熱處理過(guò)程中影響金屬材料變形的影響和改進(jìn)措施

胡曉飛 張寶坤 封偉民

摘 要： 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和裝備制造產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，金屬合金材料的加工和應(yīng)用也越來(lái)越多。之所以機(jī)械制造和裝備制造工業(yè)廣泛的應(yīng)用金屬合金作為主要的材料，就是因?yàn)榻饘俸辖鹁哂锌伤苄院?，價(jià)格合適和耐久性高等優(yōu)良特性。在可塑性的加工過(guò)程中，我們比較常用的就是熱加工，金屬熱加工可以使金屬變成我們想要的形狀和規(guī)格，但是也存在著一些缺點(diǎn)，比如說(shuō)不當(dāng)?shù)臏囟忍幚恚赡軙?huì)傷害到金屬本身的性質(zhì)，導(dǎo)致加工的零件和機(jī)械的強(qiáng)度降低，影響設(shè)備的運(yùn)行和質(zhì)量，對(duì)企業(yè)造成不可估量的損失。本文基于熱處理過(guò)程中影響金屬材料變形的影響和改進(jìn)措施展開(kāi)論述。

關(guān)鍵詞： 熱處理過(guò)程;金屬材料變形的影響;改進(jìn)措施

【中圖分類號(hào)】TB741 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A ? ? 【DOI】10.12215/j.issn.1674-3733.2020.30.159

引言：熱處理工藝是使各種金屬材料獲得優(yōu)良性能的重要手段，但在處理過(guò)程中金屬材料不可避免地會(huì)產(chǎn)生或多或少的變形，而變形則會(huì)對(duì)機(jī)械加工的后續(xù)工作產(chǎn)生至關(guān)重要的影響。目前要達(dá)到完全不變形是不可能實(shí)現(xiàn)的，但要盡量將變形量控制在允許的范圍內(nèi)。本文主要針對(duì)金屬材料熱處理變形的影響因素進(jìn)行分析探討，并提出有針對(duì)性的改進(jìn)措施，旨在更好地促進(jìn)金屬材料加工領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展，提高行業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

1 熱處理技術(shù)的概述

金屬材料的傳統(tǒng)熱處理技術(shù)在我國(guó)早期被應(yīng)用，包括多個(gè)環(huán)節(jié)。首先是正火階段，要將需要加工的金屬材料加熱到其臨界點(diǎn)，此時(shí)的金屬材料極易鍛造加工。在完成正火工作后，要進(jìn)行退火處理，退火的過(guò)程是需要將加熱后的材料在空氣中靜置一段時(shí)間，在靜置的過(guò)程中要保證金屬材料的加熱溫度不能夠過(guò)低，否則影響后續(xù)的加工處理。最后，要進(jìn)行固熱熔處理，將加熱后的金屬材料能夠快速冷卻，在金屬材料達(dá)到冷卻效果之后，要對(duì)金屬進(jìn)行強(qiáng)度的處理，在熱處理的過(guò)程中，由于步驟的繁瑣，所以熱處理技術(shù)對(duì)于技術(shù)的要求相對(duì)較高。熱處理技術(shù)是當(dāng)前機(jī)械制造中的重要環(huán)節(jié)，熱處理能夠在不改變技術(shù)化學(xué)性質(zhì)的情況下，通過(guò)溫度的改變，改變金屬材料的物理性質(zhì)，從物理性質(zhì)出發(fā)，達(dá)到改變材料性能的目的，主要過(guò)程包括加熱、保溫與冷卻環(huán)節(jié)，以上三個(gè)環(huán)節(jié)需要在加工處理中環(huán)環(huán)相扣，各個(gè)環(huán)節(jié)的不同流程起到改變金屬材料結(jié)構(gòu)的目的。

2 影響因素分析

隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)能力快速提升，金屬材料在整體應(yīng)用范圍上不斷擴(kuò)大，對(duì)不同種類的金屬構(gòu)件進(jìn)行合理加工已成為行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)之一。金屬材料熱處理變形的表現(xiàn)形式多種多樣，在進(jìn)行熱處理的過(guò)程中，工件出現(xiàn)變形的概率非常大，影響了材料的整體加工質(zhì)量。由于進(jìn)行了冷處理，殘留的奧氏體將變成馬氏體?；鼗鸷偷蜏貢r(shí)會(huì)使金屬材料變形并使其體積變大，這是由于馬氏體，硬質(zhì)合金材料的降解，而低溫固化和時(shí)效會(huì)使金屬材料變形。這是由于馬氏體的劣化引起的。第二個(gè)是應(yīng)力的松弛效應(yīng)，它導(dǎo)致金屬材料變形。原材料的微觀結(jié)構(gòu)將通過(guò)冷卻和壓實(shí)過(guò)程影響金屬材料的變形。通過(guò)淬火和固化過(guò)程，可以控制金屬設(shè)計(jì)變形的量，以確保淬火變形變得規(guī)則，并可以有效地控制變形。

3 面對(duì)熱處理問(wèn)題的措施

3.1 提前對(duì)材料進(jìn)行預(yù)處理

對(duì)材料進(jìn)行預(yù)處理的是為了金屬材料能夠在經(jīng)過(guò)熱處理之后，降低材料的變形幾率，熱加工的預(yù)處理環(huán)節(jié)，即為在金屬材料進(jìn)行正火之前，進(jìn)行一定的物理處理，在經(jīng)過(guò)這樣的預(yù)處理之后，金屬材料的本身結(jié)構(gòu)會(huì)提前發(fā)生改變，這樣的改變會(huì)使得金屬材料遭進(jìn)行熱處理之后，自身的結(jié)構(gòu)保持一種穩(wěn)定的狀態(tài)，不會(huì)因?yàn)檎鸬奶幚矶鴮?dǎo)致材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)不完整，這樣一來(lái)，金屬材料的變形現(xiàn)象也會(huì)降低，除此之外，如果材料出現(xiàn)了變形，要及時(shí)采取措施，例如進(jìn)行退火處理，這樣可以有效控制材料變形問(wèn)題。

3.2 變形與開(kāi)裂處理

在金屬材料的熱處理過(guò)程中，不可避免地會(huì)發(fā)生局部損壞材料和出現(xiàn)微裂紋的情況，這會(huì)導(dǎo)致金屬材料中出現(xiàn)大裂紋，然后破裂，從而影響金屬工件的使用安全性并縮短使用壽命。所以，在預(yù)防和處理變形和開(kāi)裂的過(guò)程中，必須遵循以下基本原則：第一，科學(xué)原則上，任何控制和處理措施的應(yīng)用都必須具有良好的科學(xué)性，然后才能進(jìn)行良好的處理。第二，簡(jiǎn)單操作性原則，變形和裂縫控制措施的原則應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，以免由于操作困難而難以達(dá)到預(yù)期的控制效果和處理效果;第三，實(shí)用原則，該原則是指減少勞動(dòng)力和材料資源，用于預(yù)防和處理變形和裂縫，并避免熱處理后影響金屬材料的質(zhì)量，以確保加工過(guò)程中熱處理具有可靠的效果，并為進(jìn)一步加工提供了良好的基礎(chǔ)。

3.3 改進(jìn)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(jìn)對(duì)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(guò)程冷卻工藝的操作需嚴(yán)格按照制定的方案實(shí)施，從而大大避免冷卻過(guò)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(guò)程中，使用較多的是單介質(zhì)淬火和雙介質(zhì)淬火，分級(jí)淬火等方式。以雙介質(zhì)淬火為例進(jìn)行說(shuō)明，金屬材料使用雙介質(zhì)淬火方式進(jìn)行淬火冷卻，冷卻過(guò)程分兩個(gè)階段進(jìn)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(shí)金屬部件溫度快速下降到300℃，而后經(jīng)過(guò)短時(shí)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(shí)現(xiàn)金屬材料的兩次冷卻。兩次冷卻過(guò)程因冷卻速度的差別所選用的冷卻介質(zhì)也會(huì)不同。冷卻工藝中，對(duì)熱變形影響最大的部分是快速冷卻，因?yàn)榭焖倮鋮s會(huì)提高金屬內(nèi)的拉力。

結(jié)束語(yǔ)：總而言之，通過(guò)分析熱處理變形和開(kāi)裂機(jī)理，可以發(fā)現(xiàn)引起熱處理變形的最重要因素。用于熱處理工藝，并提高了熱處理的效益。有關(guān)技術(shù)人員應(yīng)繼續(xù)研究總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，闡明熱處理過(guò)程中變形控制必須遵循的基本原則，并根據(jù)熱處理的具體條件，通過(guò)預(yù)處理，淬火處理、保證零件結(jié)構(gòu)配置的合理性、采用合適的裝夾方式、加強(qiáng)機(jī)械加工控制，加強(qiáng)機(jī)械加工控制，使熱處理后金屬材料的變形量在允許范圍內(nèi)，并避免出現(xiàn)裂紋。

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