金属材料特性及合金元素对热处理性能的影响

金属材料特性及合金元素对热处理性能的影响

吕海

广西南南铝加工有限公司 广西 530031

摘要：在实际生产中，想要有效改善各种材料生产质量，提高各种材料机械性能，需要合适的材料热处理生产工艺。在工业生产中正确运用合理的材料热处理工艺可以达到有效改变某些特殊材料的整体机械力学性能。但是如果这种热处理工艺方式不合理，不但不会有效提高金属材料的整体机械力学性能，反而很有可能会严重破坏金属材料本身原有的力学性能。必须要借助于对金属材料结构与性能进行科学的分析，并选取出与之能够相匹配适应的热处理工艺，从而使金属的机械性能能够有效提升。本文主要就金属材料的性能，合金元素以及与之相匹配的热处理工艺展开具体的分析，并最终就两者关系进行了深入的探讨，希望能够促进我国工业的发展和进步。

关键词：金属材料；特性；合金元素；热处理；性能；影响

1关于金属材料的应用概述

1. 1. 概念分析

金属材料主要包含了纯金属、合金、金属间化合物、特种金属材料等众多方面。经过几百年的发展，人类社会已经掌握了金属的冶炼以及加工方法。按照生产成型的工艺来看，金属材料又可以进一步分为铸造金属、变形金属、粉末冶金材料等。铸造金属材料需要经过铸造工艺来进行加工，对技术有一定的要求。喷射成型金属如今应用也已经比较多，主要是通过特殊的喷射工艺来进行处理，就能够形成特定的形状，获得预期的性能[1]。

1.2金属材料性能

如今衡量金属材料性能的指标已经比较多，主要能够通过工艺性能和使用性能这两种方式来进行具体分析。工艺性能主要针对适应冷、热加工方法的能力，使用性能则更加面向于实践应用，指的是这些金属在加工之后在预期的使用条件下应当具备的性能。在不同的领域中，对金属材料拥有不同的性能需求。航空航天、集成电路领域对金属材料的性能要求极高，加工工艺也比较先进。在日常生活中，对金属材料的性能要求相对比较低，其中铝合金应用最为广泛。铝合金指的是通过向纯铝中加入一些合金元素的方法，使得得到的铝合金材料拥有更好的物理力学性能，硬度更高，可塑性也比较好。镁合金拥有良好的导热、导电性能，在当前汽车生产制造、家用电器领域中得到了广泛应用。钛合金成本相对比较高，但是性能结构十分稳定，抗腐蚀能力十分可观[2]。如今钛合金已经广泛的应用到了航空航天、电子通信、船舶领域中，成为了一种不可或缺的金属材料。

2合金元素对热处理的影响

2.1提高回火稳定性

合金金属元素在进行回火过程中加热有利于合金马氏体的快速分解和熔化残余以及奥氏体的快速转变加热能力；从而提高合金铁素体的熔化再结晶加热温度；由于使合金碳化物难以快速聚集并且长大而可以保持较大的耐热弥散度，提高合金回火对热软化的抵抗力，即提高了不锈钢的合金回火软化稳定性。使不锈钢经过回火后还能具有较好的化学综合的热力学性能，在高度渗碳不锈钢中还原铬可以直接形成大量含铬的活性碳化物，从而大大提高金属材料涂层表面的力学耐磨性。含铬的优质弹簧复合钢在进行热处理时不易发生脱碳。铬钼钢能有效提高机械工具使用钢的机械耐磨性、硬度和红硬性。有良好的回火和稳定性。

2.2产生二次硬化

一些 Mo、W、V 等含量较高的优质钢材在回火时，硬度不是直接随回火处理温度的不断升高而单调增大降低的，而是到某一回火温度(约400℃)后硬度才开始单调增大，并在另一更高回火温度时达到回火峰值，这可能是回火处理过程的二次冷热硬化反应现象，与回火过程析出物的化学性质变化有关。铬钢能大大增加硬化钢的腐蚀淬透性并且具有二次硬化的作用。可有效提高高温低碳钢的材质硬度和提高耐磨性而不使高碳钢变脆；当碳含量浓度超过12%时。使用的钢材具有良好的耐高温化学抗氧化性和低温耐化学氧化性及对介质和耐腐蚀的防锈作用。还可以增加不锈钢的热强性，铬为各种不锈耐酸防腐钢及不锈耐热钢的主要镀铬合金组成元素。

2.3对奥氏体形成速度的影响

合金中的元素例如C、W、V等等都属于碳化物，容易分解形成难以水溶于其他奥氏体的碳氧合金或弱碳化物，影响合金碳的快速扩散，降低了其他奥氏体合金形成碳的速度。而对于Co、Ni等这些属于中性碳化物不能形成碳的元素，可以大大增加属于碳的分子扩散变化速度，使奥氏体的分子形成变化速度大大加快。Al、Si、Mn等金属合金中的元素对整个奥氏体系的形成物在速度上的影响不大。

2.4金属材料和热处理存在的断裂韧性关系

在工业加工各种金属的生产过程中，经常会同时遇到一些金属外壳断裂等情况。在一些实际金属加工中，我们通常可以充分利用这种外力作用，提高产生裂纹的脆性金属材料的柔韧抗裂性，这样也就是所说的断裂韧性。在金属热处理强化过程中，可以通过加强晶体高温强化的功能，让原有金属结构可以实现强化再结晶，该强化过程就是可以利用金属高温强化效应，使原有金属结构达到一定的强化温度，实现等效的轴变性晶粒强化替换已有的变性晶粒，该强化过程一般都是在温度变性强烈的金属区域才会发生。当局部温度达到了一定量的程度，金属材料的热密度就自然会出现达到温度最高点，从而就会产生熔化再结晶的情况。也就是来说，金属在热处理中，温度控制是完成金属材料在热结晶的一个关键，所以在进行实际金属加工中就需要特别注意这一点，想要得到能够激活产生金属热的原子，同时又要使它本身能够快速迁移，首先主要就需要使金属热的加热要达到一定的温度，从而能够实现它的结晶。在金属热处理中的原子断裂是因为可以快速扩散的随着处理温度的不断变化，这样就可以做到更好的有效提高各种金属材料的断裂韧性。

3新型金属材料的发展方向

如今世界各国正在开发新型金属材料方面投入了越来越多的资源，促进了该领域的持续繁荣。相比于传统金属材料，新型金属材料的适用范围更广，拥有更加优质的性能。能够很好的面对大气腐蚀等多种问题。实质上，新型金属材料的发展很大程度上都是基于特定的目标来进行研究的，例如在某一领域中对金属材料的强度要求比较高，但是传统的纯金属材料并不具备这种性能，因此只能通过合成金属研究的方法来解决这一问题。新型金属材料的发展与高分子技术、材料合成技术、加工成形技术的应用息息相关[4]。由于技术的不断发展以及生产加工工艺的不断提升，很多新型的金属材料的价格不断降低，并且拥有更加优质的性能，因此将会进一步替代传统的金属材料，获得更加广阔的应用空间。在此方面，国内还需要进一步加大研究投入，弥补金属材料领域的一些研究空白，尽快抢占国际金属材料市场，实现中国制造的转型升级。相比于传统工业强国来说，国内金属材料研究成果相对于还是比较匮乏，这都需要能够在充分借鉴国内外发展经验的前提下加大创新力度，尽快实现金属材料研究领域的重大突破。

结束语

金属材料的应用提高了现代生活质量，很多工业生产活动都已经离不开金属材料。但是由于社会环境的变化，也对金属材料的发展提出了新的要求。因此就需要针对金属材料的发展状况进行深入研究，加大创新力度，这样才能够更好地满足各行业的实际需求。在实际的工艺技术应用操作过程中，要想使金属材料有良好的应用效果，必须要对金属材料、合金元素的种类和热处理工艺之间的关系进行精准的分析，从而充分寻找认识到彼此之间的密切性和联系性，进而更加全面的了解掌握并有效应用好金属热处理制造技术，以达到大大提升各种金属及零部件的产品质量与制造工艺水平，促进我国工业的发展与进步。

参考文献

[1]张宇峰,边凯舟.金属材料的腐蚀疲劳研究现状[J].云南化工,2019,46(12):37-38.

[2]邹龙庆,曹义威,付海龙,王玥.金属橡胶材料迟滞特性力学模型研究[J].噪声与振动控制,2019,39(06):1-5+199.

[3]张钟灵.论环境设计中金属材料的应用及特性[J].世界有色金属,2019(17):229+231.

[4]尚志超.金属材料特性及合金元素对热处理性能的影响[J].中外企业家,2019(11):140.