金屬材料熱處理變形的影響因素和控制策略

梁晶晶

摘要：在當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)中，金屬材料需要滿足多樣化和專業(yè)化的需求，相關(guān)企業(yè)在金屬材料的加工中融入了熱處理技術(shù)，利用這種技術(shù)方式，對金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，展開有效的調(diào)整和優(yōu)化，進(jìn)而達(dá)到提升材料自身性能的目的。本文著重解決在對金屬材料熱加工中影響變形的原因，以及解決辦法，以此來提高在金屬材料加工當(dāng)中的難題。

關(guān)鍵詞：金屬材料；熱處理變形；影響因素；控制策略

在金屬加工制造領(lǐng)域，熱處理技術(shù)應(yīng)用相當(dāng)普遍，改善了金屬材料的物理及化學(xué)性質(zhì)，使之內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變和優(yōu)化，其性能大幅提升，滿足了多樣化的應(yīng)用需求。但是在具體的操作實(shí)踐中，金屬材料熱處理對整個工作環(huán)境及技術(shù)應(yīng)用有著極高要求，需結(jié)合實(shí)際情況對其操作工藝進(jìn)行創(chuàng)新優(yōu)化，減少金屬材料熱處理變形量，進(jìn)而推動金屬加工制造行業(yè)發(fā)展。

一、金屬材料熱處理變形的影響因素

1.時效與冷處理

金屬材料熱處理時會有低溫回火的情況，低溫回火與時效會造成兩種金屬變形的情況，分別為馬氏體分解和碳化物析出，使金屬材料的體積減小，出現(xiàn)變形大的情況；還有應(yīng)力松弛影響，這種情況會造成金屬材料出現(xiàn)畸形的狀態(tài)。其中，冷處理的方式會造成殘存金屬材料中的奧氏體逐步轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，使金屬材料體積發(fā)生變化，最終出現(xiàn)變形。

2.表層性能、原始組織

1）金屬材料熱處理主要是為了提高其材料的表層相關(guān)性能，例如增強(qiáng)金屬材料表層抗氧化的能力和減少金屬材料表面的磨損程度等。但熱處理層的深度有限，為使已滲透層發(fā)揮有效作用，那就應(yīng)在熱處理之后，只對材料進(jìn)行磨削加工處理，然而一般的金屬材料想要進(jìn)行熱處理變形矯正的難度卻很大。

2）在金屬材料淬火前相關(guān)原始組織通常會對材料造成影響，比如影響碳化物的數(shù)量、形態(tài)和合金元素的偏差、影響淬火所產(chǎn)生的纖維的方向等。為了實(shí)現(xiàn)金屬材料變形量的減少，可采取一些有效的調(diào)質(zhì)處理，從而使金屬材料淬火中的變形更有規(guī)律可言，繼而達(dá)到防范變形的目標(biāo)。

二、金屬材料熱處理減少變形應(yīng)遵守的原則

1.遵守科學(xué)性的原則

要想要金屬材料在熱處理加工環(huán)境中減少變形的因素，就需要采用科學(xué)的管理方法來應(yīng)對金屬材料的熱處理。在工作中，我們金屬加工工藝師要抱著科學(xué)的精神，用科學(xué)的手段，科學(xué)的理念的指導(dǎo)下，才能在現(xiàn)在技術(shù)設(shè)備不夠完善的情況下，保證好技術(shù)材料的熱加工不會有變形的情況發(fā)生，或者有發(fā)生，也要控制在合理的范圍以內(nèi)。

2.遵循實(shí)用性的原則

金屬材料對于地球資源來講，是一種不可再生資源，在這樣的資源利用中，我們要考慮得是資源的浪費(fèi)問題，以及資源的可持續(xù)發(fā)展。如何保證金屬材料的資源浪費(fèi)中的問題，我們要就要在對金屬熱加工工程中減少材料變形問題，對資源進(jìn)行有效的利用。同時對資源的有效利用，就是對環(huán)境的一種保護(hù)，在保護(hù)好了環(huán)境，我們才能在發(fā)展，這也就是可持續(xù)發(fā)展的核心內(nèi)容。因此，在對金屬材料熱加工中，就要采用科學(xué)的方法，保證加工處理是以實(shí)用性為基礎(chǔ)的加工，保證材料的有效性使用。當(dāng)然，在保證材料的有效節(jié)約的同時，這樣的前提是要保證金屬材料在熱加工中的質(zhì)量問題。只有保證好了質(zhì)量，才能實(shí)現(xiàn)最大化的實(shí)用性。

三、金屬材料熱處理變形的控制措施

1.金屬材料熱處理的預(yù)處理方法

不同的金屬材料熱處理工藝，舉例來說包括退火、正火工藝對于金屬材料的最終變形量均會產(chǎn)生影響。淬火工藝溫度如果較高的話，會增加金屬材料內(nèi)部變形量，所以，在對工件進(jìn)行熱處理之前要展開正火處理，以合理的控制溫度。此外，還應(yīng)該展開退火工藝，合理選擇退火工藝，降低溫度梯度對于金屬材料的負(fù)面影響，控制熱處理過程中金屬材料的變形量、在正火處理之后，可選用等溫淬火的方式提升材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性，進(jìn)而降低變形量。

2.開展好淬火處理工藝

作為金屬材料熱處理工作中最為關(guān)鍵的部分，淬火工藝有著十分重要的作用。因此要盡量降低金屬材料淬火過程中的失誤率，由此有關(guān)的金屬材料熱處理人員要創(chuàng)新淬火工藝。通常情況下淬火介質(zhì)最為常見的即為油和水，在冷卻的過程中，為了保證淬火速度和冷卻效果，水溫要控制在 55℃到 65℃ 這個范圍內(nèi)。而如果淬火介質(zhì)選擇油的話，油溫要控制在 60℃ 到 80℃ 這個范圍內(nèi)，同時一定要提升淬火的速度，才能從根本上保證冷卻效果。

3.科學(xué)冷卻

不同的金屬材料熱處理，所采取的冷卻方案不盡相同，科學(xué)冷卻是確保金屬材料熱處理變形控制的有效舉措。目前來講，金屬材料的熱處理主要包括單介質(zhì)淬火、雙介質(zhì)淬火、分級淬火以及等溫淬火等。其中，單介質(zhì)淬火工藝模式下，在一種淬火介質(zhì)中完成淬火零件的冷卻，具有操作簡便的特性，很容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化，因而工作效率更高，但是對淬火速度的控制難度較大，容易導(dǎo)致金屬材料出現(xiàn)變形、開裂等問題。而雙介質(zhì)淬火則是通過特殊介質(zhì)的快速冷卻功能，將淬火零件溫度迅速降至三百攝氏度，在經(jīng)過兩到三分鐘的保溫處理

之后，將之放入冷卻速度較低的介質(zhì)當(dāng)中，進(jìn)行二次冷卻處理。不同的冷卻速度要求決定了冷卻介質(zhì)的不同。長期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，過快的冷卻速度，會增加金屬材料內(nèi)部拉應(yīng)力，繼而影響其淬透性，導(dǎo)致變形量增大。因此，為了有效控制金屬材料熱處理變形，應(yīng)科學(xué)選擇冷卻方案。

4.有效加工

如上分析，金屬材料熱處理過程中，需在之前的機(jī)械加工中存留合理余量，保證金屬材料變形量充足，提高淬火合格率。與此同時，夾裝工具的差異，亦會對金屬材料形狀產(chǎn)生不同程度的影響。在具體操作來看，要認(rèn)真分析加工零件的實(shí)際情況，包括要求、特點(diǎn)等，選擇有效的夾裝方式，避免熱應(yīng)力不均衡導(dǎo)致金屬材料變形。與此同時，值得注意的是，如遇金屬材料加工中需進(jìn)行熱處理，那么還需進(jìn)行上述操作，即保證足夠的金屬材料形變余地。

結(jié)束語：

總而言之，在金屬材料熱處理過程中，對于變形因素的分析，要從基礎(chǔ)工作階段探究出有效的解決途徑，工作人員要幫助加工企業(yè)實(shí)現(xiàn)更為有效的科學(xué)化控制措施，進(jìn)而提升我國在金屬材料產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)、加工能力。

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（作者單位：天津創(chuàng)真金屬科技有限公司）