金屬材料熱處理變形的影響因素和控制策略探究

默 雄

（河冶科技股份有限公司，河北 石家莊 052165）

在金屬加工制造行業(yè)中，熱處理技術(shù)已經(jīng)得到了十分普遍的應(yīng)用，這項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)金屬材料物理和化學(xué)性質(zhì)的改變，使之變得更加完善，促進(jìn)金屬材料綜合性能的有效提升，讓金屬材料可以滿足多樣化應(yīng)用嗯需求。然而，在現(xiàn)實(shí)的工作中，金屬材料的熱處理非常容易受到技術(shù)和工作環(huán)境的影響，對(duì)這些因素也有著較高要求，必須要根據(jù)實(shí)際狀況不斷進(jìn)行操作工藝的完善，有效減少金屬材料在進(jìn)行熱處理時(shí)可能發(fā)生的形變，促進(jìn)我國金屬加工制造領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。

1 金屬材料熱處理變形的相關(guān)內(nèi)容概述

在我國科技實(shí)力快速增強(qiáng)的過程中，有關(guān)金屬材料的研究工作逐漸成為了現(xiàn)如今科研人員的重點(diǎn)研究任務(wù)之一，金屬材料熱處理的研究工作則是目前金屬材料研究工作中十分重要的一部分內(nèi)容，一般情況下金屬材料熱處理工作會(huì)在實(shí)際金屬材料特殊過程控制環(huán)節(jié)得到應(yīng)用，對(duì)這種工藝的使用是為了進(jìn)一步促進(jìn)經(jīng)過處理的金屬材料力學(xué)性能的提高，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬材料各方面性能得優(yōu)化，確保其可以在未來的使用中發(fā)揮更好的效果。

1.1 金屬材料熱處理的發(fā)展歷程

熱處理效應(yīng)的發(fā)展時(shí)間非常長，自從青銅器時(shí)代開始就已經(jīng)有人掌握了相關(guān)知識(shí)。在19世紀(jì)末期世界上已經(jīng)有了專業(yè)的金相學(xué)家發(fā)現(xiàn)鋼鐵擁有多種各不相同的金相組織，而且在經(jīng)過驗(yàn)證后發(fā)現(xiàn)溫度升高和降低都會(huì)造成金相組織的變化，會(huì)讓鋼鐵的性能發(fā)生變化。此外，為了防止金屬材料受自然環(huán)境影響出現(xiàn)氧化以及脫碳的現(xiàn)象，專家們研究出了用于金屬材料保護(hù)的熱處理保護(hù)方法，能夠?yàn)榻饘俨牧蟽?yōu)質(zhì)屬性的保留提供保障，以防被熱處理過程影響造成性能的不良變化。

1.2 金屬材料熱處理工藝的特點(diǎn)

金屬材料熱處理工藝在機(jī)械制造工作中占據(jù)重要地位，能夠?qū)C(jī)械制造工作質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。通過對(duì)金屬工件進(jìn)行熱處理并不會(huì)嚴(yán)重影響金屬的外形或特性等，經(jīng)過對(duì)金屬工件進(jìn)行熱處理會(huì)對(duì)各個(gè)金屬工件內(nèi)部一些細(xì)小的部位進(jìn)行調(diào)整，也可能會(huì)導(dǎo)致金屬表面化學(xué)成分發(fā)生變化，進(jìn)而造成金屬內(nèi)在特性發(fā)生變化，進(jìn)一步提高金屬的各項(xiàng)性能。無論是哪一種金屬工件都必須要有物理和化學(xué)等方面得性能，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，工作人員不僅要嚴(yán)格進(jìn)行金屬材料的選擇工作，而且必須要選擇合適的成型工藝，同時(shí)也要選擇最去合適得熱處理工藝，能夠直接影響金屬工件的性能。

2 金屬材料熱處理變形的影響因素

2.1 應(yīng)力狀態(tài)因素

金屬材料的熱處理工作會(huì)受密度結(jié)構(gòu)等各種因素的影響造成金屬材料熱處理時(shí)發(fā)生形變，同樣也可能會(huì)造成冷熱分不均的嚴(yán)重問題。在使用熱處理工藝進(jìn)行對(duì)金屬材料的熱處理時(shí)，不僅要對(duì)材料進(jìn)行加溫處理，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的保溫，最后也要完成相關(guān)的處理工作。溫度作為能夠直接影響金屬材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)的重要因素，技術(shù)人員在發(fā)現(xiàn)溫度不正常情況時(shí)要及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，否則會(huì)造成材料的形變，通常情況下，現(xiàn)如今材料由于內(nèi)部應(yīng)力的不均勻可能會(huì)發(fā)生形變，不利于金屬材料熱處理工藝的發(fā)展。

2.2 淬火介質(zhì)因素

經(jīng)過對(duì)現(xiàn)實(shí)中實(shí)際發(fā)生案例的調(diào)查可以了解到，在對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理時(shí)淬火介質(zhì)的選擇是十分關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)，淬火介質(zhì)關(guān)系到材料是否會(huì)發(fā)生形變或發(fā)生怎樣的形變。作為影響金屬材料性能的重要因素，工作人員在處理這些金屬時(shí)必須要根據(jù)實(shí)際情況選擇淬火介質(zhì)，確保淬火介質(zhì)的質(zhì)量合格。此外，淬火介質(zhì)的存在也能夠直接對(duì)淬火過程的穩(wěn)定造成影響。在進(jìn)行介質(zhì)攪拌工作時(shí)，攪拌時(shí)使用的方法和攪拌速率都是能夠影響材料質(zhì)量的重要因素，如果選用的介質(zhì)攪拌方式不合適，可能會(huì)造成材料發(fā)生變形。

2.3 預(yù)處理因素

在金屬材料熱處理工作中經(jīng)常會(huì)使用正火處理的方式對(duì)金屬材料進(jìn)行預(yù)處理，正火能夠幫助金屬材料消除應(yīng)力，但是經(jīng)常會(huì)被場(chǎng)地等因素影響，造成了金屬材料在接受正火時(shí)無法受到良好的冷卻效果。大多是材料堆冷，可能會(huì)導(dǎo)致金屬材料在加熱爐中無法取得充足的冷卻效果，造成冷熱不均情況的產(chǎn)生，因此也會(huì)進(jìn)一步造成材料組織不均勻情況的發(fā)生，受到影響的材料進(jìn)行熱處理工作時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)形變問題，不正確的正火方法會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品形變的幾率快速提高。根據(jù)研究可以了解到，如果對(duì)組織不均勻得材料進(jìn)行熱處理有非常大的概率會(huì)發(fā)生材料形變。

2.4 溫度的測(cè)量與控制

溫度在熱處理工作中是非常重要的一項(xiàng)參數(shù)，能夠直接影響熱處理工藝應(yīng)用的規(guī)范性。如果不能準(zhǔn)確測(cè)量出熱處理過程中的溫度，那么會(huì)導(dǎo)致熱處理工藝的規(guī)范性無法得到保障。溫度的測(cè)量和控制是可以影響到金屬材料熱處理工作質(zhì)量的重要因素，同時(shí)也關(guān)系到金屬材料是否會(huì)發(fā)生變形?，F(xiàn)如今，我國在有關(guān)金屬材料熱處理工藝的溫度控制和測(cè)量方面的研究仍然存在較大進(jìn)步空間，很難準(zhǔn)確測(cè)量出溫度的具體數(shù)值，所以導(dǎo)致熱處理工作中可能會(huì)對(duì)金屬材料的結(jié)構(gòu)造成破壞。

3 金屬材料熱處理減少變形應(yīng)遵守的原則

3.1 遵守科學(xué)性的原則

為了防止金屬材料在進(jìn)行熱處理的過程中受到環(huán)境的影響而發(fā)生變形，工作人員要使用科學(xué)的管理方式對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理。在進(jìn)行熱處理工作時(shí)，負(fù)責(zé)金屬材料加工的技術(shù)人員要以科學(xué)的加工工藝為基礎(chǔ)，并且將科學(xué)理念貫徹其中，即便沒有完善的設(shè)備支持也要為金屬材料在進(jìn)行熱處理的過程中不會(huì)發(fā)生變形，即便發(fā)生了變形也要實(shí)現(xiàn)對(duì)變形范圍的有效控制。

3.2 遵循實(shí)用性的原則

金屬材料屬于不可再生資源，在使用這種資源進(jìn)行各項(xiàng)工作時(shí)必須要重視如何減少資源的浪費(fèi)，同時(shí)也要為金屬材料在未來實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供保障。為了解決有關(guān)金屬材料浪費(fèi)的問題，必須要盡量降低材料熱處理過程中發(fā)生變形的概率，讓所有的金屬材料都可以充分發(fā)揮出自身的作用。而且，如果能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)資源的有效應(yīng)用對(duì)于環(huán)境的保護(hù)也可以產(chǎn)生積極影響，同時(shí)也是為我們的發(fā)展打下了扎實(shí)基礎(chǔ)，是可持續(xù)發(fā)展理念中的重要內(nèi)容之一。所以，在進(jìn)行金屬材料熱處理工作時(shí)必須要使用科學(xué)的方式，確保各種加工方式都是為了提高產(chǎn)品的實(shí)用性，確保所有的材料都能夠發(fā)揮有效作用。想要實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的節(jié)約，必須要確保金屬材料熱處理工作質(zhì)量可以得到保障，這是提高金屬材料實(shí)用性的關(guān)鍵方式。

3.3 易操作原則

一般情況下，對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理時(shí)大多會(huì)選擇在臨近城市的地方進(jìn)行操作，但是在現(xiàn)如今的城市中合適的場(chǎng)地并不多，而且場(chǎng)地條件也有很多并不能夠達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求，導(dǎo)致部分針對(duì)金屬材料熱處理變形的控制措施無法得到應(yīng)用，為了解決這種問題，在使用相關(guān)技術(shù)解決金屬材料熱處理變形問題時(shí)必須要提高熱處理變形控制方案的容錯(cuò)率，有效降低環(huán)境對(duì)金屬材料熱處理變形控制產(chǎn)生的影響。

4 金屬材料熱處理變形的控制措施

總而言之，在我國不斷發(fā)展的過程中，越來越多的廠家開始熱處理金屬進(jìn)行生產(chǎn)工作，也有越來越多的熱處理金屬在日常生活中得到了使用。當(dāng)前社會(huì)的專業(yè)研究人員所專注的研究內(nèi)容是怎樣解決原有熱處理工藝中經(jīng)常出現(xiàn)的各種問題，降低熱處理過程中發(fā)生材料變形問題的概率。

4.1 金屬材料熱處理的預(yù)處理方法

無論是哪一種金屬材料在進(jìn)行熱處理工作時(shí)使用的是哪一種工藝都會(huì)影響金屬材料的最終變形量。如果所選用的淬火工藝溫度較高會(huì)促進(jìn)金屬材料內(nèi)部變形量的增加，因此，在正式開始對(duì)金屬的熱處理以前必須要進(jìn)行正火處理，確保金屬材料的溫度能夠得到有效控制。除此之外，技術(shù)人員還要使用退火工藝，選擇合適的退火工藝，以防止溫度降低對(duì)金屬材料產(chǎn)生較大不良影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬材料變形量的有效控制，在完成正火處理工作后能夠使用等溫淬火的方法提高材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的均勻性，從而進(jìn)一步減少材料可能發(fā)生的變形量。

4.2 淬火處理工藝

在對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理的工作時(shí)，其中十分關(guān)鍵一個(gè)環(huán)節(jié)是淬火處理，在進(jìn)行淬火處理工作時(shí)要重視對(duì)淬火介質(zhì)的引入，如果引入的介質(zhì)不合適會(huì)導(dǎo)致金屬材料內(nèi)部應(yīng)力的增加，從而導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力發(fā)生變形。為了解決淬火處理工作中可能出現(xiàn)的問題，技術(shù)人員一定要提高對(duì)淬火處理工藝的重視程度，以現(xiàn)有得各種工藝為基礎(chǔ)，對(duì)金屬材料進(jìn)行淬火處理。一般情況下，在對(duì)金屬材料進(jìn)行淬火冷卻時(shí)必須要對(duì)淬火的速度進(jìn)行嚴(yán)格控制，如果速度太快可能會(huì)導(dǎo)致冷卻不均勻，金屬材料也可能會(huì)在淬火的過程中發(fā)生變形。在現(xiàn)如今的熱處理工作中常用的淬火介質(zhì)是水，水溫的不同會(huì)帶動(dòng)冷卻的速度發(fā)生變化。在進(jìn)行淬火時(shí)金屬材料會(huì)發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變，如果冷卻太快會(huì)導(dǎo)致材料發(fā)生變形。如果在水里添加一定量的堿、鹽會(huì)促進(jìn)冷卻速度得進(jìn)一步提高。

4.3 科學(xué)冷卻

在對(duì)不同種類金屬材料進(jìn)行熱處理工作的過程中選擇使用的冷卻方法都是不一樣的，技術(shù)人員要選擇使用科學(xué)得冷卻方法，為實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬材料熱處理變形的有效控制提供保障?，F(xiàn)如今，常用的金屬材料熱處理方法主要有單介質(zhì)以及分級(jí)等多種淬火工藝。如果使用單介質(zhì)淬火工藝進(jìn)行熱處理工作，金屬材料只需要在一種淬火介質(zhì)中對(duì)金屬進(jìn)行冷卻，不僅操作簡(jiǎn)單，而且能夠輕易讓金屬實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，所以工作效率很高，但是這種工藝難以實(shí)現(xiàn)對(duì)淬火速度的有效控制，金屬材料可能會(huì)發(fā)生變形。如果使用雙介質(zhì)淬火工藝，那么金屬會(huì)在特殊介質(zhì)的作用下實(shí)現(xiàn)快速冷卻，快速降低淬火零件的溫度，在降到三百度左右時(shí)對(duì)其進(jìn)行保溫，然后把零件放到冷卻速度較低的其他介質(zhì)之中，實(shí)施對(duì)材料得二次冷卻？通過大量實(shí)際工作可以了解到，如果冷卻速度太快可能會(huì)導(dǎo)致金屬材料內(nèi)部應(yīng)力增加，從而造成淬透性的提高，變形量也會(huì)變得更大。所以為了提高對(duì)金屬材料熱處理的控制程度，必須要使用科學(xué)的冷卻方案。

4.4 有效加工

在對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理時(shí)，必須要對(duì)材料進(jìn)行機(jī)械加工，確保存留余量的合理性能夠得到保證，從而保證金屬變形量可以得到有效控制，也有利于淬火合格率的進(jìn)一步提高。受使用不同種類夾裝工具的影響，工具的變化會(huì)導(dǎo)致材料形狀也隨之發(fā)生變化，所以在對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理工作時(shí)必須要深入了解對(duì)零件的各項(xiàng)要求，同時(shí)也要進(jìn)一步了解零件的具體特征等。選擇夾裝方法時(shí)也必須要保證方法的合理性，從而有效降低由于熱應(yīng)力不均勻?qū)е碌牟牧献冃螏茁?。如果在進(jìn)行金屬材料的加工時(shí)要使用熱處理的方法，那么一定要確保金屬材料能夠發(fā)生變形。要深入研究金屬材料的變形規(guī)律，確保淬火變形的合格率可以得到保證，進(jìn)一步促進(jìn)金屬材料質(zhì)量的有效提高，通過先進(jìn)得技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)材料變形值的有效計(jì)算，保證材料變形不會(huì)超出正常范圍。

5 結(jié)語

總而言之，在我國不斷加強(qiáng)對(duì)有關(guān)金屬材料熱處理的研究時(shí)，人們也越來越了解那些可能對(duì)金屬材料熱處理變形問題產(chǎn)生影響的各項(xiàng)因素，為了防止金屬材料發(fā)生變形，導(dǎo)致金屬材料在后續(xù)的生產(chǎn)制造工作中無法得到使用，工作人員能夠?qū)饘俨牧线M(jìn)行冷卻或淬火，通過這樣的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬材料的完善，確保金屬材料的性能不會(huì)受到不良影響，金屬材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變形也要控制在規(guī)范范圍之內(nèi)，從而有效保證金屬材料在生產(chǎn)制造工作中仍然可以得到應(yīng)用，促進(jìn)我國金屬熱處理工作的進(jìn)一步發(fā)展。