摘要：本文主要针对近些年来涌现的激光热处理、真空热处理、形变热处理等新型热处理工艺进行详细、深度的剖析。本文期望通过金属材料热处理新型工艺的介绍来更好的促进中国热处理行业和制造业更好的发展。
关键词：金属材料：热处理；工艺分析
一、金属材料结构及基本组织
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。
二、金属材料热处理工艺的概述
所谓的热处理便是将金属的材料放到对应的容器之中，对其进行加热、保温、冷却，将材料的表面、内部结构组织进行改变，是对金属材料性能进行控制的一种工艺。从某个角度分析，金属材料热处理工艺的应用，可以进一步增强零部件耐磨损、抗疲劳的能力，还可以提高零件的整体使用强度，保证金属材料的使用寿命。当然从经济角度分析，金属材料热处理工艺能够提高经济效益，节约资源，避免产生污染[2]。热处理工艺则是相关工作人员将金属材料进行加热，在加热到一定温度之后，根据材料大小以及形状不同采取保温措施，并对其进行冷却，其中值得注意的是淬火的应用能够将材料进行加热与保温，并在此之后将材料放入到水中进行冷却，这种方式下金属材料的硬度会得到提高，但是相应的脆度也会得到加强，因此为从根本上降低物体脆性，则需要将经过淬火之后的金属工艺进行保温，而后进行冷却。
三、真空热处理
真空热处理是指在低于一个大气压的环境中进行的热处理工艺，它是真空技术与热处理技术相结合的一种新型的热处理技术。它可以实现其他常规热处理工艺过程所涉及到的过程，但是其热效果的质量得到大幅度的提高，被视为一种具有潜在巨大应用价值的金属热处理工艺。
3.1真空热处理的应用
真空热处理可以实现无氧化、无脱碳、无渗碳等效果，另外还可以去掉金属工件表面的磷屑，能够达到表面光亮净化的效果，因此近年来其应用范围也越来越广，从真空退火的应用延伸到真空渗碳等应用方面。
3.2真空退火
对于金属工件来讲，退火可以改变晶体结构、组织结构，消除组织应力等作用，利用真空退火还可以防止脱碳、除气脱脂、蒸发氧化物从而提高金属工件的表面光亮度和力学性能。实践表明，真空退火时，金属工件的光亮度与体系的真空度、退火温度等有关。对于结构钢来讲，在700～850℃，真空度为133.3×10-2Pa时，平均光亮度为60～70%；然而当真空度提高的话光亮度可以提高到70～80%。因此在生产中可以根据实际情况来加以选择。对于各种不锈钢来讲，只有在高于133.3×10-3Pa真空度条件下退火才能使光亮度达到70%以上。
3.3真空化学热处理（真空渗碳）
随着热处理工艺的不断发展，真空化学热处理的应用也越来越受到重视，真空化学热处理方法能有效的提高金属工件的各项综合性能。在真空化学热处理方法中以真空渗碳工艺较为经典，它是在真空淬火和高温渗碳的基础上发展起来的一种新的热处理工艺。它具有渗碳时间短、作业条件好等优点，有着极为广泛的应用前景。
3.4真空热处理的优点
真空热处理工艺的优点主要体现在：
(1)真空脱气作用。当金属工件表面的氧分压小于氧化物分解压力的时候，金属工件表面的氧化物等杂质就会自动脱附，从而达到净化表面的作用。这样可以提高材料表面纯度，从而提高材料的疲劳强度和耐腐蚀性。
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(2)能耗小，生产成本低。经粗略计算，真空热处理工艺的能量消耗约为常规热处理的50%。
(3)淬火变形小。在真空热处理中，由于加热速率缓慢，工件内外的温差小，因此热应力小，变形小。
(4)和常规热处理工艺相比，真空热处理工艺的稳定性和重复性更好。这样有利于进行试验性的可行性评估和分析，实验的真实可靠性更强。
(5)操作安全，自动化程度高，适合于工厂大规模加工与生产。
四、激光热处理
4.1激光热处理工艺的热学分析
激光照射金属工件表面可以快速加热工件，其输出功率P可以用功率密度和光斑面积S来表示：P=•S（S=d2/4）其中功率密度可以达到109W/cm2，远远大于普通的热源（约107W/cm2），且激光光斑面积可以小至10-5cm2，为普通太阳光最小光斑面积的1/100。因此激光的输出功率可以达到普通热源的104倍。
一般来讲激光辐射在材料内部产生的热处理过程不仅与辐射功率密度有关，而且与作用时间有密切关系。在实际的应用中我们可以控制辐射功率密度和辐射时间来控制能量的输入，从而进行相变强化、非晶态化、重熔合金化等处理。
4.2激光热处理工艺概述
激光热处理工艺主要有激光切割、激光淬灭、激光涂覆等几种工艺方法。
(1)激光切割：该技术是采用激光束照射到金属工件表面的高能量使工件表面局部熔化并蒸发，从而达到局部切割的效果。一般来讲激光切割技术使用的较多的是二氧化碳激光切割技术，它具有切割质量好，精度高，切缝不需要再加工，切割速度快等工艺优点；另外它还是一种安全清洁、无污染的切割技术。
(2)激光猝灭：以高密度能量激光作为能源，迅速加热工件使热量急剧向内层传递和向环境散热，从而产生内部相变的工艺过程。它已经被广泛的应用于冶金、机械、石油化工等领域，特别是在提高轧辊、剪刃等易损件的使用寿命方面效果显著近来在模具、齿轮等工件的强化方面也得到了越来越广泛的应用。
(3)激光涂覆：利用激光束照射金属工件表面使之熔融，然后在其表面进行涂覆处理。在激光涂覆处理过程中，我们需要控制好照射时间和辐射功率密度的条件，从而使覆层具有良好的结合力，保证涂层的涂覆质量。该法具有覆层材料消耗量小，工艺过程容易控制等优点。
五、形变热处理
形变热处理工艺，作为一种新型的热处理工艺方式，是在形变强化和热处理强化基础上发展起来的。人们在生产研究过程中发现，当金属工件在同时受到形变和相变时，奥氏体晶粒发生细化，位错密度提高，晶界发生畸变，能够达到单一形变或者单一相变所不能达到的综合强韧化的效果。形变热处理的方法很多，一般来讲，根据形变与相变过程的相互顺序可以将其分为相变前形变、相变中形变、相变后形变等。近年来，在形变热处理工艺的基础上又发展起来了一些复合形变热处理方法。它是将形变热处理与化学热处理、表面淬火工艺等结合起来而派生出来的。从这些快速发展的复合形变热处理工艺我们可以看出热处理工艺作为一种新型的热处理工艺所体现出来的独特优势和生命力。
结论
金属材料的性能与热处理工艺的制定在机械零件制造中占有十分重要的地位。在生产实际使用中，应准确把握二者之间的关系，有效地提高金属零件的制造水平。
参考文献
[1]李若晨.金属材料热处理工艺探讨分析[J].工程技术:全文版:00268-00268.
[2]王斌武，周晓艳．浅谈金属零件的设计、切削加工及热处理的关系，桂林航天工业高等专科学校学报，2016(4)
[3]刘爽庆,赵洪,李洪彬.金属材料热处理工艺分析[J].南方农机,2017,48(1):120-120.
[4]龚雪婷.探讨金属材料与热处理工艺的关系[J].科技信息,2013(17):157-158.
论文作者:毛威昂
论文发表刊物:《基层建设》2018年第11期
论文发表时间:2018/6/11
标签：工艺论文; 工件论文; 真空论文; 金属论文; 金属材料论文; 激光论文; 表面论文; 《基层建设》2018年第11期论文;