金屬材料熱處理變形的影響因素與控制策略

高艷 李雙志

1.撫東機械廠 遼寧撫順 113000；2.遼寧忠旺集團有限公司 遼寧遼陽 111003

金屬合金分為有色金屬和黑色金屬兩種，顯示亮黑色的質(zhì)感，具有一定的導(dǎo)熱性能和延展性。隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和裝備制造產(chǎn)業(yè)的升級，金屬合金材料的加工和應(yīng)用也越來越多。之所以機械制造和裝備制造工業(yè)廣泛的應(yīng)用金屬合金作為主要的材料，就是因為金屬合金具有可塑性好，價格合適和耐久性高等優(yōu)良特性。在可塑性的加工過程中，我們比較常用的就是熱加工，金屬熱加工可以使金屬變成我們想要的形狀和規(guī)格，但是也存在著一些缺點，比如說不當?shù)臏囟忍幚?，可能會傷害到金屬本身的性質(zhì)，導(dǎo)致加工的零件和機械的強度降低，影響設(shè)備的運行和質(zhì)量。所以在金屬合金的熱加工過程中一定要掌握好機加工和溫度變形間的有機聯(lián)系，精確地控制好加工過程中的范圍和尺寸，按照高標準進行生產(chǎn)，可以避免很多問題的出現(xiàn)。這也是提高后續(xù)設(shè)備質(zhì)量品質(zhì)的有效管控方法，是我國工業(yè)進步的和發(fā)展的趨勢。在這篇文章中我們對金屬合金熱處理過程中容易出現(xiàn)的問題和出現(xiàn)問題的影響因素展開了分析，并且討論了一些符合實際的解決辦法，保證了金屬材料熱加工過程中的效率和質(zhì)量[1]。

1 金屬材料熱處理變形影響因素

1.1 原始組織與應(yīng)力狀態(tài)

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?，比如提升表層抗氧化功能以及耐磨性等?；瘜W(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。

1.2 熱處理過程中應(yīng)力分析

零部件的熱處理過程中，由于加熱和冷卻均無法實現(xiàn)零部件表層和中心部位的完全同步，熱傳導(dǎo)速度導(dǎo)致了零部件不同位置具有一定的溫度差。當零部件在冷卻過程中，表層溫度低于中心部位，冷卻前期在熱應(yīng)力的作用下，表層的收縮大于中心部位，使零部件表層產(chǎn)生拉應(yīng)力，中心部位產(chǎn)生壓應(yīng)力[2]。在冷卻中期熱應(yīng)力進一步增加，導(dǎo)致零部件產(chǎn)生具備塑性變形。在冷卻后期表層的冷卻速度慢于中心部位的速度，中心部位的收縮降低了一部分前期產(chǎn)生的熱應(yīng)力。當冷卻完全結(jié)束時，零部件表層殘留的熱應(yīng)力為壓應(yīng)力，而零部件中心部位殘留的熱應(yīng)力為拉應(yīng)力。在產(chǎn)生熱應(yīng)用的同時，鋼材在熱處理過程也產(chǎn)生組織應(yīng)力，鋼材的熱處理過程中會發(fā)生組織變化，隨著奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變，因比容不同會導(dǎo)致材料體積產(chǎn)生相應(yīng)的膨脹，這種因相變而導(dǎo)致的體積膨脹，因不同部位相變速度不均，會產(chǎn)生組織應(yīng)力。在零部件熱處理后所殘留的應(yīng)力，是熱應(yīng)力與組織應(yīng)力共同作用的結(jié)果，隨著零部件形狀、成分不同，起決定作用的應(yīng)力也不同，最終導(dǎo)致熱處理后的應(yīng)力殘留有較大區(qū)別。

1.3 冷處理過程的影響

在金屬加工過程中應(yīng)用熱處理時，往往會出現(xiàn)低溫回火，還有就是時效性的，這兩種情況的產(chǎn)生都會造成金屬材料的變形，對金屬加工產(chǎn)生不利的影響因素。時效性的發(fā)生和低溫回火的存在會使金屬合金材料發(fā)生碳的析出和馬氏體的分解。在后續(xù)的加工過程中，如在淬火時，金屬中的奧氏體轉(zhuǎn)換成馬氏體，導(dǎo)致金屬的變形和體積形變，對材料的質(zhì)量和制造的設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不良的影響[3]。

2 金屬材料熱處理變形應(yīng)對措施

2.1 進行必要的預(yù)先熱處理

在熱處理前，要對形狀比較復(fù)雜、要求比較高的工件進行必要的預(yù)先熱處理，這樣可以消除一些網(wǎng)狀碳化物和粗大晶粒。通過實踐可知，在預(yù)處理的正火處理方式能夠保證金屬組織結(jié)構(gòu)的均勻性，減少金屬變形情況的發(fā)生。

2.2 改進冷卻工藝

金屬材料熱處理工藝中，除了淬火工藝以外，冷卻工藝的合理改進對金屬材料熱處理變形現(xiàn)象的降低也起到關(guān)鍵性的作用。不同的淬火方式需要不同的冷卻方式。在金屬材料熱處理淬火過程中，使用較多的是單介質(zhì)淬火和雙介質(zhì)淬火，分級淬火等方式。以雙介質(zhì)淬火為例進行說明，金屬材料使用雙介質(zhì)淬火方式進行淬火冷卻，冷卻過程分兩個階段進行。首先，將淬火后的金屬部件放入快速冷卻介質(zhì)中冷卻，這時金屬部件溫度快速下降到300℃，而后經(jīng)過短時間的保溫階段，將淬火后的金屬部件放入慢速度冷卻介質(zhì)中冷卻，實現(xiàn)金屬材料的兩次冷卻。兩次冷卻過程因冷卻速度的差別所選用的冷卻介質(zhì)也會不同。

2.3 有效加工

在金屬材料熱處理過程中，機械加工環(huán)節(jié)需要保證余量存留的合理化，為金屬材料變形量提供充足保證，淬火合格率也能夠得到明顯提升。由于夾裝工具不同會對金屬材料形狀產(chǎn)生影響，因此在金屬材料熱處理操作過程中，要明確加工零件的要求及特點等情況，對夾裝方式進行合理化選擇，降低熱應(yīng)力不均衡而造成變形的幾率。若金屬材料加工過程中需要采取熱處理措施，則需要保證金屬材料具備形變的條件。

3 結(jié)語

綜上所述，本文分析了熱處理過程中影響金屬材料變形的因素和改進措施，面對該問題，技術(shù)人員需要分析出金屬材料加工時，通過熱處理所出現(xiàn)的問題，其中材料變形問題是重點，分析影響金屬材料變形問題的因素，針對其中的影響因素收集加工時的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)的分析提出解決措施。時代在進步，金屬材料的加工工藝也需要改進，希望通過本文的解決措施可以為熱處理時出現(xiàn)的金屬材料變形問題提供建議。