合金元素对热处理性能的影响分析

邵雨萱

（聊城大学季羡林学院，山东 聊城 252000）

在工业生产中，要不断提高材料的生产效益，保证其使用的机械性能，就需要选择科学的材料热处理生产工艺。在实际的应用中，有效的材料热处理工艺能够显著增强材料的整体性能，提高其力学性能。然而如果使用的热处理工艺不恰当，不但会影响到整体的金属材料力学性能难以提高，同时可能对其自身的力学性能造成损害。因此，在相关单位中，为了获得更好的市场发展潜力，提高综合竞争力，就需要加强对金属材料的研究。为了获得理想的材料使用的热效果，需要做好金属材料的热处理工艺，掌握在不同热处理效果下，金属合金化学元素产生的变化和影响。

1 金属材料概述

1.1 金属材料定义和重要性

金属元素和金属元素作为主体形成的有金属特征的材料都是金属材料，比如特种金属、纯金属和合金以及金属间化合物等等，都是金属材料，然而金属氧化物除外。金属材料有着很强的可塑性，同时强度高、韧性强，有着很好的耐寒性能，容易锻造和铸造，具有冲压和焊接的性能。

1.2 金属材料分类和特性

一般都将金属材料划分成几种：有色金属、黑色金属和特种金属材料。黑色金属也就是钢铁材料，常见的有铸铁、工业纯铁和不同使用的不锈钢、结构钢以及精密合金和耐热钢等等。在广义看来，黑色金属还有锰铬和其合金。有色金属主要是铬、铁、锰之外的金属和合金，一般包含重金属和轻金属、稀有金属和稀土金属、贵金属和半金属等。其中，有色合金的硬度和强度更大，同时其电阻温度洗系数小、电阻大。特种金属材料中有功能性金属材料和用途不同的结构金属材料。也包含使用快速冷凝工艺得到的非晶态金属材料，和微晶、准晶和纳米晶金属材料，以及功能特殊的合金和金属复合材料，其能够隐身和抗氢，具有形状记忆，十分耐磨等等。

2 热处理工艺和金属材料的关系

在特定的空间中，金属原子和其性能与原子排列的情况和配置等因素息息相关。如果原子在空间排列中，其使用的配置不同，那么在金属原子中，其性能会产生十分大的差距。金属材料进行热处理时，就是将这些工件内部放置到一个加热介质中，不断加热到合适的温度，然后在这个温度条件下保持一段特定的时间，采用不同的加热速度，将金属材料冷却在加热介质中，这样能够将金属材料的结构和其形态以及表面的状态进行改变，从而改变金属的性能。针对一些合金和有色金属，能够选择热处理方式，将其中的一些原子组织排列通过工艺加工的方式直接改变，然而这些金属中包含的一些合金金属元素也能够直接影响到工艺中的热处理水平和效果，直接改变原子组织结构，将其机械性能进行改善。

2.1 金属材料和热处理存在的断裂韧性关系

在工业生产中，金属的加工和生产操作常常碰到一些因素，导致其金属外壳断裂。在实际的操作实践中，我们可以使用外力，增强脆性金属材料的抗裂性能，提高其柔韧性，防止裂纹的产生，也就是通常说的断裂韧性。在该技术的应用中，主要原理是针对一类金属，将其中的很多错位的金属晶体密度实施错位转变，降低其金属错位晶体密度，不断提高材料的使用性能和价值，防止在金属材料使用中产生断裂变形的问题，增强其韧性。在进行加工操作中，主要是利用细晶强化对金属中产生的晶体错位问题进行解决。在强化金属热处理时，要不断提高晶体高温强化性能，使得之前的金属结构能够强化再结晶，在这个过程中可以使用金属高温强化，让之前的金属结构能够满足一定的强化温度，保证轴变性晶粒强化将之前的变性晶粒替换掉，在这个强化操作中，通常是发生在温度变性强烈的金属区域。如果局部温度不断上升到一定的问题，其金属材料热密度也会不断上升，达到最高的温度点，出现熔化再结晶的现象。也就是在热处理金属操作中，温度控制啊保证金属材料热结晶的重要内容，因此在实际金属加工过程中，必须要充分重视这点，要获得激活金属热原子，又可以保证其自身可以快速迁移，就需要对金属进行加热，在其达到一定温度之后，就能够保证实现结晶。

2.2 金属材料和热处理存在的腐蚀关系

金属材料产生的应力腐蚀直接影响到其使用的性能，因此必须要充分重视。金属应力腐蚀的因素是在腐蚀性环境下，在金属拉伸时产生了很大的应力问题，造成腐蚀金属可能因为脆弱出现脆性断裂。在进行金属材料焊接过程中，其自身会出现一些应力残余应力，这些力的改变容易导致焊接金属材料出现开裂或者是腐蚀。将不同的金属材料进行加热，在会后快速冷却，其自身的内部组织结构会产生变化。针对金属材料的外层，采用高温热处理过程中，其不同部位和总体的体积都会产生各个不相同的应力，这也是因为金属材料中的组织结构应力不同和内外层中的残余材料应力不同造成的。因此，在对金属进行热处理时，必须要掌握其冷却速度，才能够掌握金属淬火之后的残余热应力，获得金属淬火之后的质量。因此，在工作人员进行热处理操作中，必须要掌握金属的冷却速度，避免金属应力的增加，从而不断增强金属材料使用的性能。

3 合金元素对热处理的影响

3.1 提高回火稳定性

合金金属元素在回火操作中，加热能够快速分解合金马氏体，将残余熔化，加速奥氏体快速转变的加热能力，帮助合金铁素体快速熔化，之后再次结晶加热。这可以让合金碳化物高效聚集同时长大，并且能够保证强的耐热弥散度，增强合金回火的抵抗力，增强了不锈钢合金回火的软化稳定性。在不锈钢通过回火之后，仍然能够保持良好的热力学性能，在高度渗碳不锈钢中进行铬的还原，能够快速产生很多含铬活性碳化物，这就使得金属材料表面涂层中的力学耐磨性大大增强。在进行热处理操作中，含铬优质弹簧复合钢很难出现脱碳。同时，铬钼钢可以显著增强机械工具中钢使用的强度性能和硬性性能，提高其耐磨性，获得很好的稳定性能和回火性能。

3.2 产生二次硬化

在很多优质钢材中，特别是含W、Mo、V十分丰富的钢材材料中，其硬度并不会伴随着回火温度的提高而出现提高或者是降低，其温度变化是在达到某个临界值之后，一般是400℃，其硬度才能够单调提高，同时在另外一个回火温度中，实现最大的回火峰值，这也是在回火操作中产生的二次冷热硬化原理，和回火操作中析出物的性质息息相关。铬钢可以显著提高硬化钢腐蚀淬透性，同时实现二次硬化效果，能够保证高温低碳钢的硬度不断提高，确保材料的耐磨性和硬度，同时不会让高碳钢变得十分脆。如果碳含量浓度大于12%，应用的钢材就拥有低温耐化学氧化性并保持较高的高温化学抗氧化性，拥有耐腐蚀和防锈的效果。同时，能够不断增强不锈钢热强性，铬也是不同品种不锈耐酸防腐钢和各个不锈耐热钢的重要的组成。

3.3 对奥氏体形成速度的影响

在合金中包含的一些元素都是碳化物，比如C、W、V等等，十分容易分解产生一些弱碳化物和碳氧合金，很难水溶在奥氏体中，阻碍了合金碳的不断扩散，使得其他奥氏体合金产生碳的效率大大降低。但是针对Co、Ni中的一些中性碳化物，难以形成碳元素，能够显著提高碳分子扩散的效率，加速奥氏体分子的产生。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。

4 结束语

综上所述，在当前的金属生产制造过程中，新型的技术对工艺研究提出了更高的要求。在金属材料和热处理工艺中，有着息息相关的作用，因此在选择热处理工艺时，必须要和金属材料性能特点结合起来，关注其二者的相关性，同时金属材料内的合金元素也直接影响着金属材料的整体性能和使用。

因此，在进行工艺技术的具体实践应用中，要在成本一定的情况下提高材料的质量和机械性能，就需要科学地选择热处理工艺。在生产操作中，使用正确热处理工艺能够显著增强一些材料的机械性能，改善其特性。但是如果选择的热处理方式不科学，不但不会增强材料机械性能，同时会将其本来的材料性能破坏掉。因此，为了要保证金属材料的应用获得良好的效果，就需要精准地分析各种合金元素和金属材料以及热处理工艺间的有效的关系，将其中的联系和密切性进行确认，从而更加全面地掌握金属热处理的技术，不断增强各种金属和零件的生产工艺和制造水平，提高产品质量，推动我国工业生产和发展的进步。