金屬材料熱處理變形的影響因素和控制策略

柳 喆

（山西鋼鐵建設(shè)（集團(tuán)）有限公司，山西 太原 030003）

針對(duì)熱處理技術(shù)的應(yīng)用，其主要目的是提升金屬材料的性能，以此提升金屬材料的利用率，充分發(fā)揮金屬材料的作用與價(jià)值。但是在當(dāng)前熱處理工藝實(shí)施過程中，其影響因素的存在導(dǎo)致金屬材料極易出現(xiàn)變形的情況，進(jìn)而對(duì)金屬材料應(yīng)用造成負(fù)面影響。所以，需要以影響金屬材料發(fā)生變形的影響因素為切入點(diǎn)，總結(jié)出科學(xué)合理的控制措施，進(jìn)而降低變形現(xiàn)象的出現(xiàn)概率，促進(jìn)金屬材料加工效果的提升。

1 金屬材料熱處理變形的影響因素

（1）應(yīng)力狀態(tài)因素影響。金屬材料熱處理工藝的實(shí)施，受到金屬材料結(jié)構(gòu)問題、密度問題等因素的影響，使得材料呈現(xiàn)出冷熱分布不均的狀態(tài)。針對(duì)熱處理工藝的開展，主要包括加熱、保溫以及處理三個(gè)階段[1]。處于加熱和保溫階段的材料，基于溫度的變化，材料內(nèi)部的應(yīng)力會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致材料變形現(xiàn)象的發(fā)生。在通常情況下，內(nèi)容應(yīng)力的不合理分布，會(huì)加大材料變形的幾率，其發(fā)生頻率相對(duì)較高，影響金屬材料質(zhì)量。

（2）淬火介質(zhì)因素。經(jīng)相關(guān)實(shí)踐研究表明，熱處理工藝的實(shí)施中，淬火介質(zhì)的選用關(guān)乎到熱處理工藝效果，并對(duì)材料變形現(xiàn)象的產(chǎn)生存在緊密聯(lián)系。在實(shí)際熱處理中，針對(duì)淬火介質(zhì)質(zhì)量的選擇，對(duì)金屬材料淬火效果產(chǎn)生影響，其淬火的穩(wěn)定性受到嚴(yán)重制約。此外，介質(zhì)的攪拌速度、方式在一定程度上也會(huì)影響到材料，如若介質(zhì)攪拌法方式不合理，會(huì)導(dǎo)致材料變形幾率的提升。

（3）預(yù)處理因素。預(yù)處理工作的開展主要目的是消除材料中的應(yīng)力，需要在熱處理工藝之前開展。一般情況下，常用的預(yù)處理方式為正火處理方法。雖然此方式可以取得一定的應(yīng)力消除效果，但是受到場地等因素的影響，使得正火過程的冷卻多為材料的堆冷，而這就導(dǎo)致材料在加熱爐內(nèi)的冷卻效果受到極大的影響，呈現(xiàn)出冷卻不均勻的效果，極易造成材料的組織不均[2]?；诖耍M織不均的材料實(shí)施熱處理工藝，極易導(dǎo)致變形現(xiàn)象的出現(xiàn)。此外，如若正火不當(dāng)，也會(huì)提升變形幾率。

2 金屬材料熱處理變形影響因素的控制措施

2.1 注重預(yù)處理變形控制

針對(duì)材料預(yù)處理的開展，要想降低材料變形的幾率，可以結(jié)合情況選擇等溫正火進(jìn)行材料的處理。相關(guān)實(shí)踐研究表明，正火處理過程的有效開展之后，在經(jīng)過等溫淬火進(jìn)行材料的有效處理，可以確保材料結(jié)構(gòu)的均勻性不會(huì)發(fā)生不均勻的現(xiàn)象，以此降低材料發(fā)生變形的幾率。在熱處理工藝實(shí)施過程中，材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)存在差異，所以處理工序環(huán)節(jié)需要依托于材料的實(shí)際結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選用合適的處理工序，進(jìn)而提升熱處理效果，降低變形幾率。當(dāng)然，此預(yù)處理方式的開展具備較高的成效性，但是其成本較高，并且處理時(shí)間相對(duì)較長，所以需要結(jié)合實(shí)際需求合理選擇。該預(yù)處理方式適用于精細(xì)金屬材料加工之中。

2.2 注重冷卻方法合理選擇

熱處理工藝的實(shí)施，其中涉及到材料的冷卻，起到重要的作用，如若冷卻方法的不合理，會(huì)增大材料變形幾率。當(dāng)前，常用冷卻方式分為：①分級(jí)淬火冷卻方式、②單液淬火冷卻方式、③等溫淬火冷卻方式；④雙液淬火冷卻方式。每種冷卻方式具備獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)和缺點(diǎn)，需要基于熱處理工藝實(shí)際需求，選擇合適的冷卻方式：①分級(jí)淬火冷卻方式。其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在應(yīng)力的降低，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料變形結(jié)構(gòu)的改善。而劣勢(shì)體現(xiàn)在需要通過對(duì)鹽液或者是堿液的輔助應(yīng)用，所以適用于精度需求較高的材料；②單液淬火冷卻方式。其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在冷卻方式具備較高的自動(dòng)化與機(jī)械化，有效提升其處理效果。而劣勢(shì)體現(xiàn)在難以進(jìn)行冷卻速度的有效控制；③等溫淬火冷卻方式。適用于精度需求較高的材料，其劣勢(shì)體現(xiàn)在時(shí)間較長，并且成本較大；④雙液淬火冷卻方式。優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在可以提升復(fù)雜結(jié)構(gòu)材料的冷卻效果，而劣勢(shì)體現(xiàn)在需要結(jié)合預(yù)冷操作。針對(duì)不同冷卻方式的應(yīng)用，需要基于實(shí)際需求選擇最佳的方式，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)變形幾率的降低。

2.3 注重淬火介質(zhì)的選擇

如若淬火介質(zhì)選擇的不合理，極易導(dǎo)致材料內(nèi)部應(yīng)力不斷增大，進(jìn)而造成材料變形現(xiàn)象的出現(xiàn)，甚至?xí)斐刹牧祥_裂等問題的出現(xiàn)，進(jìn)而影響到材料的質(zhì)量。當(dāng)前常用的淬火介質(zhì)為油和水。針對(duì)水淬火介質(zhì)的應(yīng)用，在550至650℃范圍之內(nèi)，可以起到良好的淬火效果，并且其冷卻速度較好。但是一旦溫度降低至200至300℃之間，其冷卻效果逐漸降低，并且冷卻速度也會(huì)隨之降低。而隨著冷卻速度的降低，極易導(dǎo)致材料變形現(xiàn)象的出現(xiàn)?；诖?，可以基于實(shí)際情況，適當(dāng)添加鹽液和堿液，以此提升材料的冷卻速度，進(jìn)而降低變形的幾率；而針對(duì)油淬火介質(zhì)而言，主要適用于對(duì)合金鋼的淬火，溫度在550至650℃范圍之內(nèi)其冷卻效果較差，并且冷卻速度無法滿足實(shí)際需求。所以，針對(duì)油淬火介質(zhì)的選擇，可以在加工硬度較高材料時(shí)，選擇油作為淬火介質(zhì)，進(jìn)而降低變形幾率。

2.4 注重對(duì)機(jī)械加工的強(qiáng)化

熱處理工藝在金屬材料加工過程中其工序并不是固定不變的，而是根據(jù)材料的不同，其工藝實(shí)施工序也存在差異。部分材料的加工，熱處理工藝在最后環(huán)節(jié)，而有些材料的加工，工藝在中間環(huán)節(jié)。由于機(jī)械加工處理過程中，針對(duì)余量的情況可以更為簡答的確定，所以需要在實(shí)際機(jī)械加工過程中進(jìn)行加工余量的預(yù)留，可以將多出的部分當(dāng)作材料加工過程中出現(xiàn)變形的被允許范圍。如若材料實(shí)施熱處理工藝完畢，需要進(jìn)行二次加工，可以在實(shí)際加工處理過程中，基于對(duì)材料變形規(guī)律，結(jié)合反變形等方式，來提升材料的合格率，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料變形的有效控制，降低提升材料質(zhì)量。

2.5 注重零件結(jié)構(gòu)的合理配置

材料的零件結(jié)構(gòu)在實(shí)際熱處理過程中也會(huì)受到相關(guān)因素的影響而發(fā)生變形現(xiàn)象。基于此，需要強(qiáng)化對(duì)零件結(jié)構(gòu)的合理配置，基于實(shí)際生產(chǎn)需求，對(duì)材料的薄厚程度進(jìn)行有效控制。在實(shí)際熱處理過程中，要想防止零件結(jié)構(gòu)因應(yīng)力集中而產(chǎn)生形變，需要確保材料的截面保持平整且均勻。要想避免因冷卻速度的不同而產(chǎn)生的變形現(xiàn)象，需要注重提高零件結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。此外，針對(duì)零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，要想降低變形幾率，盡可能在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中避免零件出現(xiàn)棱角、溝槽等。而針對(duì)零件的交界處，需要基于實(shí)際生產(chǎn)需求進(jìn)行圓角過渡的設(shè)置。

3 結(jié)語

要想提升金屬材料熱處理工藝實(shí)施效果，降低材料變形的發(fā)生概率，需要對(duì)當(dāng)前影響材料變形的因素進(jìn)行深入分析，進(jìn)而結(jié)合科學(xué)合理的控制措施來控制變形問題發(fā)生的幾率，以此提升材料加工質(zhì)量。