探究金屬材料熱處理的影響因素

謝東 吳冰欣

【摘?要】伴隨著我國機械領域的發(fā)展，金屬材料被廣泛應用在機械生產(chǎn)中。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。這種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。但是應為這種改變，材料可能會發(fā)生一些不期望的形變，在這篇文章中，我們討論了熱處理過程中金屬變形的原因和簡單地應對方法，希望對從業(yè)者提供一些幫助。

【關鍵詞】金屬材料;熱處理;影響因素

引言

在制作金屬產(chǎn)品的過程中，所用金屬材料的熱處理工藝與技術會在很大程度上影響產(chǎn)品質(zhì)量，還會直接影響原材料的消耗以及所產(chǎn)生的污染。所以，只有不斷創(chuàng)新與完善金屬材料熱處理工藝以及技術，在降低環(huán)境污染、減少材料損耗以及提升處理質(zhì)量方面進行優(yōu)化，才能使我國擁有更高的金屬材料熱處理水平，更好地推動我國經(jīng)濟發(fā)展。

1金屬材料熱處理工藝的概述

金屬材料是指具有一定光澤，延展性好，容易導電和傳熱的材料，大部分金屬材料具有一定的可塑性和硬度，一般可按照顏色可以分為黑色金屬、有色金屬和貴金屬。黑色金屬在日常生活中比較常見，一般指常見的鋼鐵材料，而有色金屬是指除鐵、錳以外的金屬及其合金，通常情況下可以根據(jù)密度分為輕金屬和重金屬，而貴金屬主要包括金、鉑等。我國金屬材料的應用較為廣泛，最早可以追溯到商朝的青銅器，而隨著歷史的不斷發(fā)展，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，金屬材料在使用過程中更要考慮到其材料的力學性能，綜合處理其硬度、強度、塑性和抗沖擊能力之間的關系。

2金屬材料熱處理的影響因素

2.1應力的影響

金屬材料都具有特定的密度，在熱加工的過程中，由于受熱不均會導致金屬材料的變形。一般情況下，金屬的熱加工要先進行加熱，然后處于一段時間的保溫期，之后在進行熱加工。然而在加熱和保溫時，材料的內(nèi)外以及不同的位置會產(chǎn)生溫度的差別，這就導致了不同位置狀態(tài)的不同，當?shù)蜏靥庍€是硬的狀態(tài)時，高溫處已經(jīng)變軟，這種應力的不同就會使材料產(chǎn)生不良的變形。

2.2溫度的測量與控制

溫度是熱處理工藝規(guī)范中非常重要的工藝參數(shù)。若溫度測量不準確，熱處理工藝規(guī)范就得不到有效執(zhí)行。溫度的測量與控制對于保證產(chǎn)品的質(zhì)量至關重要，其也是影響變形的關鍵因素。目前，我國針對金屬材料熱處理工藝的溫度控制與檢測能力還較為薄弱，無法準確地控制材料熱處理過程中溫度檢測的精度，因而造成了金屬材料結(jié)構(gòu)在熱處理過程中受到了損壞。此外，金屬材料本身各個部分的比容存在一定的差異，因此一旦在熱處理過程中，沒有科學合理地控制好溫度，就會導致比容變形的出現(xiàn)，增加金屬材料熱處理過程中出現(xiàn)變形的概率

2.3冷處理過程的影響

在金屬加工過程中應用熱處理時，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是金屬合金材料發(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，導致金屬的變形和體積形變，對材料的質(zhì)量和制造的設備的可靠性產(chǎn)生不良的影響。

3金屬材料熱處理變形應對措施

3.1機械金屬材料不同種類上的實踐探索

在金屬材料不同工件的制造處理中，要根據(jù)熱處理加工效果進行選擇。通常情況下，比較常用的機械金屬材料是微變形剛和高淬透性合金鋼以及碳鋼。在這些金屬材料中，高淬透性合金鋼材料一般應用在大截面尺寸和形狀較為復雜的處理工藝中，微變形剛材料一般用于形狀復雜或者有較高輕度要求的機械金屬工件生產(chǎn)過程中。而合金鋼材料一般用于如Cr12MnV易淬裂以及變形的生產(chǎn)工件過程中。

3.2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)象的降低也起到關鍵性的作用。熱處理過程冷卻工藝的操作需嚴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。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。

3.3控制熱處理溫度

在金屬熱處理過程中，由于溫度對金屬材料變形有著重要影響，所以必須加強對爐內(nèi)溫度的精確控制，以滿足熱處理工藝的需要。具體方法：（1）提高爐內(nèi)溫度均勻性，特別是保證工件加熱階段的溫度均勻性，有助于減小變形。（2）確保不同部位的零件以相同的速度升溫，也能有效控制變形。（3）在加熱前先進行預熱，減少因升溫過快而引起的溫度分布不均勻，從而避免由此造成的變形。（4）在溫度超過Ac3后，溫度升高而導致內(nèi)應力加大，增加了變形的可能性，此時降低工藝溫度，縮短熱處理時間，都會減少變形量。

3.4合理加工

金屬材料熱處理技術應用過程中，離不開機械設備的使用。運用機械設備進行加工時，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。

3.5減少熱處理過程中的殘余應力

由于殘余應力對工件的形狀、尺寸和性能有著極為重要的影響，故應加大研究力度，減少金屬材料熱處理過程中產(chǎn)生的殘余應力。實現(xiàn)方法：（1）根據(jù)金屬材料的不同性質(zhì)，在其中添加一定比例的合金元素，不僅能夠使金屬材料的抗應力性能得到優(yōu)化，還能延長金屬材料的使用壽命，使其更好地適應熱處理工藝的要求。（2）金屬材料熱處理前，需對金屬材料本體缺陷進行處理，加大檢測力度，如存在表面粗糙、劃傷、裂紋等不利因素，應采用焊接、高溫塑變等方式對金屬材料進行修復，防止其在淬火過程中因熱脹冷縮的作用力而引起變形或開裂，為后續(xù)的金屬材料熱處理提供保障。

結(jié)語

機械金屬材料熱處理加工工藝過程中，包括冷處理工藝、時效、原始組織以及應力狀態(tài)等相關內(nèi)容的因素作用導致，機械金屬材料開裂、斷裂、熔失、變形等問題，影響機械的使用質(zhì)量和使用壽命。為了更好避免此類問題出現(xiàn)，就需要在熱加工處理工藝上有科學的指引操作，冷卻方法方式上也要有科學合理的選擇，機械金屬材料熱處理工作也會有促進有規(guī)律有秩序開展進行。所以說，在對機械金屬材料器件實施熱處理過程中，質(zhì)量監(jiān)控要放在重中之重，從而最大限度降低廢品率，避免有變形、開裂現(xiàn)象出現(xiàn)。此外，對于熱處理工藝的研究人員和教師也需要不斷提升自身的綜合能力、知識素養(yǎng)，不斷實踐探索研究創(chuàng)新，對機械金屬材料熱力學性能進行全面總結(jié)研究分析，進而采取有效的措施避免熱處理過程中的不利因素出現(xiàn)，以保證機械金屬材料構(gòu)件的質(zhì)量獲得完美的提高。

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