常用金屬材料及其熱處理

1、常用金屬材料及其熱處理前言：金屬材料的熱處理工藝是工業(yè)生產(chǎn)過程中的重要應(yīng)用 工藝，它在一定程度上對于金屬材料的機(jī)械性能具有決定性的作 用，如何更好的發(fā)揮熱處理工藝在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，并順應(yīng)時代發(fā)展，進(jìn)一步給予工藝創(chuàng)新，同時讓熱處理工藝更適應(yīng)當(dāng)前環(huán) 保主題，是工業(yè)企業(yè)的工作重點，需要工業(yè)企業(yè)給予高度重視， 在工藝設(shè)計過程中，強(qiáng)化創(chuàng)新以及節(jié)能理念， 以更好的為工業(yè)生 產(chǎn)以及發(fā)展服務(wù)。一、金屬材料結(jié)構(gòu)及基本組織在工業(yè)生產(chǎn)中，廣泛使用的金屬有鐵、 鋁、銅、鉛、鋅、鎳、 鉻、猛等。但用得更多的是它們的合金。金屬和合金的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 包含兩個方面：其一是金屬原子之間的結(jié)合方式； 其二是原子在 空間的排列方式。

2、金屬的性能和原子在空間的排列配置情況有密 切的關(guān)系，原子排列方式不同，金屬的性能就出現(xiàn)差異。金屬材 料熱處理過程是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫 度，并在此溫度中保持一定時間后， 又以不同速度在不同的介質(zhì) 中冷卻，通過改變金屬材料表面或內(nèi)部的顯微組織結(jié)構(gòu)來改變其 性能的一種工藝。二、金屬材料熱處理節(jié)能新技術(shù)的應(yīng)用根據(jù)以上分析，可以看出在我國金屬材料熱處理存在很多問 題，無論是技術(shù)落后還是設(shè)備陳舊， 都將直接導(dǎo)致能源利用率十 分低下，能耗過大，這就使得資源浪費嚴(yán)重。就目前情況而言， 筆者認(rèn)為要想在我國實現(xiàn)金屬材料熱處理節(jié)能的目的， 就應(yīng)該從 以下新技術(shù)方面尋找突破口。1、加速化學(xué)熱處理

3、過程的催滲方法 加速化學(xué)熱處理過程的催滲方法就是要提高化學(xué)熱處理速 度，降低化學(xué)熱處理溫度，較少化學(xué)熱處理時間，節(jié)約化學(xué)熱處 理成本，提高化學(xué)熱處理效率，提高提高化學(xué)熱處理效益。 一 是物理催滲法，利用改變溫度、氣壓，或利用特定的物理場（等 離子場、真空、高頻、電磁場等），加速滲劑的分解，活化工件 表面，提高吸附和吸收能力，加速滲入元素的擴(kuò)散等。 常用高 溫化學(xué)熱處理，高壓或負(fù)壓化學(xué)熱處理，高頻化學(xué)熱處理，采用 彈性振蕩加速。二是化學(xué)催滲法，主要有鹵化物催滲法、提高滲 劑活性的催滲方法。在滲劑中加入一種或幾種化學(xué)試劑或物質(zhì)， 促進(jìn)滲劑的分解，去除表面鈍化膜，改善工件表面活化狀態(tài)，提 高滲劑活性

4、和增加活性原子的濃度， 從而提高滲入能力， 改善滲 層質(zhì)量。2、采用真空熱處理技術(shù)在技術(shù)和條件成熟的情況下， 如果將金屬材料構(gòu)件熱處理工 藝放在真空中進(jìn)行， 不僅可以實現(xiàn)低壓滲碳等金屬材料表面處理 工藝，而且可以在表面處理工藝結(jié)束后直接進(jìn)行高壓氣淬， 這樣 一來就可大大減少金屬材料熱處理工作時間， 進(jìn)一步就可降低能 源消耗，實現(xiàn)節(jié)能目的。以目前技術(shù)來說， 絕對真空是無法做到的， 金屬材料真空熱 處理技術(shù)一般在低于 10 Pa 的環(huán)境中就可達(dá)到理想的效果。在 該環(huán)境下，金屬材料表面處理工藝對金屬性能影響也相對較小， 同時也避免了材料變形、 產(chǎn)生氣孔等問題， 是比較理想的高清潔 度、高柔性金屬材料

5、熱處理方法。 該方法已在一些材料熱處理工 藝中得到應(yīng)用，并取得了比較好的效果。在國外有 20%左右熱處理設(shè)備采用真空設(shè)備， 而我國目前為 止真空熱處理設(shè)備在整個熱處理設(shè)備中所占比重還不到5%，可見該技術(shù)在我國有著非常大的發(fā)展空間和潛力。 同時國外真空熱 處理技術(shù)發(fā)展已有近 50 年歷史，無論在生產(chǎn)真空熱處理設(shè)備還 是真空熱處理技術(shù)運(yùn)用上都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于我國。我國金屬材料真空熱處理技術(shù)的發(fā)展到推廣， 還有很長的路 要走。但展望未來，金屬材料熱處理工藝、真空熱處理技術(shù)必須 進(jìn)一步推廣應(yīng)用， 這樣無論對產(chǎn)品性能還是節(jié)約能耗都將是一次 重大突破。3、采用振動時效處理技術(shù)當(dāng)金屬材料進(jìn)行熱處理后， 由于工藝和環(huán)

6、境條件制約， 難免 會在金屬材料內(nèi)部留下微小裂紋、 熱殘余應(yīng)力等缺陷， 如果不進(jìn) 行正確處理， 輕則影響金屬材料在使用過程中的壽命， 重則使該 材料損傷乃至不合格，需重新進(jìn)行加工處理，造成資源浪費，無 法達(dá)到節(jié)能目的。 而振動時效處理技術(shù)就是針對這一問題， 消除 金屬材料在熱處理過程中產(chǎn)生的熱殘余應(yīng)力等缺陷， 從而避免重 復(fù)熱處理，實現(xiàn)節(jié)能。一般情況下，振動時效處理技術(shù)可以直接 節(jié)省電能 20%左右，進(jìn)而節(jié)省燃料資源 40%左右。4、改善熱處理設(shè)備材料，提高能源循環(huán)利用 目前，我國絕大多數(shù)熱處理廠使用的熱處理設(shè)備材料均是普 通材料， 這樣的材料不僅導(dǎo)熱性能差， 保溫隔熱性能更是無法保 障。這就

7、要消耗更多能量來維持金屬材料熱處理工序， 必然導(dǎo)致 了不必要能耗。 如果采用陶瓷纖維等隔熱和保溫性能良好的材料 來代替普通材料， 在節(jié)能方面一定可以取得比較好的效果。 同時 在廢熱處理上， 傳統(tǒng)熱處理工藝并沒有將其很好地利用， 而是直 接排放到外部環(huán)境。 如果用換熱管等裝置將其回收利用， 用來對 爐子進(jìn)行預(yù)熱， 那么將會大大提高能源利用率， 從而達(dá)到節(jié)能的 目的。三、金屬材料先進(jìn)化學(xué)熱處理技術(shù)及應(yīng)用1、金屬材料低溫快速滲碳或碳氮共滲技術(shù) 低溫快速滲碳或碳氮共滲技術(shù)是適用于低溫快速滲碳或碳 氮共滲的節(jié)能新技術(shù)。 該技術(shù)只需利用催滲劑進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓に囌{(diào) 整即可。低溫快速滲碳或碳氮共滲技術(shù)的核心是通過

8、在滲碳?xì)夥?中添加微量的催滲劑，使丙烷、丙酮、煤油等滲碳介質(zhì)在氣氛中 產(chǎn)生部分活性高的正四價的碳離子， 在奧氏體中擴(kuò)散阻力小、 擴(kuò) 散速度快?？蓽p少變形， 減少產(chǎn)品晶粒粗化傾向， 使本質(zhì)粗晶粒鋼滲碳 直接淬火后的馬氏體級別得到一定控制， 顯著節(jié)約能量， 合理利用價格便宜的本質(zhì)粗晶粒鋼， 提高零件的強(qiáng)度和韌性， 進(jìn)一步延 長設(shè)備及其耐熱元件壽命。 在同樣工藝溫度下，低溫快 速滲碳或碳氮共滲技術(shù)可顯著減少工件在高溫階段的保持時間， 防止氧化和脫碳，節(jié)約電費，提高生產(chǎn)效率，減少變形。低溫快 速滲碳或碳氮共滲技術(shù)還可以提高滲碳或碳氮共滲氣氛中碳的 活性，減少炭黑，延長氧探頭壽命。2、金屬材料表面金屬碳

9、化物擴(kuò)散覆層技術(shù) 金屬碳化物擴(kuò)散覆層技術(shù)是在一定的處理溫度下將工件置 于硼砂熔鹽及其特種介質(zhì)中， 通過特種熔鹽中的金屬原子和工 件中的碳、 氮原子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)， 在工件表面擴(kuò)散而形成一層幾 微米至二十余微米的鈦、鈮、鉻、釩等金屬碳化物層。這在一定程度上能夠進(jìn)一步提高金屬表面的抗磨效果， 并全 面提高其機(jī)械性能，是非常有效的熱處理方式。目前在解決冷作模具磨損失效的應(yīng)用其技術(shù)、 質(zhì)量、 成本等 綜合優(yōu)勢明顯。 金屬碳化物擴(kuò)散覆層適合于磨損失效、 在常溫下 工作的工件。由于模具表面硬度大大提高，全面解決磨損、拉毛 等現(xiàn)象，同等工況下，使用壽命平均提高十倍以上。由于擴(kuò)散覆 層與基體冶金結(jié)合，表現(xiàn)出最優(yōu)

10、異的抗剝離性，可反復(fù)處理，論 工件形狀如何， 都能形成均勻的被覆層， 處理過程中模具變形較 ?。槐粩U(kuò)散覆層后的表面粗糙度與處理前大致相同， 若母材表面 加工光滑，擴(kuò)散覆層處理后可直接使用。金屬碳化物擴(kuò)散覆層技術(shù)是在工件表面形成TiC 、 NbC、VC等，使工件表面硬度可達(dá) HV 2200 HV3600HV光潔度可達(dá)Ra0.2 ，模具工件使用壽命大大提高，降低了模具的制作和維修 費用，產(chǎn)品廢品率和次品率大幅降低， 生產(chǎn)過程中不用經(jīng)常拆裝、 維修模具， 勞動效率大幅提高。 由于在部分沖壓加工工藝中可完 全省去原用的磷化、皂化工序，生產(chǎn)過程更環(huán)保、更安全，生產(chǎn) 現(xiàn)場更易于管理。 金屬碳化物擴(kuò)散覆層可直