金屬材料熱處理變形的影響因素與控制

張建寶

金屬材料通過(guò)熱處理工藝技術(shù)，改善材料原本的性能，這種方式可以獲得各種性能優(yōu)良的金屬材料。通過(guò)對(duì)金屬材料適當(dāng)范圍內(nèi)的進(jìn)行加熱、冷卻，促使金屬合金自身內(nèi)部組織結(jié)果產(chǎn)生變化，這種方式可以獲得各種性能優(yōu)良的金屬材料。但在進(jìn)行熱處理時(shí)變形問(wèn)題成為較為常見(jiàn)且普遍存在的問(wèn)題之一。文章針對(duì)金屬在進(jìn)行熱處理時(shí)的變形問(wèn)題進(jìn)行了研究分析，并根據(jù)自身的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)提出了應(yīng)對(duì)熱處理變形有效措施，僅供參考。

：金屬材料熱處理;變形;控制措施

：在實(shí)際情況中，通過(guò)熱處理使得金屬材料性能得到改變，也正是利用這一點(diǎn)，金屬材料性能的改變也可以通過(guò)熱處理技術(shù)來(lái)進(jìn)行[1] 。溫度變形、機(jī)械加工二者之間既是共存

關(guān)系，同時(shí)在很多情況下也需要避免的。由此看來(lái)，掌控好其中的尺度和范圍，在金屬材料熱處理過(guò)程中也非常關(guān)鍵。時(shí)下，在工業(yè)制造領(lǐng)域的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的同時(shí)，對(duì)金屬部件進(jìn)行熱處理的過(guò)程中，金屬部件的制造和生產(chǎn)技術(shù)方面也有了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)，在生產(chǎn)技術(shù)管理方面也有了進(jìn)一步向前發(fā)展的趨勢(shì)[2] 。金屬材料的應(yīng)用范圍也涉及深入到了各個(gè)領(lǐng)域，根據(jù)不同種類的金屬材料構(gòu)件，通過(guò)某種合理的方式進(jìn)行加工處理，促使其形態(tài)發(fā)生改變，已經(jīng)成為了整體發(fā)展變化中的一個(gè)較為火熱的勢(shì)頭[3] 。

1.易操作原則

首先要解決原材料處理中出現(xiàn)變形問(wèn)題，制定金屬變形解決方案，將外部環(huán)境對(duì)金屬熱處理成型的影響因素降到最低，另外，處理金屬材料變形問(wèn)題時(shí)，將變形控制流程進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，保證金屬材料變形控制各個(gè)步驟能夠順利有效進(jìn)行。

2.科學(xué)性原則

對(duì)金屬材料熱變形進(jìn)行科學(xué)控制，要在未實(shí)行前了解導(dǎo)致材料變形的多種因素，將工藝進(jìn)行細(xì)化，從金屬材料基本屬性方面進(jìn)行分析，制定標(biāo)準(zhǔn)化的變形控制工作流程。

金屬材料部件在進(jìn)行熱處理工藝時(shí)，絕大多數(shù)的情況下會(huì)出現(xiàn)以下兩種變形。

1.內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的塑性變形。根據(jù)金屬材料內(nèi)外層兩邊受熱速度、冷卻速度的不相統(tǒng)一，在金屬材料的不同位置，隨著溫度數(shù)值的變化，就會(huì)發(fā)生受熱冷卻的不均勻現(xiàn)象。金屬材料部件會(huì)有熱脹冷縮從而引起熱應(yīng)力塑性變形。

2.比容變形。大量的研究實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)金屬材料部件的比容變形，這種變形與奧氏體中的碳元素、合金元素的含量多少有著十分密切的關(guān)系，比容變形方向性并不明確，由于鋼的組織結(jié)構(gòu)較為均勻，對(duì)鋼熱處理的時(shí)候，其比容變形在不同的方向上的表現(xiàn)是相同的。金屬材料通過(guò)熱處理，不同相的比容會(huì)或多或少的存在著一些差異，出現(xiàn)變相后金屬材料的體積大小、尺寸大小就會(huì)自然而然的發(fā)生變化，這些都屬于比容變形。

值得一提的是，金屬材料熱處理過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致材料的整體加工受到影響，而出現(xiàn)金屬材料變形的主要影響因素主要有以下幾個(gè)方面。

1.溫度變化因素

金屬材料都有自己的受熱溫度的臨界點(diǎn)，經(jīng)過(guò)熱處理的金屬材料，高溫強(qiáng)度下的損失，會(huì)伴隨著熱處理的溫度下降而逐漸緩慢減少，特別是當(dāng)熱處理的溫度下降到一定溫度臨界點(diǎn)時(shí)，金屬材料自身的熱應(yīng)力以及組織結(jié)構(gòu)應(yīng)力也會(huì)逐步降低，從而導(dǎo)致金屬材料的變形。由此看來(lái)，溫度，是金屬材料熱處理中變形的一個(gè)關(guān)鍵因素.

2.應(yīng)力狀態(tài)因素。

由于密度結(jié)構(gòu)等因素的影響可能會(huì)導(dǎo)致材料在熱處理的時(shí)呈現(xiàn)出冷熱分布不均的狀態(tài)。在展開(kāi)熱處理工藝的過(guò)程中包含了加熱、保溫和處理三個(gè)部分。在加熱和保溫量過(guò)程當(dāng)中，溫度高低會(huì)對(duì)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)造成影響，所以金屬材料發(fā)生形變，一般情況下，材料內(nèi)部應(yīng)力不均勻?qū)е滦巫兏怕试黾?，?duì)金屬材料熱處理產(chǎn)生一定影響。

3.淬火介質(zhì)因素

通過(guò)相關(guān)事件分析發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行熱處理工藝當(dāng)中，合理地選擇淬火介質(zhì)具有非常重要的意義，直接和材料形變情況的出現(xiàn)息息相關(guān)。在實(shí)際進(jìn)行處理的過(guò)程中，一定要合理選擇淬火介質(zhì)質(zhì)量，這會(huì)直接影響金屬材料的最后效果。與此同時(shí)還會(huì)制約淬火的穩(wěn)定性，在介質(zhì)攪拌的過(guò)程中，介質(zhì)攪拌的方式和攪拌的速度也會(huì)對(duì)材料產(chǎn)生影響。

4.預(yù)處理的間接影響

常用的預(yù)處理方法主要是正火處理方法，這種方式可以進(jìn)一步地消除應(yīng)力，然而會(huì)由于場(chǎng)地等因素的限制，導(dǎo)致正火的過(guò)程中，冷卻多為材料的堆冷，這樣會(huì)造成材料在加熱爐內(nèi)的冷卻效果受到一定程度的影響，出現(xiàn)冷熱不均等問(wèn)題，這樣很容易導(dǎo)致材料出現(xiàn)組織不均勻，這樣的材料在進(jìn)行熱處理的過(guò)程中會(huì)造成形變的情況出現(xiàn)，如果沒(méi)有采取合理的方式進(jìn)行正火，可能會(huì)讓變形的概率大幅度提升。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，組織不均的材料實(shí)施熱處理工藝，極易導(dǎo)致變形現(xiàn)象的出現(xiàn)。

1.采用科學(xué)方法

應(yīng)用淬火工藝。正如以上內(nèi)容中所提到的，操作工程中，如果所使用的淬火介質(zhì)不恰當(dāng)，

金屬材料熱處理過(guò)程中所適用的淬火工藝需要不斷的進(jìn)行創(chuàng)新與改變，盡可能的降低在操作中的失誤機(jī)率，選擇使用合理的淬火介質(zhì)。此外，在進(jìn)行淬火冷卻時(shí)，需要結(jié)合科學(xué)的方法，控制調(diào)節(jié)好金屬材料冷卻的節(jié)奏和速度，以此來(lái)保證將金屬材料變形的可能降到最低。圖1 為淬火工藝的曲線圖。

2.選擇有效的冷卻方式。目前階段實(shí)際操作中使用比較多的金屬材料熱處理的冷卻方法。一種是雙液淬火，通過(guò)把金屬材料放置在冷卻速度較快的介質(zhì)當(dāng)中，讓金屬材料在瞬間的短時(shí)間內(nèi)溫度急速下降，隨后在將金屬材料轉(zhuǎn)置入冷卻速度較緩慢的介質(zhì)中進(jìn)行冷卻。而常見(jiàn)的另一種冷卻方法——單液淬火技術(shù)是指將金屬材料放入到單一的介質(zhì)中進(jìn)行降溫冷卻處理，這樣的冷卻方式能夠在一定程度上減少操作的時(shí)間，提高工作的效率，但是這樣操作的缺點(diǎn)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)淬火速度和質(zhì)量的科學(xué)把控。由此看來(lái)，針對(duì)不同的實(shí)際情況，選擇不同的有針對(duì)性的淬火冷卻方式，才能夠有效提升金屬材料熱處理中淬火冷卻工作的質(zhì)量與水平。

3.選擇匹配的裝夾方式和夾具。熱處理操作時(shí)，選擇何種裝夾方式和夾具，也是關(guān)鍵的一步。因此，根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)裝夾方式和夾具做出最佳選擇，才能降低因?yàn)闊釕?yīng)力的不均勻而進(jìn)一步導(dǎo)致金屬材料工件變形。

綜上所述，伴隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的提升，金屬材料在工業(yè)以及各行業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值不斷增強(qiáng)。金屬材料通過(guò)熱處理工藝技術(shù)，不僅僅可以逐步改善材料原本的性能，還可以通過(guò)多種方法獲得各種性能優(yōu)良的金屬材料。熱處理技術(shù)與金屬材料兩者間的關(guān)系的調(diào)節(jié)也越來(lái)越重要，在掌控好尺度和范圍的情況下，在金屬材料熱處理過(guò)程中也非常關(guān)鍵的一點(diǎn)，相關(guān)行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵也在于兩者是否進(jìn)行有效的結(jié)合，因此找到減少金屬材料熱處理變形的正確操作方案也是非常重要且必要的。

[1]高靜，申志敏.金屬材料熱處理變形的影響因素與控制策略[J].應(yīng)用能源技術(shù)，2017（6）：12-14.

[2]劉業(yè)超，張本權(quán)，許冰，等.論金屬材料熱處理變形的影響因素及減小措施[J].中國(guó)機(jī)械，2015（4）：118-119.

[3]吳江濤，潘海宏，王云龍，等.金屬材料熱處理變形的影響因素與控制策略[J].世界有色金屬，2017（19）：254+256.

[4]王國(guó)東.金屬材料熱處理變形原因及防止變形的技術(shù)措施[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2018（3）：105-106.

[5] 張忠和，郭 峰，王飛宇，等. 12Cr2Ni4 鋼預(yù)備熱處理方法對(duì)畸變量的影響[J]. 熱處理技術(shù)與裝備，2017，38（6）：23 -26.

[6] 于廣義，張忠和，王飛宇，等. 淬火溫度對(duì)滲碳淬火組織及變形的影響[J]. 熱處理技術(shù)與裝備，2018，39（5）：17 -19.