金屬材料熱處理變形及開裂問(wèn)題研究

吳冰欣

【摘?要】改革開放以來(lái)，我國(guó)各行各業(yè)發(fā)展迅速，機(jī)械領(lǐng)域也有了很大進(jìn)步。熱處理技術(shù)作為當(dāng)前金屬材料深加工過(guò)程中最常用的改變金屬材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與使用性能的技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用雖然有助于金屬材料穩(wěn)定性能的增強(qiáng)。但是由于金屬材料在熱處理的過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)變形或者開裂的問(wèn)題，導(dǎo)致金屬元件的性能、強(qiáng)度以及硬度等都受到了不同程度的影響。因此，操作人員必須準(zhǔn)確的把握金屬材料熱處理工藝的溫度，才能在提升金屬材料整體質(zhì)量的前提下，降低金屬材料的變形量。文章主要是就金屬材料熱處理過(guò)程中的變形與開裂問(wèn)題進(jìn)行了分析與探討。

【關(guān)鍵詞】金屬材料;熱處理;變形;開裂;問(wèn)題研究

引言

在現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展下，各個(gè)行業(yè)發(fā)展對(duì)金屬材料的需求量加大，金屬材料開始被人們廣泛的應(yīng)用在機(jī)械設(shè)備制造中。借助熱處理技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)金屬材料的深加工處理，金屬材料在經(jīng)過(guò)深加工處理之后會(huì)有效提升材料的穩(wěn)定性。為此，文章結(jié)合實(shí)際就金屬材料的熱處理問(wèn)題進(jìn)行探究，旨在通過(guò)必要的熱處理來(lái)減少金屬材料開裂問(wèn)題的發(fā)生。

1金屬材料熱處理過(guò)程中變形的種類

金屬合金在熱加工過(guò)程中發(fā)生形變是不可避免的，在多數(shù)的加工工藝過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生兩種類型的形變。一種是比容形變，這種形變和金屬材料中碳元素和一些微量的金屬元素有關(guān)，通過(guò)研究人員的探究發(fā)現(xiàn)，金屬合金材料的比容形變是普遍存在的，和鐵素體、游離碳和比容變化的差有不可分割的關(guān)聯(lián)。金屬合金材料的比容形變具有各向同性，也就是說(shuō)在一塊均質(zhì)的金屬內(nèi)部，在進(jìn)行熱加工的過(guò)程中，金屬材料向不同方向上發(fā)生著相同的形變。發(fā)生比容形變后的合金會(huì)發(fā)生尺寸大小的明顯變化;另一種金屬材料熱處理過(guò)程中的變形是內(nèi)應(yīng)力塑性形變，這種形變產(chǎn)生的原因是金屬塊的溫度不均勻?qū)е碌?，具體來(lái)說(shuō)就是在熱加工過(guò)程中金屬塊的不同位置溫度不均勻，導(dǎo)致不同部位的冷卻速度也不同，因此隨著溫度的下降，金屬的不同位置發(fā)生著不盡相同的熱脹冷縮相應(yīng)，這種原因產(chǎn)生的不良形變就是熱應(yīng)力塑性形變。

2金屬材料熱處理變形及開裂出現(xiàn)的主要原因

2.1金屬材料熱處理過(guò)程中的冷卻方法

由于金屬材料熱處理過(guò)程中主要分為退火、正火、淬火和回火等幾個(gè)步驟，再加上金屬材料在熱處理過(guò)程中對(duì)冷卻技術(shù)的應(yīng)用提出了非常嚴(yán)格的要求，如果冷卻技術(shù)選擇出現(xiàn)問(wèn)題的話，必然會(huì)導(dǎo)致金屬材料因?yàn)槔鋮s處理不均勻，影響金屬材料的拉伸應(yīng)力。就目前來(lái)說(shuō)，我國(guó)最常用的金屬材料熱處理工藝主要有雙液淬火與單液淬火兩種。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，這兩種方法在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中優(yōu)勢(shì)和缺陷都非常的明顯。在這其中，雙液淬火法雖然實(shí)現(xiàn)了快速降低金屬材料溫度的目的，但是其淬火效率較低，無(wú)法進(jìn)行大范圍的推廣和應(yīng)用。而單液淬火法雖然可以應(yīng)用于大型金屬材料的熱處理，但是由于使用這種方法操作人員無(wú)法有效控制淬火的速度。如果金屬材料熱處理過(guò)程中，操作人員選擇了措施的冷卻方法的話，不但會(huì)會(huì)影響到金屬材料的形變應(yīng)力控制能力，而且還會(huì)因?yàn)榻饘俨牧蠠崽幚硇实南陆?，影響金屬材料使用性能的提高?/p>

2.2殘余應(yīng)力引起金屬材料開裂的影響

在使用金屬零件的過(guò)程當(dāng)中，工作應(yīng)力和殘余應(yīng)力會(huì)重疊，從而導(dǎo)致殘余應(yīng)力的分布和金屬零件的二次變形。如果由于工作環(huán)境而使用金屬零件，則由于平均工作溫度和殘余應(yīng)力的影響零件的耐蝕性和抗裂性將大大降低。根據(jù)原理，殘余應(yīng)力裂紋主要分為晶間裂紋和透晶裂紋。在應(yīng)力影響的開裂過(guò)程中，開裂主要在垂直于最大載荷的方向上進(jìn)行。

2.3溫度把控不合理

金屬材料熱處理對(duì)周圍溫度有著較高的要求，在操作的時(shí)候如果沒(méi)有對(duì)溫度進(jìn)行有效的把控就會(huì)使得金屬材料出現(xiàn)熱處理變形和開裂的問(wèn)題。比如在沒(méi)有對(duì)金屬材料進(jìn)行精密溫度測(cè)量就將其直接進(jìn)行熱處理就會(huì)導(dǎo)致金屬材料報(bào)廢。

3金屬材料熱處理變形及開裂問(wèn)題的解決對(duì)策

3.1對(duì)機(jī)械金屬材料鍛造和預(yù)熱處理的實(shí)踐探索

在機(jī)械金屬合金材料淬火的時(shí)候，處理要得當(dāng)，就會(huì)有規(guī)律得減少金屬材料的變形情況。比如高碳金屬材料的制造構(gòu)件，熱處理加工中，金屬材料淬火以及鍛造工藝是否合理格外重要，網(wǎng)狀碳化物相應(yīng)減少保證金屬材料的使用效能。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)較高的構(gòu)件加工，應(yīng)力退火、正火以及調(diào)試處理環(huán)節(jié)必不可少，開裂和變形現(xiàn)象也會(huì)大大減少。此外不同介質(zhì)的水或油進(jìn)行冷卻也會(huì)產(chǎn)生不同的作用效果。

3.2運(yùn)用合理的冷卻方法

（1）對(duì)金屬材料的尺寸大小進(jìn)行考量，分析相關(guān)工藝參數(shù)，選擇最適宜的冷卻處理方法。（2）現(xiàn)階段金屬材料熱處理的冷卻方法包含了雙液淬火、單液淬火等多種方式，根據(jù)不同的熱處理要求，科學(xué)選擇淬火冷卻方法，可以提升冷卻工作的質(zhì)量與水平。（3）在保證模具硬度要求的前提下，采用預(yù)冷和分級(jí)冷卻，是減少一些形狀較復(fù)雜工件變形的有效方法。

3.3減少金屬材料因熱處理產(chǎn)生的殘余應(yīng)力

雖然工作人員通過(guò)優(yōu)化和完善金屬材料熱處理工藝的方式，可以最大限度的減少金屬材料熱處理后殘留的應(yīng)力，但是由于殘留應(yīng)力并不能完全消除，所以必然會(huì)因?yàn)榻饘俨牧媳砻姹Ｗo(hù)膜遭到破壞，而導(dǎo)致零部件出現(xiàn)變形或者開裂的問(wèn)題。針對(duì)這一情況，操作人員在進(jìn)行金屬材料的熱處理時(shí)，應(yīng)該根據(jù)零部件實(shí)際應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)，采取具有針對(duì)性的措施，將金屬材料的殘留應(yīng)力降至可控的范圍。此外，針對(duì)本身就后已經(jīng)出現(xiàn)局部局限的金屬零部件，必須在進(jìn)行熱處理前，仔細(xì)的檢查金屬材料表面的粗糙度、裂紋、劃傷等表面質(zhì)量，避免因?yàn)榻饘俨牧媳砻娲嬖谌毕?，?dǎo)致零部件在催化過(guò)程中因?yàn)闊崤蛎洺霈F(xiàn)應(yīng)力集中的問(wèn)題，影響金屬零部件熱處理的質(zhì)量和效果。

3.4對(duì)機(jī)械金屬材料加熱溫度的實(shí)踐探索

在對(duì)機(jī)械金屬材料的熱處理過(guò)程中，要依據(jù)金屬材料的不同淬透性，針對(duì)相對(duì)低的淬火溫度，從而加強(qiáng)金屬材料的相關(guān)性能效果提升。對(duì)于高彈合金鋼材料制造的機(jī)械構(gòu)器件，根據(jù)不同情況，淬火溫度也要相應(yīng)提高，奧氏體量在降低的同時(shí)很好地加強(qiáng)金屬材料的性能。

3.5科學(xué)應(yīng)用淬火工藝

淬火工藝是金屬材料熱處理工藝流程中最核心的工序，具有極為重要的作用。如果淬火介質(zhì)使用不當(dāng)，就會(huì)造成金屬材料內(nèi)部應(yīng)力的變化失調(diào)，最終影響整個(gè)材料的結(jié)構(gòu)和形狀。故在熱處理過(guò)程中，應(yīng)盡可能減少失誤，這就要求相關(guān)工作人員必須深入探究節(jié)能高效、綠色環(huán)保的高性能淬火工藝，并加以科學(xué)運(yùn)用。主要方法：（1）在淬火冷卻的過(guò)程中，必須科學(xué)合理地調(diào)節(jié)冷卻的速度，才能降低材料變形的可能性。（2）采用合適的介質(zhì)。水和油是較為常用的淬火介質(zhì)。通常情況下，水溫應(yīng)該控制在55～65℃，而油溫一般控制在60～80℃，同時(shí)需提高淬火的速度，以確保最終的冷卻效果。研究表明，在同樣的條件下，水性介質(zhì)比油性介質(zhì)的冷卻速度要快一些，水溫變化對(duì)水性介質(zhì)冷卻特性的影響較大，油性介質(zhì)相對(duì)水性介質(zhì)淬火后的變形量要相對(duì)小，故從長(zhǎng)期穩(wěn)定性方面考慮，應(yīng)使用油性介質(zhì)。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，通過(guò)分析熱處理變形和開裂機(jī)理，可以發(fā)現(xiàn)引起熱處理變形的最重要因素。用于熱處理工藝，并提高了熱處理的效益。有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)繼續(xù)研究總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，闡明熱處理過(guò)程中變形控制必須遵循的基本原則，并根據(jù)熱處理的具體條件，通過(guò)預(yù)處理，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，加強(qiáng)機(jī)械加工控制，使熱處理后金屬材料的變形量在允許范圍內(nèi)，并避免出現(xiàn)裂紋。

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