金屬材料熱處理變形的影響因素與控制策略分析

戴云鵬

營(yíng)口普惠職業(yè)健康技術(shù)咨詢有限公司 遼寧營(yíng)口 115000

熱處理工藝早已擁有上千年的歷史，我國(guó)人民群眾對(duì)于熱處理工藝有著豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。隨著熱處理工藝的不斷細(xì)化以及金屬材料種類的持續(xù)增加，熱處理工藝的實(shí)際應(yīng)用呈現(xiàn)出了多樣化的發(fā)展趨勢(shì)，即不同性質(zhì)、不同用途的金屬材料需要采用不同的熱處理工藝，且加工方式和加工時(shí)間也不盡相同。因此，在使用熱處理技術(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)金屬材料的組成成分合理選擇熱處理工藝，把握好金屬材料與熱處理工藝之間的必然關(guān)系，才能從根本上避免熱處理變形的事件發(fā)生。

1 金屬材料與熱處理

從熱處理工藝的發(fā)展歷程來看，我國(guó)早在4000年前就擁有使用熱處理工藝的歷史，領(lǐng)先同期的世界各國(guó)。而到了近現(xiàn)代，在改革開放的帶動(dòng)之下，我國(guó)的工業(yè)實(shí)力得到了飛速的增長(zhǎng)，新型的金屬材料和熱處理工藝層出不窮，進(jìn)而切實(shí)推動(dòng)著我國(guó)的鋼鐵業(yè)、金屬制造業(yè)、工業(yè)快速發(fā)展[1]。在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，銅、鐵、鋁三種金屬材料的使用頻率最高，而單純使用某種金屬材料則會(huì)容易受到材料自身性能的缺陷，因而由多種金屬材料構(gòu)成的合金材料成為了工業(yè)生產(chǎn)中的主流。從合金材料的組成方式來看，其主要包括內(nèi)部空間粒子排列和金屬與原子的排列兩種。這其中，空間原子排列往往與金屬性能之間相互掛鉤，而實(shí)現(xiàn)二者聯(lián)系的主要途徑就是熱處理工藝。從熱處理工藝的本質(zhì)來看，其強(qiáng)調(diào)使用特殊的介質(zhì)來對(duì)金屬實(shí)現(xiàn)加熱的目的，并在特定的環(huán)境下對(duì)金屬進(jìn)行冷卻，最終實(shí)現(xiàn)金屬性能的改變。熱處理工藝具有一定的復(fù)雜性，加工過程中涉及到多種元素的變更。需要注意的是，一旦熱處理過程中出現(xiàn)金屬元素受影響的情況下，金屬材料的最終性能也會(huì)隨之發(fā)生改變，導(dǎo)致無法滿足實(shí)際的使用需求[2]。

2 影響因素分析

2.1 時(shí)效和冷處理

當(dāng)對(duì)金屬材料進(jìn)行冷處理之后，金屬材料中殘留的奧氏體會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，而正是因?yàn)轳R氏體的存在，金屬材料才會(huì)出現(xiàn)體積增大的情況[3]。在低溫回火的過程當(dāng)中，金屬材料變形后會(huì)出現(xiàn)以下兩種后果：一是馬氏體對(duì)碳化物形成分解作用，進(jìn)而導(dǎo)致金屬材料的體積沒有增大反而縮小。二是金屬材料受到應(yīng)力作用影響而松弛，最終呈現(xiàn)出畸形變化的情況。

2.2 原始組織的應(yīng)力狀態(tài)

金屬材料的原始組織在熱處理過程中的變化明顯，其主要包括碳化物總量、形態(tài)、纖維方向等，而控制金屬材料原始組織的變化程度則可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于金屬材料變形量的有效控制。在實(shí)際當(dāng)中，調(diào)質(zhì)處理的方法具有較高的實(shí)用性，同時(shí)也能夠控制金屬材料熱變形的發(fā)展規(guī)律，最終達(dá)到控制熱變形的效果。但需要注意的是，熱處理工藝對(duì)于金屬材料的作用程度有效，為保證熱處理的滲透效果，就必須對(duì)金屬材料進(jìn)行初步的磨削加工。

3 金屬材料熱處理變形控制的原則

3.1 科學(xué)性原則

金屬材料的熱處理加工需要嚴(yán)格遵循科學(xué)性的基本原則，基于科學(xué)角度對(duì)不同性質(zhì)金屬材料的熱反應(yīng)進(jìn)行判斷，詳細(xì)探究不同溫度、降溫速度下的金屬材料變形效果，明確認(rèn)識(shí)到二者之間的必然聯(lián)系性，最終在這一基礎(chǔ)上制定相應(yīng)的熱處理工藝標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 易操作原則

從金屬材料加工企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀來看，多數(shù)金屬材料加工企業(yè)所具備的生產(chǎn)條件較差，無法在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)金屬材料進(jìn)行精密化處理。同時(shí)，過于復(fù)雜化的熱處理工藝將會(huì)影響到金屬材料加工企業(yè)的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。因此，在制定金屬材料熱處理工藝控制方案時(shí)，方案的易操作性往往是企業(yè)主要的考慮內(nèi)容，其主要包括錯(cuò)誤率控制、容錯(cuò)率控制及外部環(huán)境影響控制。此外，整個(gè)操作流程和環(huán)節(jié)需要盡量簡(jiǎn)潔化，確保操作人員能夠在短時(shí)間內(nèi)熟練掌握相關(guān)的控制技巧，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在短期內(nèi)批量生產(chǎn)的最終目標(biāo)。

3.3 實(shí)用性原則

實(shí)用性原則是金屬材料熱處理變形控制的基礎(chǔ)所在。為實(shí)現(xiàn)控制、加工工藝的提升，企業(yè)往往會(huì)在前期階段投入大量的資源，并側(cè)重于研發(fā)高實(shí)用性的控制技術(shù)。其目的是在后續(xù)生產(chǎn)環(huán)節(jié)當(dāng)中可以有效控制人力、物力投入，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)于生產(chǎn)成本的控制。

4 金屬材料熱處理變形的控制策略

4.1 做好前期預(yù)處理

實(shí)踐證明，正火階段和退火階段是容易出現(xiàn)金屬變形的主要階段。正火階段的溫度較高，故金屬內(nèi)部容易變形，因而正火階段的溫度控制就成為了關(guān)鍵所在。其次，為了保證正火處理的效果能夠達(dá)到預(yù)期的程度，就必須結(jié)合不同金屬材料的特性，選擇特定的退火工藝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)于溫度梯度對(duì)金屬材料的負(fù)面影響，嚴(yán)格控制變形問題。

4.2 淬火處理的控制

淬火工藝是金屬材料熱處理工藝的核心環(huán)節(jié)。首先，淬火時(shí)需要密切關(guān)注冷卻區(qū)間的淬火速度，如將550℃的冷卻速度控制在1100℃/s。而在淬火冷卻介質(zhì)的選擇方面，則需要結(jié)合金屬材料的特性進(jìn)行選擇，常用的冷卻介質(zhì)包括水、鹽水和堿水等。鑒于水介質(zhì)在550℃階段的冷卻速度約為600℃/s，故等到200℃階段后其具體的冷卻速度依然較高，理論上可以達(dá)到270℃/s。在這一階段當(dāng)中，一旦冷卻速度過快，金屬材料中的馬氏體轉(zhuǎn)變過程會(huì)受到影響，最終導(dǎo)致金屬材料變形或者出現(xiàn)開裂的問題。而適當(dāng)添加鹽和堿則可以有效實(shí)現(xiàn)冷卻速度的增加，保證溫度下降至200℃階段后金屬材料的具體冷卻速度可以保持不變。

5 結(jié)語

綜合來看，金屬材料的熱處理控制并非難事，只要能夠掌握關(guān)鍵的影響因素，遵循基本的熱處理變形控制原則，并采取合理的控制措施，即可有效控制金屬材料的熱處理變形量。