基于金屬材料熱處理變形及開裂處理技術(shù)

李建國(guó)，陳艷輝

（1.郴州市中馬汽車空調(diào)有限公司，湖南 郴州 423000；2.郴州市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 郴州 423000）

對(duì)金屬材料實(shí)施熱處理，能有效改善其性能，滿足后續(xù)制造加工要求。但金屬材料在熱處理過程中容易產(chǎn)生變形和開裂，影響后續(xù)加工制作時(shí)的正常使用。因此，有必要根據(jù)變形與開裂的影響因素，制定有效的預(yù)防及處理技術(shù)措施。

1 影響因素分析

金屬材料經(jīng)冷處理后，會(huì)使殘留下來的奧氏體變?yōu)轳R氏體，導(dǎo)致金屬的體積有所增加；而低溫回火與時(shí)效將對(duì)金屬變形造成以下兩種影響：其一，馬氏體分解且碳化物不斷析出，導(dǎo)致金屬的體積減??；其二，應(yīng)力松弛，導(dǎo)致金屬發(fā)生畸變[1]。

原始組織對(duì)金屬有變形約束作用，通過調(diào)質(zhì)處理，能對(duì)金屬設(shè)計(jì)變形量進(jìn)行控制，確保淬火變形變得規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對(duì)變形的有效控制。熱處理的目的在于對(duì)金屬性能進(jìn)行改善，包括抗氧化性及耐磨性。但熱處理有效深度有限，為了使?jié)B透層發(fā)揮應(yīng)有作用，需在熱處理以后進(jìn)行磨削加工，這對(duì)金屬而言，其變形糾正難度相對(duì)較大。

2 變形與開裂處理

在變形和開裂的預(yù)防處理過程中，首先需要遵循以下幾項(xiàng)基本原則：其一，科學(xué)性原則，任何一項(xiàng)控制和處理措施的應(yīng)用都要具備良好的科學(xué)性，只有這樣才能發(fā)揮良好的處理效果；其二，易操作性原則，針對(duì)金屬材料制定的變形和開裂控制措施要盡可能的便于操作，以免由于操作難度較大而難以達(dá)到預(yù)期的控制和處理效果；其三，實(shí)用性原則，這一原則是指要減少變形與開裂預(yù)防和處理的人力物力，并避免對(duì)金屬材料完成熱處理后的品質(zhì)造成影響，確保熱處理工藝發(fā)揮應(yīng)有作用效果，為之后的加工制作奠定良好基礎(chǔ)[2]。

2.1 做好處理前預(yù)處理

熱處理的正火與退火將對(duì)金屬產(chǎn)生的變形造成很大影響。在正火過程中，由于溫度相對(duì)較大，會(huì)使金屬內(nèi)部變形明顯增加，對(duì)此，在熱處理開始前，需做好溫度控制。通過實(shí)踐，完成正火處理以后，可采用等溫淬火這一方法來保證金屬內(nèi)部達(dá)到均勻，實(shí)現(xiàn)對(duì)變形的有效控制。另外，為保證正火處理達(dá)到良好效果，根據(jù)材料結(jié)構(gòu)特征，對(duì)退火工藝進(jìn)行科學(xué)合理的選取，以此溫度梯度對(duì)金屬造成的影響，使熱處理過程中的變形得到有效控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)處置質(zhì)量及水平的有效改善[3]。

2.2 做好淬火處理

淬火冷卻在熱處理中是一道重要工序，如果在這一環(huán)節(jié)中所用淬火介質(zhì)不合適，將使金屬內(nèi)部應(yīng)力大幅增加，導(dǎo)致金屬內(nèi)部產(chǎn)生變形與破壞。對(duì)此，為了對(duì)熱處理過程中淬火的有效控制，避免操作不當(dāng)，需要從現(xiàn)有工藝方法入手，做好淬火處理。首先，在淬火冷卻過程中，需要對(duì)淬火的速度進(jìn)行嚴(yán)格控制，如果淬火的速度超出標(biāo)準(zhǔn)要求，則會(huì)使金屬冷卻無法達(dá)到均勻，導(dǎo)致金屬產(chǎn)生變形。通常情況下，水油為最常用淬火介質(zhì)，其在550℃～650℃的溫度范圍內(nèi)的冷卻速度為600℃/s，即便是在200℃～300℃的溫度條件下，也能有270℃/s以上的冷卻速度。在這一過程中，金屬材料正完成馬氏體轉(zhuǎn)變，如果冷卻的速度太快，將使金屬產(chǎn)生變形或開裂。若在水中添加一定量鹽、堿，還能進(jìn)一步加快冷卻速度，比如在550℃～650℃的溫度范圍內(nèi)的冷卻速度達(dá)到1100℃/s，但在200℃～300℃的溫度條件下，冷卻速度基本保持不變，基于此，鹽水與堿經(jīng)常用于碳鋼冷卻，但這也是導(dǎo)致金屬變形和開裂的主要原因。

因此，在實(shí)際的淬火工藝過程中，需要尤其做好冷卻，使用事宜的冷卻介質(zhì)[4]。

2.3 保證零件結(jié)構(gòu)配置的合理性

在金屬熱處理及其冷卻過程中，金屬零件結(jié)構(gòu)也會(huì)對(duì)其變形造成影響。因金屬中厚度較大的部分冷卻速度較慢，而厚度較小的部分冷卻速度較快，所以實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)減小薄厚差。

為對(duì)過渡區(qū)中因應(yīng)力集中產(chǎn)生的變形與開裂進(jìn)行有效控制，需要使零件的界面保持均勻；未對(duì)由于冷卻速度不均造成的變形進(jìn)行控制，還需要使零件結(jié)構(gòu)與其材料成本保持對(duì)稱。零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要盡量避免棱角和溝槽的產(chǎn)生。另外，在零件薄厚交界處與臺(tái)階處還要進(jìn)行圓角的設(shè)置來過渡，對(duì)于厚度不均勻程度較大的零件，可通過預(yù)留加工量來有效處理[5]。

2.4 采用合適的裝夾方式

為對(duì)金屬在熱處理過程中產(chǎn)生的變形進(jìn)行有效控制，應(yīng)保證加熱與冷卻的均勻性，使金屬的熱應(yīng)力保持均勻，使生成的組織，其應(yīng)力處在相對(duì)均勻的狀態(tài)，為了達(dá)到這一效果，需要使用合理可行的裝夾方式。比如，對(duì)盤類工件而言，需要和油面始終保持垂直，而對(duì)軸類工件而言，需要使用立裝的方法。

針對(duì)且科學(xué)合理的使用墊圈，能起到保證應(yīng)力分布均勻的作用，如支承墊圈與疊加墊圈。

2.5 加強(qiáng)機(jī)械加工控制

金屬材料完成熱處理后還要進(jìn)行機(jī)械加工，根據(jù)金屬材料具有的變形規(guī)律，可使用反變形方法及收縮端預(yù)脹孔方法，以此對(duì)金屬材料由于熱處理產(chǎn)生的變形進(jìn)行控制。與此同時(shí)，在進(jìn)入到最后一道工序后，需要對(duì)熱處理造成的變形的允許量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，變形量要根據(jù)上一道工序相應(yīng)的加工尺寸進(jìn)行明確和調(diào)整。對(duì)此，應(yīng)根據(jù)金屬材料自身變形規(guī)律，在熱處理開始前做好對(duì)尺寸的預(yù)先修正，進(jìn)而提高熱處理質(zhì)量，使經(jīng)過熱處理后的金屬材料能夠達(dá)到要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)金屬材料在進(jìn)行熱處理后產(chǎn)生的變形進(jìn)行影響因素與處理方法的分析研究，能為金屬材料加工制作提供可靠參考依據(jù)，盡可能減少變形與開裂的產(chǎn)生，使熱處理這一工藝得到良好應(yīng)用。

對(duì)相關(guān)技術(shù)人員，應(yīng)持續(xù)研究和總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，明確熱處理過程中變形控制需要遵循的基本原則，并根據(jù)熱處理的具體情況，通過做好處理前預(yù)處理、做好淬火處理、保證零件結(jié)構(gòu)配置的合理性、采用合適的裝夾方式、加強(qiáng)機(jī)械加工控制，使經(jīng)過熱處理以后的金屬材料其變形量處在允許的范圍內(nèi)，并防止開裂現(xiàn)象的發(fā)生。