件表面涂料，用不锈钢箔包装密封加热、采用盐浴炉加热、采用保护气氛加热（如净化后的惰性气体、控制炉内碳势）、火焰燃烧炉。出现氢脆现象时候，我们可以通过除氢处理（如回火、时效等）也能消除氢脆，采用真空、低氢气氛或惰性气氛加热可避免氢脆。