摘要：金属材料热处理工艺是机械工业的一项重要基础技术，随着科学技术的发展而进步，由传统的单一化热处理向多参数热处理和复合热处理工艺发展已经成为了主流的趋势。金属材料不再只是经过单一的热处理而达到某一单一化的性能效果，而是在新型的热处理工艺（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）下，能得到参与组合的几种工艺的综合效果，通过这样的热处理技术处理的金属材料及金属件的性能和质量才能满足当今工业生产的需求，稳定提高产品的质量，提高企业的效益和降低生产企业的加工成本。因此，研究热处理技术具有很高的现实意义，不仅全方位提高金属材料的性能和质量，而且有效降低了由于传统热处理工艺处理不完全而造成的金属材料的浪费，同时大幅降低了金属材料在生产过程中对环境造成的污染，使得金属材料热处理工艺向一个全新的方向发展。
关键词：金属材料；多参数热处理；复合热处理；单一化；发展趋势
引言
工业生产中，为了得到性能优良和质量保证的金属材料，在热处理工艺的设计中制定正确的工艺，这样不仅会有效提高金属材料需求的性能，而且可以保证金属材料的质量稳定，收到事半功倍的效果，满足工程技术的需要。现今随着金属材料热处理工艺和技术日益创新和优化，热处理对于充分发挥金属材料的性能潜力，提高产品的内在质量，节约材料，减少能耗，延长产品的使用寿命，提高经济效益都具有十分重要的意义。
1金属材料热处理工艺概述
热处理是金属材料通过一系列手段改变其性质及性能的处理过程，主要包括加热、保温及降温等处理方式。当前在生产生活中各个层面均离不开热处理，通过热处理后的金属材料，其硬度增强，同时极大提高了金属材料的柔韧性，使金属材料的抗磨损、抗疲劳能力增强，将通过热处理后的金属材料制成零件，延长了金属零件的使用寿命，一定程度上实现了节能减排的目的，因此，现阶段热处理的作用被人们多广泛认知。与传统热处理不同的是，现代热处理技术转变了加热-保温-降温的简单流程，而是采用更为高级与先进并且可控性和可操作性高的技术对金属材料进行处理，这种热处理技术能够更大幅度，更准确的控制和提高金属材料需要的性能。
2金属材料热处理工艺技术
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 真空热处理技术
真空热处理：这是一种附加压力的多参数热处理。克服了传统热处理技术的不足。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，特别是在进行材料表面改性方面获得了很大的进展，许多新近开发的先进热处理技术，如真空高压气淬、真空化学热处理等，也需在真空下方能实施。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。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。
2.3 复合热处理技术
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。如渗氮与高频淬火的复合、淬火与渗硫的复合、渗硼与粉末冶金烧结工艺的复合等。前述的锻造余热淬火和控制轧制也属于复合热处理，它们分别是锻造与热处理的复合、轧制与热处理的复合。还有一些新的复合表面处理技术，如激光加热与化学气相沉积（CVD）、离子注入与物理气相沉积（PVD）、物理化学气相沉积（PCVD）等，均具有显着的表面改性效果，在国内外的应用也日益增多。
需要指出的是，复合热处理并不是几种单一热处理工艺的简单叠加，而是要根据工件使用性能的要求和每一种热处理工艺的特点将它们有机地组合在一起，以达到取长补短、相得益彰的目的。例如，由于各种热处理工艺的处理温度不同，就需要考虑参加组合的热处理工艺的先后顺序，避免后道工序对前道工序的抵消作用。
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2.4化学热处理技术
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。稀土在化学热处理中的应用（即与稀土共渗），能显着提高渗速，缩短处理周期，并可提高渗层的耐磨性和耐腐蚀性，这是我国的一大特色。此外，固溶化学热处理也是一个值得注意的动向，内蒙农机研究所黄建洪等人开发了含氮马氏体化处理（N*M处理）工艺，这是第一个以获得固溶N的含氮马氏体为目的的渗氮工艺，已成功地应用于剪毛机刀片生产。
2.5 超硬涂层技术
超硬涂层并不是一种单一技术，而是多种涂层技术的合称，其本质是采用多种技术在金属表面制备涂层，该涂层硬度较高，从而实现金属表面硬度的提升。一般用于超硬涂层的物质包括氮化金属、碳化金属、硼化金属及氧化金属等金属衍生物，也包括金刚石、氮化硼、氮化碳、纳米结构及纳米晶等等。将上述物质涂抹于金属表面，采用蒸镀、溅射、沉积、离子镀等高科技形式完成涂层的制备。超硬涂层技术的优势在于方便快捷，对金属材质内部的影响较小，因此，超硬涂层技术是金属热处理中应用最广泛的技术之一，也是当前提高金属表面硬度的主要方式。目前金属热处理涂层技术不断发展，采用更为先进的方式进行金属材料涂层处理，可以更为简单快捷的提升金属材料表面硬度，具有极高的应用效果。
2.6 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策略
3.1对淬火工艺合理应用
在金属热处理工作中，淬火工艺是最为核心化的一项工作步骤，且其发挥着极为重要的作用。不合理的淬火介质，很容易导致金属材料内部出现应力失调。所以在实际的处理过程中，要降低淬火阶段的操作失误情况，工作人员要在原有的工作基础上，对淬火工艺进行合理化的创新，调节冷却的速度，降低材料的变形量，像油和水是常用的淬火介质，为了提升淬火速度，保证冷却效果，当使用水作为淬火介质时，其温度应该被控制在60℃左右；而使用油作为淬火介质的时候，其温度则应该被控制在70℃左右。选择合理的淬火介质，能够降低热处理对材料内部应力产生的影响，对金属材料的变形情况进行控制。
3.2选择科学的冷却方案
在冷却方法的选择上，针对金属材料热处理的工作内容，当前主要有单液淬火和双液淬火这两类。在使用上，单液淬火方法可以提升淬火的工作效率，但是却难以对淬火的速度进行控制，所以工作人员在选择上应该平衡这两种工作方法的使用。
3.3 选择有效的加工方式
在金属材料进行加热、冷却的过程中，选择不同的夹装方法，也会导致加工件形状受到不同的影响。在此过程中，必须要根据零件的实际情况，选择合适的装夹方法，这样才能够对热应力不均匀所导致的变形情况进行避免。在实际工作过程中，可以根据材料的实际要求、特点，对装夹方式进行适当的改变。如果在金属材料加工的过程中需要进行热处理，那么还应该在机械加工过程中预留相应的加工余量，确保热处理过程中金属材料可以具备较为足够的形变余地。完成热处理加工工作之后，可以根据其变形规律，利用淬火变形合格率来提升材料质量，要求所有变形值必须要满足工件的实际规定。
4金属材料热处理技术发展趋势
当前科学技术高速发展下，各种金属材料热处理技术均得以全面提升，尤其是近年来各种先进的金属材料热处理技术层出不穷，极大发展和拓展了我国金属制造行业发展。笔者就当前金属热处理相关文献及学术成果加以研究，认为未来金属材料热处理的技术发展应以可控气氛技术为主，所谓可控气氛是指采用控制气体模式加热金属，从而使金属与气体之间形成化学反应，从而导致金属表面形成一层保护层，这层保护层硬度与柔韧度与所用气体及金属材质具有密切关系。一般而言，多采用氢气、氩气、氮气作为可控气氛，使金属表面氧化、脱碳、增碳。能够有效提升金属材料的硬度，生产中多使用2种及2种以上的气体进行热处理，以达成保护金属表面、提升金属表面硬度的目标。在未来对金属热处理技术认识更为深入之后，笔者相信可控气氛热处理技术必然随之显著发展，这项技术操作难度低、生产效率较高，十分适用于生产之中。
结束语
热处理能改善金属材料的综合机械机能，但热处理过程引起工件的变形是不可避免的。任何因素的变化都或多或少地影响工件的变形倾向和形变大小。在热处理过程中，能够把握工件热处理过程中导致工件变形的主要因素和关键点。通过分析和实践，改进热处理工艺技术，一定能够在热处理工件的形变问题上得到突破，制定出合理的技术措施，保证热处理产品的质量和合格率。
参考文献：
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论文作者:邢宝德
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/1
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