金属材料与热处理工艺关系的探讨

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1、金属材料与热处理工艺关系的探讨摘要：本文以实验现象及数据为依据，客观分析了热处理工艺中预热、温度及应力与金属材料组织、性能等之问的关系。关键词：金属材料热处理关系引言工业生产中，许多金属材料为最大限度地发挥材料潜力，需要提高其机械性能。在设计工作中，正确制定热处理工艺可以改变某些金属材料的机械性能。而不合理的热处理条件，不仅不会提高材料的机械性能，反而会破坏材料原有的性能。因此，设计人员在根据金属材料成分及组织确定热处理的工艺要求时，应准确分析金属材料与热处理工艺的关系，合理安排工艺流程，才能得到理想的效果。1、金属材料结

2、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。但用得更多的是它们的合金。金属和合金的内部结构包含两个方面：其一是金属原子之间的结合方式；其二是原子在空间的排列方式。金属的性能和原子在空间的排列配置情况有密切的关系，原子排列方式不同，金属的性能就出现差异。金属材料热处理过程是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度在不同的介质中冷却，通过改变金属材料表面或内部的显微组织结构来改变其性能的一种工艺。因此，对某些金属或合金来说，可以用热处理工艺来改变它的原

3、子排列，进而改变其组织结构，控制其机械性能，以满足工程技术的需要。不同的热处理条件会产生不同的材料性能改变效果，下面就金属的材料的某些性能来分析其与热处理工艺的关系，以便更好的提高材料的机械性能。2、金属材料与热处理工艺的关系2.1金属材料的切削性能与热处理预热的关系金属材料加工的整个工艺流程中，如果切削加7-7-艺与热处理工艺之间能相互沟通，密切配合，对提高产品质量将有很大好处。在金属切削过程中，由于被加工材料、切削刀具和切削条件的不同，金属的变形程度也不同，从而产生不同程度的光洁度。预先热处理主要是应用于各类铸、锻、焊

4、工件的毛坯或半成品消除冶金及热加工过程产生的缺陷，并为以后切削加工及热处理准备良好的组织状态。从而保证材料的切削性能、加工精度和减少变形。提高零件的切削性能。各种材料的最佳切削性能都对应有一定的硬度范围和金相组织。齿坯材料在切削加工中，当齿柸硬度偏低时会产生粘刀现象，在前倾面上形成积屑瘤，使被加工零件的表面光洁度降低。而对齿坯材料进行正火＋不完全淬火处理，切屑容易碎裂，形成粘刀的倾向性减少。并随着齿坯硬度的提高，切屑从带状向挤裂多渡，减少了粘刀现象，提高了切削性能。经固溶处理和时效强化后的铝合金，比铸态或压力加工状态的切削

5、性能好。所以铝合金通常都是先经强化处理固溶处理＋时效；时效，再切削加工。晶粒细小、均匀的组织，不仅改善了切削性能，提高了机械加工精度，而且为最终热处理淬火十回火，保证获得良好的组织和陛能做好准备。2.2金属材料的切边横量与热处理温度的关系切变模量是材料的力学性能指标之一，是材料在剪切应力作用下，在弹性变形比例极限范围内，切应力与切应变的比值。它表征材料抵抗切应变的能力，模量大，则表示材料的刚性强。通过热处理，可以改变材料的性能，同时，材料本身的物理性质也发生改变，切边模量应该也随之变化。从而导致了弹簧的实际伸长量与设计计算

6、的伸长量存在着一定的误差。笔者结合相关实验，分析了热处理与金属材料切边模量变化的关系。工业生产中在选用弹簧钢进行弹簧设计计算时，要用到材料的切边模量和弹簧模量。如果按传统设计资料中给出的切边模量取值，那么，通常计算的弹簧变形量和实际测得的弹簧变形量有较大的误差。这是因为加工后的成品弹簧，特别是热绕成形的弹簧都需经过热处理。而由于材料弹性模量的大小是由原子间的结合力决定的，所以凡是影响原子间结合力的因素都会影响弹性模量的大小。合金成分和组织、温度、形变强化都会对原子间的结合力产生影响，所以经过热处理后材料温度发生了变化，即材

7、料弹性模量发生变化。同时，切边模量G与弹性模量E存在以下关系式：G＝E/21＋u，当其他因素不变时，E变化必然导致G的变化。所以弹性模量的变化使弹簧的特性线早在设计时就已产生了先天性的的误差。因此，笔者认为，在对特性线要求较高的弹簧进行设计计算时，不应按照传统资料的给定值进行设计，应根据弹簧的服役条件，如工作温度、载荷等等确定。只要在相应的回火温度和硬度要求范围内选取切变模量即可。而对于特性线要求不高的螺旋弹簧来说，可以不考虑弹簧经过热处理后的切变模量的变化。2.3金属材料的断裂韧性与热处理温度的关系断裂力学的出发点是，任

8、何材料实际都含有不同数量、不同尺寸的裂纹。提高金属断裂韧性的关键是要减少金属晶体中位错，使金属材料中的位错密度下降，从而提高金属强度。细晶强化是减少金属晶体中位错的一种重要方法，其原理是通过细化晶粒使晶界所占比例增高而阻碍位错滑移从而提高材料强韧性。而金属组织的细化则主要通过热处理后再结晶获得。当冷变形