金屬材料熱處理變形控制措施探析

摘 要 金屬材料具有延展性、導(dǎo)電性、傳熱性等特征，為了獲得金屬材料更加優(yōu)秀的性能，人們通常采用熱處理的方式對材料進行改性，使材料的性質(zhì)和性能得到提高。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。然而，如果處理不當(dāng)，就會影響金屬材料的性能，最終影響零部件機械質(zhì)量。在特定溫度下的熱處理和淬火過程中，金屬的分子發(fā)生改變。但是應(yīng)為這種改變，材料可能會發(fā)生一些不期望的形變，本文討論了熱處理過程中金屬變形的原因和簡單地應(yīng)對方法，以期為金屬材料熱處理解決實際生產(chǎn)中的問題。

關(guān)鍵詞 金屬材料;熱處理;變形影響因素;控制策略

金屬合金分為有色金屬和黑色金屬，呈亮黑色織構(gòu)，具有一定的導(dǎo)熱性和延展性。隨著我國經(jīng)濟社會的快速發(fā)展和裝備制造業(yè)的升級換代，金屬合金材料的加工和應(yīng)用越來越多。金屬合金具有良好的塑性、適宜的價格和較高的耐久性，是機械制造業(yè)和裝備制造業(yè)廣泛應(yīng)用的主要材料。在材料加工過程之中，我們比較常用的是熱處理，金屬熱處理可以得到我們需要的組織和結(jié)構(gòu)，但也存在一些缺點，比如溫度處理不當(dāng)，可能會破壞金屬本身的性質(zhì)，導(dǎo)致被加工零件和機械強度降低，影響設(shè)備的運行和質(zhì)量，使企業(yè)受到可計量損失的影響。因此，在金屬合金熱處理過程之中，必須掌握加工與溫度變形的有機關(guān)系，準(zhǔn)確控制加工過程之中的范圍和尺寸，按高標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，才能避免許多問題。這也是提高后續(xù)設(shè)備質(zhì)量的有效控制方法，是我國工業(yè)進步和發(fā)展的趨勢。分析了金屬合金熱處理過程之中存在的問題及其影響因素，探討了一些切實可行的解決辦法，以保證金屬材料在熱處理過程之中的效率和質(zhì)量。

1金屬材料熱處理過程中變形的種類

金屬合金在熱處理過程之中不可避免地會發(fā)生變形。在大多數(shù)加工過程之中，有兩種類型的變形。一種是比體積變形，它與金屬材料之中的碳元素和一些微量金屬元素有關(guān)。通過研究人員的研究發(fā)現(xiàn)，金屬合金材料的比體積變形具有普遍性，這與鐵素體、游離碳和比體積變化的差異密切相關(guān)。金屬合金材料的比體積變形是各向同性的，即在均質(zhì)金屬之中，在熱處理過程之中，金屬材料在不同方向之上具有相同的變形。合金經(jīng)過比體積變形之后，尺寸發(fā)生明顯變化，另一種金屬材料在熱處理過程之中的變形為內(nèi)應(yīng)力塑性變形，這是由于金屬塊溫度不均勻引起的。具體來說，在熱處理過程之中，金屬塊不同位置的溫度不均勻，導(dǎo)致不同零件的冷卻速度不同。因此，隨著溫度的降低，不同位置的金屬發(fā)生了不同的熱膨脹和冷縮。由此引起的不良變形是熱應(yīng)力塑性變形。

2金屬材料熱處理變形的影響因素

2.1 冷處理過程的影響

在金屬加工之中進行熱處理時，經(jīng)常發(fā)生低溫回火和時效。這兩種情況都會引起金屬材料的變形，對金屬加工產(chǎn)生不利影響。時效和低溫回火的發(fā)生會導(dǎo)致碳的析出和馬氏體的分解[1]。在隨后的加工過程之中，如淬火過程之中，金屬之中的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，導(dǎo)致金屬變形和體積變形，對材料質(zhì)量和制造設(shè)備的可靠性產(chǎn)生負面影響。

2.2 應(yīng)力的影響

在熱處理過程之中，加熱不均勻會導(dǎo)致金屬材料變形。一般來說，熱處理是在熱處理一段時間之后進行的。然而，在加熱保溫過程之中，材料上下及不同位置會產(chǎn)生溫差，從而導(dǎo)致不同的位置狀態(tài)。當(dāng)?shù)蜏剌^硬時，高溫部分變軟，不同的應(yīng)力會使材料產(chǎn)生不良變形。

2.3 原始組織影響

金屬熱處理過程中受到合金元素纖維方向和碳化物形狀等的影響，金屬材料會在淬火時產(chǎn)生一定的影響。這些就是原始組織的影響，在現(xiàn)代的熱處理過程中一般都加入了化學(xué)方法，在化學(xué)方法處理后，金屬材料的原始組織會變得更加的有規(guī)律。因此，就會使熱變形的程度變小并且使金屬表面的耐磨性等性質(zhì)得到提高。

2.4 淬火的影響

淬火是金屬材料加工之中的一項基本操作。淬火可以改變材料的性能，如材料的硬度和耐腐蝕性。在淬火過程之中，必須選擇合適的淬火介質(zhì)來控制金屬材料的變形程度，這對提高加工質(zhì)量至關(guān)重要。

2.5 預(yù)處理的影響

預(yù)處理的效果能在一定程度之上消除應(yīng)力，這是金屬材料熱加工過程之中常用的處理方法。如果不進行預(yù)冷，材料正火時會出現(xiàn)冷堆，上下溫差會大幅度變形，影響熱處理效果，造成加工產(chǎn)品質(zhì)量問題。

3金屬材料熱處理技術(shù)使用過程中需要遵守的原則

隨著近年來金屬材料使用趨于頻繁，為了提高應(yīng)用金屬材料以后的成效，熱處理技術(shù)被逐漸應(yīng)用于金屬材料。金屬材料熱處理技術(shù)雖然對金屬材料的使用效果有一定的提升，但金屬材料在熱處理過程中會出現(xiàn)變形的狀況，因此會對熱處理過程應(yīng)用于金屬材料造成一定的阻礙。為了有效地避免金屬材料熱處理變形現(xiàn)象的發(fā)生，金屬材料熱處理技術(shù)使用過程中需要遵守一定的原則。

3.1 規(guī)范操作原則

金屬材料熱處理技術(shù)使用過程中，熱處理變形現(xiàn)象的發(fā)生會大大降低熱處理技術(shù)的優(yōu)越性。而在金屬材料熱處理時變形現(xiàn)象發(fā)生的部分原因可以歸結(jié)為工作人員操作失誤。因此應(yīng)用熱處理技術(shù)處理金屬材料時，工作人員應(yīng)提前進行培訓(xùn)以具備有關(guān)金屬材料方面的專業(yè)知識。首先工作人員針對不同的金屬材料選用不同的熱處理技術(shù)，選定適宜的熱處理技術(shù)后便可以規(guī)劃詳細、規(guī)范的熱處理流程，使熱處理后的金屬材料性能更優(yōu)。其次，設(shè)立相應(yīng)的監(jiān)督機制，確保工作人員熱處理操作的規(guī)范性。

3.2 減少環(huán)境干擾原則

金屬材料熱處理技術(shù)的施工環(huán)境要求相對嚴(yán)苛，既要保護外部環(huán)境也要減少外部環(huán)境對金屬材料熱處理變形的影響，這樣熱處理后的金屬材料實用性才會達到最好[2]。現(xiàn)階段，我國金屬材料處理選址大多均在偏僻的郊外，遵循了減少環(huán)境干擾的原則，在大大提高企業(yè)的生產(chǎn)效率的同時減少金屬材料熱處理變形狀況。

3.3 人員定期培訓(xùn)原則

從事金屬材料熱處理的工作人員規(guī)范操作需要依靠工廠對工作人員進行階段性的培訓(xùn)，以加強工作人員對金屬材料熱處理知識的認知和鞏固，在保障工作人員對金屬材料熱處理技術(shù)的熟練程度同時使企業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。

4金屬材料熱處理變形的控制策略

4.1 改進淬火工藝

熱處理技術(shù)應(yīng)用于金屬材料的工藝過程中，淬火是其中重要且關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)。熟練操作淬火工藝對金屬材料熱處理技術(shù)的應(yīng)用是非常重要的。傳統(tǒng)的淬火工藝已經(jīng)不能滿足人們對于生產(chǎn)技術(shù)的要求，隨著社會的發(fā)展被逐步淘汰。淬火工藝中使用的淬火介質(zhì)主要有油和水等，針對不同金屬材料選用合適的淬火介質(zhì)來控制金屬材料熱處理變形狀況。如今，淬火工藝的改進與革新成為企業(yè)急需解決的問題，企業(yè)應(yīng)該引起高度的關(guān)注并在合適的熱處理技術(shù)上合理調(diào)控溫度，從而避免淬火工程中出現(xiàn)的麻煩，提高淬火效率。在大多數(shù)情況下，淬火介質(zhì)為水時的水溫為55℃ ～65℃，淬火介質(zhì)為油時的油溫為60℃ ～80℃，將淬火速率調(diào)控在正常范圍內(nèi)，有效避免金屬材料熱處理變形。

4.2 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。熱處理過程冷卻工藝的操作需嚴(yán)格按照制定的方案實施，從而大大避免冷卻過程中熱變形現(xiàn)象的出現(xiàn)。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[3]。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。冷卻工藝中，對熱變形影響最大的部分是快速冷卻，因為快速冷卻會提高金屬內(nèi)的拉力。

4.3 合理加工

金屬材料熱處理技術(shù)應(yīng)用過程中，離不開機械設(shè)備的使用。運用機械設(shè)備進行加工時，要將金屬材料熱變形量考慮在內(nèi)，從而對金屬材料進行合理加工并有效增加淬火后的合格品數(shù)。在加工金屬材料過程中，需要對金屬材料的加工需要和金屬本身特點進行充分的了解，從而選用機械夾裝的方式。工作人員要正確認識到各種金屬材料的形變規(guī)律，運用相應(yīng)的熱處理措施，保障金屬材料熱處理的正確實施。通過對金屬材料熱處理變形值的估量，從而降低金屬材料的熱處理變形。

5結(jié)束語

現(xiàn)代社會中，金屬材料的應(yīng)用已經(jīng)遍及人們生活的方方面面。金屬材料的改進革新伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展在不斷變化?，F(xiàn)在，將熱處理技術(shù)用于金屬材料已經(jīng)非常普遍，但緊隨著這一技術(shù)革新的同時也帶來新的問題，即在金屬材料熱處理過程中金屬材料產(chǎn)生的變形問題。文章通過介紹金屬材料熱處理過程中變形的種類和影響因素分析，明確了金屬材料熱處理技術(shù)使用過程中需要遵守的原則和控制策略研究，更加充分的對金屬材料熱處理變形有了了解。通過文章分析知道了金屬材料熱處理流程在實施的過程中，要對金屬材料和熱處理工藝兩者均有足夠充分的了解，從而保障工藝的質(zhì)量并有效避免金屬材料熱處理變形現(xiàn)象的發(fā)生。金屬材料熱處理變形影響的主要環(huán)節(jié)包括淬火過程、冷卻過程和加工過程等，所以熱處理過程中溫度的控制至關(guān)重要。金屬材料熱處理技術(shù)效率高的企業(yè)會在競爭激烈的市場中占得一席之地。不僅會提高企業(yè)的知名度和利潤率而且在一定程度上減少了資源的浪費并保護社會環(huán)境。

參考文獻

[1] 李躍光.金屬材料熱處理變形的影響因素與控制策略[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018（15）：4188.

[2] 胡娟.金屬材料熱處理變形的影響因素與控制策略[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018，（25）：3784.

[3] 錢文勇，錢宏義，周炳欣.金屬材料熱處理變形的影響因素與控制策略[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2018（22）：189，203.

作者簡介

閆志明，男，河北省張家口人;畢業(yè)院校：河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院，專業(yè)：材料成型及控制工程專，學(xué)歷：本科，現(xiàn)就職單位：北京北齒（黃驊）有限公司，研究方向：齒輪熱處理。