基于金屬材料熱處理變形及開裂處理技術(shù)

張艷

蒂森克虜伯羅特艾德（徐州）環(huán)鍛有限公司 江蘇徐州 221004

金屬材料具有延展性、導(dǎo)電性、傳熱性等特征，具備一定的光澤，一般分為黑色金屬、有色金屬以及特殊金屬三大種類，由于其良好的性能，導(dǎo)致其常常被用到機械制造領(lǐng)域機械制造中，一些金屬材料在進行熱處理之后會完善其自身的性能，提升設(shè)備的運行效果，這也是機械制造領(lǐng)域選用金屬材料的最大原因，但是如果處理不當，就會影響金屬材料的性能，以及機械設(shè)備的質(zhì)量，最終直接影響機械的使用效果，對企業(yè)的健康生產(chǎn)極為不利[1]。

1 影響因素分析

在淬火之前，金屬材料會受到關(guān)聯(lián)原始組織的影響，包括碳化物數(shù)量、形態(tài)以及合金元素纖維方向等。在調(diào)質(zhì)處理后，熱處理是變形得以縮減，金屬材料淬火變形更具規(guī)律性，便于控制熱處理變形?；瘜W(xué)熱處理方式的應(yīng)用，能夠?qū)饘俨牧媳韺硬糠中阅芗右愿纳疲热缣嵘韺涌寡趸δ芤约澳湍バ缘?。化學(xué)熱處理深度應(yīng)當處于標準范圍內(nèi)，若保證實現(xiàn)滲透層，需要在化學(xué)熱處理后進行磨削加工，由于金屬材料性能較差，很難處理化學(xué)熱處理過程中的變形問題。

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基本原則：其一，科學(xué)性原則，任何一項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到預(yù)期的控制和處理效果；其三，實用性原則，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)。

2.1 做好處理前預(yù)處理

熱處理的正火與退火將對金屬產(chǎn)生的變形造成很大影響。在正火過程中，由于溫度相對較大，通常為900℃左右，會使金屬內(nèi)部變形明顯增加，對此，在熱處理開始前和過程中都需要做好溫度控制，如升溫速度不可過快，過快的升溫速度也會導(dǎo)致金屬零部件的變形，同時也要保證熱處里爐內(nèi)金屬零件的均勻分布，避免同一零部件加熱和保溫過程中溫差較大。通過實踐，進行正火的熱處理爐內(nèi)耐熱支撐的磨損程度或平整度以及耐熱支撐的分布均勻性、間距大小，對與之直接接觸的零部件的變形影響非常大，所以設(shè)計爐內(nèi)耐熱支撐時需要綜合考慮零部件尺寸及壁厚，同時也要對熱處理爐內(nèi)耐熱支撐的磨損程度或者說平整度進行及時有效的監(jiān)控。

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。對此，為了對熱處理過程中淬火的有效控制，避免操作不當，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，需要對淬火的速度進行嚴格控制，如果淬火的速度超出標準要求，則會使金屬冷卻無法達到均勻，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。另外，淬火后的金屬零部件需要盡快入爐進行回火，避免淬火裂紋的產(chǎn)生。

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)也會對其變形造成影響。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，所以實際生產(chǎn)中，應(yīng)減小薄厚差。為對過渡區(qū)中因應(yīng)力集中產(chǎn)生的變形與開裂進行有效控制，需要使零件的界面保持均勻；未對由于冷卻速度不均造成的變形進行控制，還需要使零件結(jié)構(gòu)與其材料成本保持對稱。零件結(jié)構(gòu)設(shè)計時，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階處還要進行圓角的設(shè)置來過渡，對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[2]。

2.4 采用合適的裝夾方式

為對金屬在熱處理過程中產(chǎn)生的變形進行有效控制，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)力處在相對均勻的狀態(tài)，為了達到這一效果，需要使用合理可行的裝夾方式。比如，對盤類工件而言，需要和油面始終保持垂直，而對軸類工件而言，需要使用立裝的方法。

3 結(jié)語

在我國機械領(lǐng)域的生產(chǎn)和發(fā)展進程中，企業(yè)管理者為了強化金屬材料的質(zhì)量和性能，逐步引用了熱處理技術(shù)，希望能夠通過這一技術(shù)強化金屬材料的運用效果，優(yōu)化企業(yè)生產(chǎn)環(huán)境。對金屬材料在進行熱處理后產(chǎn)生的變形進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[3]。