淺談影響金屬熱處理變形的因素及改善措施

摘 要：在金屬材料的加工處理過程中，都需要對金屬進行熱處理，從而改變其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和組織，提高其機械和化學作用，改善性能的使用性能。但是在金屬材料的熱處理過程中，常常會出現(xiàn)一定的變形，因此為了減少熱處理所導致的變形對于材料的性能影響，應當采取積極的改善來預防和改善變形。

關鍵詞：金屬熱處理；變形；措施

在金屬材料的加工過程中，為了改善材料的物理和化學性能，使其能夠更好的滿足加工工藝的需要，常常要進行熱處理。金屬材料的熱處理是通過一定的方式進行加熱、保溫以及冷卻的過程，通過熱處理可以有效地改變金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而增強其使用性能。在熱處理的過程中，常常還伴隨著金屬材料的變形，因此應當加強其變形的研究。

1 影響金屬熱處理變形的相關因素分析

在金屬的熱處理過程中由于材料的性質(zhì)和外界因素的影響，導致了其加熱和冷卻不均勻、不等時性等特點，熱處理中的溫度梯度變化都會引起金屬材料內(nèi)部應力的作用。金屬材料在一定條件下，就會產(chǎn)生內(nèi)應力變形的情況。內(nèi)應力變形常常具有比較明顯的特征，例如內(nèi)應力變形常常不會改變工件的體積，但是卻常常影響工件的形狀和結(jié)構(gòu)，而且具有比較明顯的方向性。同時內(nèi)應力所導致的變形中工件每一次進行熱處理之后，都會產(chǎn)生應當?shù)谋憩F(xiàn)，而且其變形量隨著熱處理次數(shù)的增加而增加。

在金屬的熱處理中基本由加熱、保溫以及冷卻三個階段組成，在實際的熱處理中包含了正火、淬火、回火、退火等多種加工工藝。但是在熱處理的過程中常常需要到各種參數(shù)，例如加工的周期、溫度等。如果其中的溫度測量不準確，那么就難以進行正確的熱處理，從而導致其變形過大，甚至產(chǎn)品報廢的情況。因此溫度成為了影響金屬熱處理效果的關鍵，也是熱處理工藝的關鍵參數(shù)。

2 降低金屬熱處理變形的措施和方法

為了有效地減少熱處理所導致的變形，其關鍵在于選擇合適的熱處理工藝。通過將不同的熱處理工藝進行有效的結(jié)合，既能夠達到改善性能同時又能夠達到減少變形的目的。為了有效的保證工件在熱處理后的精度，可以通過研究金屬工件熱處理變形規(guī)律的方法，在加工時進行干預處理，從而使工件在熱處理之后的尺寸每個滿足設計的要求。這對于工件的變形規(guī)律提出了比較高的要求，同時工件的變形也應當滿足一致性的要求。這種方式等于金屬的熱處理要求比較高，是一種比較理想的方法。為了改善金屬熱處理的變形情況，可以采取以下幾個方面的措施：

2.1 做好熱處理之前的預處理。金屬熱處理的不同工藝，例如正火、退火等都會影響到金屬的最終變形量。正火中的溫度過高，都會導致金屬材料內(nèi)部的變形增大，因此在工件的熱處理之前都需要進行控制溫度的正火處理。在研究中發(fā)現(xiàn)在正火處理之后，可以采用等溫淬火的處理方法來提高金屬材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)的均勻性，從而減少其變形。對于不同的工件的結(jié)構(gòu)特點，應當采用不同的熱處理工序，從而可以有效地減少熱處理中的變形，并且使熱處理中的變形能夠相互的抵消，從而達到改善變形的目的。這種方法一般比較復雜，花費的時間比較多而且成本比較高，對于一些要求精度比較高的零部件可以考慮采用這種方法。

2.2 做好淬火處理工藝。淬火冷卻是熱處理中的關鍵，如果采用了不合理的介質(zhì)，那么就會導致工件內(nèi)部比較大的應力，從而引起工件的變形或者開裂，因此在淬火冷卻的過程中應當保證穩(wěn)定的速度。金屬淬火冷卻過程對于變形的影響也比較大，如果熱冷卻處理的速度越快，那么冷卻也就越不均勻，從而工件的內(nèi)部壓力也將越大，導致了工件的變形也越大。在淬火冷卻的過程中常常采用水和油來作為介質(zhì)，水在550℃-650℃的范圍內(nèi)的冷卻速度比較大，但是在200℃-300℃的范圍年其冷卻速度雖然已經(jīng)大幅下降，但是速度仍然比較大，最終容易引起金屬材料的變形。但是如果在水中加入一定的鹽和堿，那么可以有效的提高在550℃-650℃之間的冷卻速度，但是保證了200-300℃之間的冷卻速度不變。雖然鹽水或者堿水都都常常用來作為淬火的冷卻介質(zhì)，那么都容易引起金屬材料的變形。油在200-300℃之間的冷卻速度比較慢，可以有效地解決金屬材料在淬火時的變形情況。但是油在550-650℃之間冷卻速度不大，只能用在合金鋼的淬火冷卻中。因此在硬度要求一致的前提下，應當盡量使用油來作為介質(zhì)，油和水在其它條件相同的情況下，油性介質(zhì)的冷卻速度比較慢，而水性介質(zhì)的冷卻速度比較大，從而對于金屬的變形影響比較大。

2.3 冷卻方法的選擇。在金屬材料的熱處理中，冷卻也是其關鍵的步驟。常見的冷卻處理方法有雙液淬火、單液淬火法、等溫淬火以及分級淬火法等，其中單液淬火的方法能夠有效的滿足自動化和機械化的需要，但是其缺點是難以控制淬火冷卻的速度，而且水淬法容易產(chǎn)生變形，而油淬法容易導致工件硬度不均勻以及硬度不足的現(xiàn)象。雙液淬火法是將加熱的工件先放在進行冷卻速度比較快的介質(zhì)中冷卻到300℃左右，然后再立即放入到冷卻速度比較慢的價值中到冷卻。例如對于結(jié)構(gòu)比較復雜的碳鋼工件常常采用水淬和油淬相結(jié)合的方法，先在水中冷卻到300℃之后再放到油中進行冷卻；對于合金鋼來說，常常需要采用油淬和空氣冷卻相結(jié)合的方法。在保證工件硬度的要求下，盡可能的采用預冷的方式。分級淬火冷卻的方式，能夠有效地減少工件內(nèi)部的熱應力和組織預冷，對于改善一些結(jié)構(gòu)比較復雜的工件變形具有重要的幫助。分級淬火是先將加熱的工件放到溫度比較高的堿液或者鹽液中，持續(xù)2-5分鐘待工件內(nèi)外溫度一致后放到空氣中進行冷卻。但是這種冷卻方法由于溶液的冷卻能力比較低，所以只適用尺寸比較小以及尺寸精度要求比較高的工件。對于一些結(jié)構(gòu)特別復雜以及精度要求比較高的工件，可以考慮采用等溫淬火冷卻的方法。

2.4 夾持方法的選擇。不同的夾裝方法對于零部件的熱處理過程中的變形也具有一定的影響，選擇合理的裝夾方式可以使工件熱處理過程中受熱和冷卻均勻，對于降低金屬組織的應力不均以及變形都具有重要的意義。具體可以考慮使用支承墊圈、補償墊圈、疊加墊圈等方式，有花鍵孔的零部件可以考慮使用花鍵心軸等方式。

3 結(jié)束語

溫度作為影響熱處理變形中的關鍵因素，通過采用合理的熱處理工藝可以有效地降低變形的不利影響，從而提高工件的抗變形能力，增強內(nèi)部的應力。通過控制熱處理中的溫度變化，可以有效地改善加熱、冷卻過程中的溫度變化區(qū)間，使工件的溫度達到均勻和一致性，減少了熱應力的不利影響，從而改善了工件的變形情況。同時采用合理的熱處理工藝，能夠有效地降低熱處理的時間，這對于改善工件的變形也具有重要的幫助。

參考文獻

[1]白鈺枝.影響金屬熱處理變形的因素及改善措施[J].無線互聯(lián)科技，2013，（1）：174.

[2]羅軼.怎樣減小金屬熱處理變形[J].中國化工貿(mào)易，2013，（11）：136-136，193.

[3]張利云.淺談如何減小金屬熱處理變形[J].科技資訊，2013，（23）：94.

[4]孫大林，崔巧娜，劉晨蕊等.淺談如何減小金屬熱處理過程中的變形[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2014，（1）：204-204.

作者簡介：龐勃（1980，6-），男，籍貫：吉林省松原市，職稱：講師，學歷：碩士，主要研究方向：金屬材料。endprint