金屬材料熱處理變形問題及開裂問題的解決措施研究

張俊花

（江蘇省徐州技師學(xué)院，江蘇 徐州 221000）

人們的生產(chǎn)生活自古以來就離不開金屬材料的使用，金屬材料的處理工藝有著悠久的歷史。伴隨著我國社會(huì)建設(shè)的進(jìn)程加快，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，各領(lǐng)域?qū)饘俨牧系囊笠苍絹碓礁?，金屬材料的加工及處理?yīng)用也更加廣泛。由于金屬材料具有價(jià)格合適、耐用性高、可塑性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，因此其作為主要生產(chǎn)原料被機(jī)械制造業(yè)及裝備制造業(yè)廣泛運(yùn)用。在金屬材料的加工處理過程中，最常見的處理方式即熱處理工藝，這種處理工藝可以改變金屬材料的性狀和規(guī)格，使其具備生產(chǎn)所需的功能。但需要注意的是，若對(duì)金屬材料的熱處理方式方法不當(dāng)?shù)脑?，可能?huì)對(duì)金屬材料造成不可逆的損傷，導(dǎo)致加工出的零件或機(jī)械設(shè)備性能不符合要求，給企業(yè)帶來一定程度上的經(jīng)濟(jì)損失。因此在對(duì)金屬材料進(jìn)行熱加工處理時(shí)，應(yīng)精準(zhǔn)地控制好熱處理的每個(gè)環(huán)節(jié)，嚴(yán)格按照規(guī)章制度進(jìn)行生產(chǎn)，可以有效避免熱處理過程中金屬材料出現(xiàn)變形及開裂問題。本文從不同角度對(duì)金屬材料熱處理過程中出現(xiàn)變形及開裂問題的原因進(jìn)行分析，并提出若干切合實(shí)際的解決措施，從而保證了金屬材料熱加工過程中的質(zhì)量[1]。

1 熱處理過程中影響金屬材料變形及開裂的因素

1.1 冷處理過程的影響

金屬材料的熱處理過程中，冷處理工藝與時(shí)效會(huì)對(duì)金屬材料產(chǎn)生重要的影響。由于金屬材料的冷處理過程中會(huì)有少許的奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)化的反應(yīng)，這種反應(yīng)會(huì)使金屬材料有少許幅度的體積改變。另外，金屬材料在受到低溫回火工藝及時(shí)效的影響時(shí)也會(huì)發(fā)生形變；并且金屬材料在馬氏體轉(zhuǎn)化期間會(huì)分解出大量的碳化物，也會(huì)導(dǎo)致金屬材料的體積變小。

1.2 應(yīng)力的影響

在對(duì)金屬材料的熱處理過程中，若加熱不均勻會(huì)導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生形變。通常來說金屬材料的熱處理需要先將金屬材料加熱到一定的溫度，然后經(jīng)歷一定時(shí)間的保溫，最后再對(duì)其進(jìn)行熱加工[2]。當(dāng)金屬材料處于加熱和保溫狀態(tài)時(shí)，材料的內(nèi)外溫度及局部溫度的差別會(huì)導(dǎo)致不同位置的應(yīng)力不同，低溫處的硬度已經(jīng)逐漸恢復(fù)，而高溫處仍舊處于柔軟狀態(tài)，這種應(yīng)力差會(huì)導(dǎo)致金屬材料產(chǎn)生形變。

1.3 原始組織影響

金屬中的合金元素纖維方向及碳化物性狀等原始組織都會(huì)對(duì)熱處理過程中的金屬材料造成影響。在現(xiàn)代金屬制造行業(yè)中，已經(jīng)在金屬材料的熱處理過程中加入了相應(yīng)的化學(xué)元素，可以將金屬材料的原始組織變得更有規(guī)律，金屬材料在熱處理過程中的形變及開裂問題已經(jīng)得到了有效控制[3]。

1.4 淬火的影響

淬火是金屬材料的熱加工過程中必不可少的環(huán)節(jié)之一。淬火可以有效提高金屬材料的性質(zhì)、硬度、耐用性等。由于部分金屬制造廠沒有根據(jù)金屬的自身特性及使用功能選擇合適的淬火介質(zhì)，因此導(dǎo)致了金屬材料在淬火過程中出現(xiàn)變形及開裂問題。

1.5 預(yù)處理的影響

在金屬材料的熱處理中，預(yù)處理是廣泛使用的一種處理方式，它可以有效消除金屬材料的應(yīng)力。如果沒有進(jìn)行良好的預(yù)處理工作，那么會(huì)導(dǎo)致金屬材料出現(xiàn)冷堆情況，從而影響熱處理的整體效果，導(dǎo)致加工出的金屬產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)。

2 金屬材料熱處理技術(shù)使用過程中需要遵守的原則

金屬材料的熱處理是一把“雙刃劍”，金屬材料進(jìn)行熱處理可以有效提高其使用效果及各種性能，但如果熱處理操作不當(dāng)，將會(huì)對(duì)金屬材料造成不可逆的損傷。為了有效提高金屬熱處理的效率，避免金屬材料出現(xiàn)變形及開裂問題，在對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理時(shí)應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則。

2.1 規(guī)范操作原則

金屬材料在熱處理的過程中出現(xiàn)變形及開裂問題會(huì)大大降低其使用效率，給企業(yè)帶來額外額經(jīng)濟(jì)損失。目前來說，人工操作失誤時(shí)金屬材料熱處理過程中出現(xiàn)變形及開裂問題的主要原因。因此，企業(yè)應(yīng)提高金屬材料熱處理人員的專業(yè)知識(shí)水平，普及金屬材料熱處理的操作規(guī)范流程，并要求工人在對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理之前充分了解不同金屬的特性，制定科學(xué)合理的熱處理計(jì)劃，并且建立健全的熱處理監(jiān)督機(jī)制，確保熱處理人員能夠按照操作規(guī)范進(jìn)行操作。

2.2 減少環(huán)境干擾原則

對(duì)于金屬材料的熱處理來說，對(duì)外界環(huán)境的要求較為苛刻，在進(jìn)行金屬材料熱處理的過程中，要嚴(yán)格控制工作環(huán)境，避免其對(duì)金屬材料的形變?cè)斐商嗟挠绊憽＝饘俨牧蠠崽幚韽S在選址時(shí)應(yīng)遵循減少環(huán)境干擾原則，盡量選在在偏僻的郊外，這樣可以在保證工業(yè)廢料對(duì)人民群眾的生活造成的影響最小化的同時(shí)，保證金屬材料熱處理的質(zhì)量。

2.3 人員定期培訓(xùn)原則

金屬制造企業(yè)應(yīng)遵循人員定期培訓(xùn)原則，對(duì)從事金屬熱處理的工作人員進(jìn)行定期的金屬知識(shí)、先進(jìn)的熱處理工藝知識(shí)的培訓(xùn)學(xué)習(xí)，從而加強(qiáng)金屬熱處理人員的工作水平及安全意識(shí)，在保證生產(chǎn)效率的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)金屬制造企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[4]。

3 金屬材料熱處理變形問題及開裂問題的解決措施

3.1 改進(jìn)淬火工藝

作為金屬材料熱處理中的重中之重，淬火工藝是重要的工作環(huán)節(jié)。精湛的淬火工藝對(duì)于控制金屬材料的變形及開裂問題來說是十分重要的。隨著現(xiàn)代社會(huì)中金屬材料的用途愈發(fā)廣泛，對(duì)金屬材料的要求也越來越高，傳統(tǒng)的淬火工藝已經(jīng)無法滿足時(shí)代需求。通常來說，淬火工藝中的介質(zhì)主要是油和水，不同的金屬材料與其不同的用途來說所使用的淬火介質(zhì)也有所不同。目前企業(yè)為了改善金屬材料在熱處理中出現(xiàn)的變形及開裂問題，急需對(duì)淬火工藝進(jìn)行改進(jìn)?？梢詫?duì)熱處理環(huán)節(jié)的淬火工藝介質(zhì)進(jìn)行溫度控制，并尋找新材料的淬火介質(zhì)；還可以對(duì)淬火速度加以改進(jìn)，不斷實(shí)驗(yàn)，找到可以將金屬材料變相及開裂問題降到最低的淬火方法。

3.2 改進(jìn)冷卻工藝

除了改進(jìn)淬火工藝外，在金屬熱處理過程中，對(duì)冷卻工藝的合理改進(jìn)對(duì)于減少金屬變形及開裂問題也起著關(guān)鍵性的作用。不同的金屬材料不僅需要不同的淬火工藝，同樣需要不同的冷卻工藝。在金屬材料的熱處理過程中，一般有兩種冷卻工藝：單液冷卻和雙液冷卻。以雙液冷卻為例，在金屬材料使用雙液冷卻工藝進(jìn)行淬火冷卻的過程中，冷卻過程可以分為兩個(gè)階段[5]。第一，在快速冷卻介質(zhì)中對(duì)淬火后的金屬材料進(jìn)行冷卻，金屬材料的溫度在該階段會(huì)迅速降至300攝氏度左右；第二，在經(jīng)歷了短暫的保溫階段后，將金屬材料從快速冷卻介質(zhì)中取出，放入慢速冷卻介質(zhì)中進(jìn)行冷卻，因?yàn)榻饘俨牧闲枰?jīng)過兩次冷卻，因此，對(duì)這兩種冷卻介質(zhì)的選擇應(yīng)合理，從而保證金屬材料不會(huì)在冷卻過程中出現(xiàn)變形及開裂問題。

3.3 采取措施減少金屬材料熱處理過程中的殘留應(yīng)力

金屬材料之所以在熱處理過程中出現(xiàn)變形及開裂問題，就是由于其在熱處理過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是表面張力變小，最終出現(xiàn)變形及開裂問題。因此，為了減少金屬表面的變形及開裂問題，熱處理工作人員應(yīng)采取相應(yīng)的措施減少金屬材料在熱處理過程中的殘留應(yīng)力。最常見的辦法即在熱處理過程中向金屬材料中添加額外的元素，使其擁有更強(qiáng)的表面張力，使其順利完成熱處理操作[6]。另外，在進(jìn)行熱處理之前時(shí)，要對(duì)金屬原材料進(jìn)行仔細(xì)的檢查，對(duì)于有缺陷的金屬原材料要及時(shí)淘汰，避免因此自身結(jié)構(gòu)受損導(dǎo)致的金屬材料變形及開裂。

3.4 合理進(jìn)行機(jī)械加工

機(jī)械設(shè)備是金屬材料熱處理中的第一生產(chǎn)力。在運(yùn)用機(jī)械設(shè)備對(duì)金屬材料進(jìn)行加工處理時(shí)，要充分考慮金屬的形變范圍，從而調(diào)整機(jī)械設(shè)備對(duì)金屬材料的操作力度。這就需要熱處理人員不僅有熟練的機(jī)械設(shè)備操作技巧，同時(shí)也要有對(duì)各種金屬材料性質(zhì)的熟練掌握。熟練掌握各種金屬的形變規(guī)律是機(jī)械操作人員的工作基礎(chǔ)，是減少金屬材料在熱處理中變形及開裂問題的重要保障。

4 結(jié)語

綜上所述，國家及社會(huì)的發(fā)展離不開各種金屬材料的支持，而金屬材料的加工及處理離不開熱處理技術(shù)。金屬材料的特點(diǎn)不同，熱處理過程中對(duì)其產(chǎn)生的影響也有所不同。而良好的熱處理工藝可以最大程度上發(fā)揮金屬材料的價(jià)值；熱處理操作不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致金屬材料出現(xiàn)變形及開裂。因此，在對(duì)金屬材料的熱處理過程中，需要嚴(yán)格遵守金屬材料熱處理原則，嚴(yán)格把控?zé)崽幚砉に嚨馁|(zhì)量，從而最大程度上降低金屬材料的熱處理浪費(fèi)，減少企業(yè)的生產(chǎn)成本。另外，金屬材料的熱處理人員也應(yīng)加強(qiáng)自身的專業(yè)技能水平，熟練掌握各種工藝的操作重點(diǎn)及各種金屬的特性，并不斷豐富自身的金屬材料學(xué)知識(shí)、熱力學(xué)知識(shí)，才能在日常的實(shí)際熱處理工作中，采取有效措施避免金屬材料在熱處理過程中出現(xiàn)變形及開裂現(xiàn)象，保障企業(yè)的正生產(chǎn)，促進(jìn)國家、社會(huì)的穩(wěn)定進(jìn)步。