摘 要：我国科学技术水平高速发展，金属冶炼技术已达到一个新的层次。同时数控机床精密加工技术为金属成型精度提供了坚实的基础。但金属制件加工与使用时的变形越来越受到关注。本文分别介绍了金属发展历程及常见热处理技术，分析了金属制件热处理技术与金属材料性能的关系。
　　关键词：金属材料;热处理;残余应力;机械性能;晶格转变;马氏体;金属冶炼
　　一、前言
　　金属作为生产工具被使用源于4000多年前，我国使用金属作为生产工具已有很长的历史。同时，伴随着我国现代科学技术的进步，金属冶炼技术已出现质的飞跃。金属的性能有了很大的改善，同时，生产能耗也有了很大的降低，结束了以前特种钢材需要进口的历史。同时，数控机床技术的革新及精度的提高也是我国金属材料的加工提供了帮助。
　　人类与社会的发展进步离不开金属的促进作用。金属的分类很多，通常可分为黑色、有色以及特种金属。通常，黑色金属按其纯度及含碳量的不同，又被称为工业纯铁、铸铁、碳钢以及铬、锰合金材料。有色金属指除铁、铬、锰等黑色金属以外的其他所有金属包括合金，例如钾、钠、金、银等。特种金属指不同用途的结构被用于特种产品中的功能金属材料。
　　热处理技术主要是通过煤炭、电力等外界能源通过加热、保温、冷却的方式使金属材料微观的结构保持在一定的状态，使其相关性能达到预期指标的一种热处理技术。其中，淬火与退火技术是最原始，最简单的一种热处理技术。而据史料记载，这种技术在古代已经有了广泛的应用。
　　热处理技术是金属机械加工制造中的常用的重要工艺，与其他加工工艺相比，热处理技术不会改变金属材料本身的化学成分，而是通过加热实现晶格重组改变材料内部的显微组织，实现改善材料使用性能的目的。因此，在现实中，金属材料加工基本需要经过热处理。热处理效果的好坏也很大程度关系着金属材料性能，热处理是金属材料使用寿命的保证。
　　二、常用热处理加工技术及方法介绍
　　根据前面所述，热处理是金属材料加工中不可或缺的。热处理技术主要原理是通过加热、保温、冷却的过程从微观改变金属内部或表面的晶格结构，从而获得预期的材料属性。根据热处理的特点及其对金属表面组织的影响，热处理技术又可被分为普通、表面以及特殊热处理技术。
　　常见的热处理工艺主要按加热、保温、冷却三个过程进行对金属处理，但有时由于工艺原因会取消保温这一过程。这些过程互相衔接，相互影响。加热是热处理的重要工序。金属材料进行加热时，工件若暴露在空气中将导致金属表面氧化、脱碳等反应，这种变化对于将损害金属零件的表面性能。因此，一般热处理需在气体保护或熔融盐中加热。金属加热温度直接影响热处理的效果，热处理过程中的温度控制是保证热处理质量的主要因素。不同的金属材料其热处理时的加热温度各不相同。并且金属零部件待温度达到设定要求时，应该在此温度下保温一定时间，使其表面与制件内芯的温度一致，使其微观组织能够完全形成，通常这一过程称为热处理的保温过程，能对晶型的转变提供一定的时间与温度。冷却同样是热处理工艺过程中的关键步骤，冷却方法各有差异，但其目的主要是按照工艺控制冷却速度。一般情况下，退火冷却速度最慢，正火冷却速度较快，淬火冷却速度更快，同时选用的冷却介质也存在差异。
　　三、热处理工艺技术与金属材料性能的关系分析
　　1.热处理工艺与金属材料加工尺寸精度的关系
　　金属制件经过热处理后，在改善金属制件的性能的同时，不可避免的会产生一些变形，导致尺寸精度发生变化。比如金属制件冷却处理会使制件表面及内部残余的奥氏体转变为马氏体，进而使制件体积变大;而制件退火处理则会使金属中碳化物析出和马氏体分解进而使金属体积变小，同时会形成一定的应力松弛，从而使制件尺寸产生变形。
　　2.热处理工艺与金属材料本身的力学性能关系
　　通常机械性能的好坏是衡量金属材料使用性能的基本方法。而机械性能一般分为断裂与拉伸两个指标。断裂性能是指金属材料在外力作用下能够抵抗自身裂纹增大断裂的性能。因而，从断裂性能的角度讲，任何金属或其他材料在微观上均含有裂纹。而据前面所讲，金属材料微观晶格的排列分布是决定金属断裂性能的关键，若金属材料中的晶格排列紧密，错位密度低，则该种金属的力学性能就高。而热处理的基本原理就是细化晶粒，阻碍错位滑移使晶格排列紧密。当金属在一定的温度下，变形大的区域将产生新的晶粒来代替原来的晶粒实现金属再次结晶。实现再次结晶后，原有不对称的晶格形态被破坏而形成新的无错位的晶格分布，从而改变了金属的断裂韧性，实现了金属材料机械性能的增长。
　　3.热处理技术与金属材料制件成型残余应力的关系
　　金属材料残余应力是指在金属进行成型和加工过程中由于内部结构及外力的作用而形成的一种相互平衡的内部作用力。因此，金属工件在后期使用过程中由于传动的作用力和一定环境作用下发生的脆性断裂就是残余应力作用下失去平衡而引起的。金属在进行热处理的整个过程中，由于温度的变化，改变了材料内部的组织结构，产生了金属热应力和相变应力。这种相互的作用力对金属材料制件使用寿命的影响是有害的，将直接减少金属制件的使用寿命。
　　四、结语
　　综上所述，金属零部件机械加工中，热处理工艺技术与金属材料的性能决定着零部件的质量差异。在实际工业化生产使用中，提高两者之间的关系的准确度，才是提高金属零部件精度及性能的重要保证。热处理工艺技术虽可以改善工件的机械性能，提高制件的强度和使用寿命，但引起的制件变形将影响制件的尺寸精度。因此，选择适用的热处理工艺技术，通过现代化模拟技术，通过设计控制或补偿的方式控制由于热处理发生的形变，提高材料的韧性，减少残余应力的产生对提高金属制件热处理产品的合格率有很大的促进作用。
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　　作者简介：
　　王婕（1988.12～），女，汉，籍贯包头，工作单位包头轻工职业技术学院，初级职称助工助教，研究方向金属材料工程，工科学士学位。