淺談金屬材料熱處理變形的影響因素與控制策略

呂旺興

【摘 ?要】隨著近年來我國經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型升級(jí)以及人們對(duì)產(chǎn)品消費(fèi)升級(jí)的需要，對(duì)各類產(chǎn)品的品質(zhì)提出了更高的要求。而作為各類工業(yè)品或消費(fèi)品中重要組成部分的金屬材料應(yīng)用十分廣泛，已滲透到國民經(jīng)濟(jì)的各行各業(yè)之中。為了提升金屬材料的相關(guān)性能，則需要通過采用加熱、冷卻等適當(dāng)方式的處理來實(shí)現(xiàn)金屬合金內(nèi)部結(jié)構(gòu)及組織的變化，從而達(dá)到某一特定的目的。在這個(gè)過程當(dāng)中，金屬材料不可避免的要發(fā)生細(xì)微的形狀變化。如何控制和確保其變化在一定的程度范圍內(nèi)，則直接對(duì)產(chǎn)品的強(qiáng)度、使用壽命和精度等都起到了決定性的影響，而成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】金屬材料;熱處理變形;影響因素;控制策略

中圖分類號(hào)：TG157文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1、金屬材料的特殊性能

金屬材料的性能決定了其應(yīng)用范圍和應(yīng)用的合理性。具體來說，金屬材料的性能分為四個(gè)方面：力學(xué)性能、化學(xué)性能、物理性能、工藝性能。金屬材料在載荷作用下的力學(xué)性能稱為力學(xué)性能或力學(xué)性能。常用的機(jī)械性能有強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性、多重沖擊抗力和疲勞極限等?；瘜W(xué)性能是用來反映一種材料和各種化學(xué)試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的可能性和反應(yīng)速度大小的相關(guān)參數(shù)。在金屬的化學(xué)性質(zhì)中，尤其是耐蝕性在金屬的腐蝕疲勞損傷中起著重要的作用。物理性質(zhì)是材料本身特有的特性以及可以承受熱、電、磁等作用所表現(xiàn)的能力。如密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、導(dǎo)磁性、導(dǎo)電性、熱膨脹性等。工藝性能是指材料適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)工藝所要求的能力，也可以稱工藝性能為加工性能。工藝性能往往是由多種因素的綜合作用決定。

2、造成金屬材料熱處理變形的主要因素

2.1金屬材料內(nèi)部成分與應(yīng)力的影響因素

在金屬材料熱處理加工過程中，金屬材料內(nèi)部的組織成分也是引起金屬材料變形的影響因素之一，在淬火或城中，金屬材料內(nèi)部成分會(huì)出現(xiàn)變化，一些碳化物被析出，這樣會(huì)減小金屬材料的整體體積，同時(shí)也會(huì)改變金屬材料的原始強(qiáng)度，最終引起金屬材料變形量提高，金屬材料出現(xiàn)變形的問題。對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理可以提高金屬的抗氧化能力，并且提高金屬材料的抗磨損能力，利用熱處理技術(shù)改變金屬強(qiáng)度的同時(shí)，也會(huì)在熱處理的過程中提高金屬的應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超出金屬材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，金屬就會(huì)出現(xiàn)變形。另外在熱處理的加工過程中，應(yīng)力產(chǎn)生的位置也有所不同，不能平衡金屬材料中應(yīng)力的分布，也是造成金屬材料熱處理變形的原因之一。

2.2時(shí)效處理階段引發(fā)金屬變形的因素

在對(duì)金屬材料進(jìn)行時(shí)效處理的階段，需要將經(jīng)過固溶熱處理的金屬材料放在高于常溫的環(huán)境中靜置，讓金屬材料逐漸析出其中的碳化物，進(jìn)而提高金屬的硬度，但是在析出碳化物的過程中，金屬材料可能會(huì)出現(xiàn)體積變小的問題。另外在金屬材料溫度下降，的過程中，金屬內(nèi)的應(yīng)力會(huì)逐漸變小，隨著應(yīng)力減小，金屬也可能會(huì)出現(xiàn)變形的可能。

3、金屬材料熱處理技術(shù)的操作原則

3.1保證操作的科學(xué)性

金屬材料熱處理工作需要保證操作的科學(xué)性，熱處理操作應(yīng)該建立在科學(xué)的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同屬性的金屬材料，合理的做出檢測(cè)分析，保證金屬材料信息獲取的準(zhǔn)確性、完整性。掌握了準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)后，再制定相應(yīng)的工藝標(biāo)準(zhǔn)和工藝流程。金屬材料熱處理工作需要保證充分的技術(shù)支持，技術(shù)人員應(yīng)該對(duì)工藝流程加以監(jiān)督，根據(jù)情況給予相應(yīng)的技術(shù)指導(dǎo)，進(jìn)而保證熱處理工藝的規(guī)范性和科學(xué)性，最終實(shí)現(xiàn)提高金屬材料熱處理變形控制水平的目的。

3.2營造良好的生產(chǎn)環(huán)境

良好的生產(chǎn)環(huán)境是保證加工生產(chǎn)質(zhì)量的基礎(chǔ)之一，從事金屬材料加工生產(chǎn)的工廠往往需要建立在城市的近郊，這樣才不會(huì)對(duì)城市環(huán)境產(chǎn)生影響。為了提高金屬材料熱處理變形控制能力，必須消除環(huán)境因素造成的影響，這樣才能更好的控制金屬材料的應(yīng)力，最終減少金屬材料變形問題的發(fā)生。應(yīng)該提高工廠的硬件支持水平，保障生產(chǎn)中有先進(jìn)的設(shè)備支持，進(jìn)而降低熱處理難度，保障加工各個(gè)環(huán)節(jié)的工藝質(zhì)量，最終達(dá)到提高加工生產(chǎn)水平的目的。

4、金屬材料熱處理變形的控制策略

4.1熱處理前進(jìn)行預(yù)處理

實(shí)際上，金屬材料出現(xiàn)變形并不單單是熱處理時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，其他工藝如正火、退火等都會(huì)造成金屬變形。在進(jìn)行金屬材料熱處理時(shí)，由于正火中溫度較高，容易造成金屬材料的內(nèi)部組織變形，因此，可以先進(jìn)行預(yù)處理，控制溫度的正火處理最適當(dāng)。做好正火處理工作后，可適當(dāng)選擇相同溫度的淬火處理方式，加強(qiáng)金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻性，實(shí)現(xiàn)控制變形目標(biāo)。除此之外，還刻意通過打開退火工藝，根據(jù)金屬材料自身組織特征，選擇適當(dāng)?shù)耐嘶鸸に?。退火工藝的?yīng)用能夠降低金屬材料受溫梯度的影響，在金屬材料在處理期間控制其變形，這種方式還能對(duì)金屬材料的熱處理質(zhì)量水平提供保障。

4.2淬火處理工藝

金屬熱處理中較重要的一項(xiàng)環(huán)節(jié)就是淬火處理工藝，在這一過程中如果引入淬火介質(zhì)不適合，會(huì)造成金屬材料內(nèi)部應(yīng)力增加，進(jìn)而造成內(nèi)部應(yīng)力變形。要想處理淬火處理中出現(xiàn)的問題，就需要技術(shù)人員充分重視淬火處理工藝，并從現(xiàn)有工藝出發(fā)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇慊鹛幚砉に?。通常情況下，金屬材料淬火冷卻過程中，要合理控制淬火速度，當(dāng)淬火速度過快將會(huì)造成冷卻不均勻，金屬材料也容易變形。淬火常用的介質(zhì)為水油，當(dāng)水溫在500～600℃時(shí)，冷卻速度可以在每秒550℃，當(dāng)水溫在200～300℃時(shí)，冷卻速度可以選擇每秒約270℃。這一過程中金屬材料會(huì)出現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變，當(dāng)冷卻速度較高時(shí)，會(huì)造成金屬材料變形。當(dāng)在水中加入相當(dāng)量的堿或鹽時(shí)，冷卻速度將會(huì)迅速提升，比如，上述的水溫在500～600℃時(shí)，冷卻速度可以在每秒550℃迅速變化為每秒1100℃[2]。因此，水、鹽水以及堿水在碳鋼淬火冷卻時(shí)作為介質(zhì)的情況較多，但也可能會(huì)出現(xiàn)變形和開裂的狀況。

4.3零件結(jié)構(gòu)合理配置

金屬材料熱處理和冷卻時(shí)，還會(huì)受到零件結(jié)構(gòu)影響，進(jìn)而產(chǎn)生變形的情況。金屬材料較厚的地方冷得慢，薄處冷得快，在實(shí)際生產(chǎn)中要減少薄厚差異，盡可能控制過渡區(qū)域內(nèi)應(yīng)力集中產(chǎn)生的變形情況。當(dāng)金屬材料出現(xiàn)開裂狀況時(shí)，要采取措施確保零件截面的均勻分布，科學(xué)控制冷卻速度不均勻而造成的變形。零部件和材料組織成分要呈現(xiàn)對(duì)稱性，才能更好地確保應(yīng)力的均勻性。因此，在設(shè)計(jì)零部件時(shí)，要避免有溝槽及棱角出現(xiàn)，造成薄厚不均勻的情況。

結(jié)束語

綜上所述，金屬材料熱處理技術(shù)是提高金屬材料性能的重要加工技術(shù)，控制好熱處理中的各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的工作質(zhì)量，減少金屬材料熱處理變形的發(fā)生，有利于企業(yè)節(jié)省成本，進(jìn)而提高企業(yè)的收益，促進(jìn)企業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。隨著社會(huì)的發(fā)展、科技的進(jìn)步，城市建設(shè)和工業(yè)生產(chǎn)對(duì)金屬材料的質(zhì)量要求更高，需要金屬材料具備更高的強(qiáng)度及耐久度，這也就需要金屬生產(chǎn)加工企業(yè)有著更高的技術(shù)水平，這樣才能滿足市場(chǎng)需求。因此，提高金屬材料熱處理技術(shù)水平是至關(guān)重要的，也是企業(yè)為了更好的應(yīng)對(duì)未來市場(chǎng)首先要做到的。

參考文獻(xiàn)：

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（作者身份證號(hào)碼：330621198111294257）