金属材料热处理变形及开裂问题研究

金属材料热处理变形及开裂问题研究

裘绍君徐君陈珠丽孔洪涛

裘绍君徐君陈珠丽孔洪涛

绍兴市质量技术监督检测院浙江绍兴312000

摘要：在现代工业发展过程中，生产企业大多会对金属材料进行热处理，通过热处理技术的合理应用，材料物理及化学性能得到改善，性能进一步提升，满足了市场的需求。但在实际操作过程中，热处理对操作工艺及工作环境的要求较高，应该结合实际情况对其工艺进行优化及改进，从而达到减少材料热处理变形量的目的。金属材料热处理的研究备受关注，只有这样，才能推动金属加工制造行业的进一步发展。本文将针对金属材料热处理变形及开裂问题进行研究。

关键词：金属材料；热处理；变形及开裂

引言

金属热处理属于一种加工金属原料工艺，借助于回火、淬火与退火等流程,有效完成对金属的热处理工作，经过热处理工艺进一步加工完成的金属材料，具有更突出的金属性能，通过这些金属材料有效制成的机械设备，具有更高抗磨损能力以及更长的使用寿命。然而，在金属热处理加工时，无法有效控制金属应力，就会使金属材料出现形变，严重时还会让金属材料开裂，降低金属品质。

1金属材料热处理变形及开裂问题成因

1.1冷却方法选择错误

金属材料热处理过程共分为退火、正火、淬火、回火共四个步骤，在这一过程中，对于冷却技术的要求较高，冷却技术选择错误，容易导致金属材料冷却不均匀问题的出现，不利于金属材料产生拉伸应力，对其后期应用产生不利影响。目前金属材料热处理中主要应用双液淬火与单液淬火两种方式，这两种方式各有其优势及缺陷所在，双液淬火法能够实现金属材料的快速降温，但其淬火效率较慢，而单液淬火法使用于热处理工作量较大的金属材料，但其淬火速度不可控。金属材料热处理过程中对冷却方法的选择不当，影响金属材料的变形有效控制应力，不利于热处理质量的提升，对金属材料的性能提升产生负面影响。

1.2温度控制不合理

金属材料热处理过程中，对温度控制的要求极高，在各个步骤中对温度控制有着不同的要求，温度控制失衡是造成金属材料热处理变形及开裂问题的主要原因之一。对金属材料加热炉内的温度不重视，未经过精密的温度测量而直接输送金属材料进行热处理，容易造成金属材料质量问题，甚至导致金属材料报废、不能投入使用。在金属材料热处理过程中，对加热速度、加热温度、保温时间等各项工艺参数的把控不稳定，热处理工艺技术得不到科学规范的落实，容易导致金属材料变形与开裂等缺陷的发生，金属材料的表面硬度降低，淬透性受到不利影响，金属材料不能够适应热应力变形的压力，屈服强度降低，导致金属材料的质量下降。

1.3残余应力影响

拉应力在正常的金属材料热处理过程中，不会导致变形与开裂问题，但当拉应力与多项应力同时存在，产生对冲关系时，金属材料所承受的总应力大于临界值，残余应力体系导致金属材料变形与开裂问题。或因工作环境存在杂质、热处理使用温度、工作介质与残余应力体系的多重因素作用下，金属材料的抗腐蚀性能与防开裂能力大大降低，诱发开裂敏感性，使金属材料表面的控制裂纹保护膜破裂，出现局部开裂、变形现象，影响了金属材料的使用质量与寿命，不利于其广泛应用于机械零件制作与工业生产中。

2金属材料热处理中变形及开裂问题的处理措施

2.1开展好热处理前的预处理工作

正火、退火等金属热处理工艺会对最终的金属变形量产生一定作用。由于正火的温度较高，金属材料的内部容易增加变形程度，所以我们在进行热处理工作之前要对正火的温度进行有效的控制。在另一方面，我们要想提高正火处理的效果，可以准备好退火，根据不同金属材料的不同结构特点，科学选取退火的实际工艺，尽可能地降低温度梯度对金属材料的作用，提高金属材料热处理变形控制的有效性。

2.2开展好淬火处理工艺

技术人员要减少在对金属材料进行热处理工作中的错误操作，以现有的淬火工艺作为基础，做好淬火处理工作。科学控制淬火冷却期间的淬火速度，例如将550℃～650℃中的冷却速度提高到1100℃/s，在200℃～300℃间时稳定淬火冷却的速度，在对碳钢进行淬火冷却时我们可以选取盐水或者碱水作为介质，也可以选用普通水。但是由于水在550℃～650℃之间的冷却速度为600℃/s，所以在200℃～300℃之间时冷却速度依旧较快，能达到将近270℃/s，金属材料在这期间进行马氏体转变的话会因为过高的冷却速度导致金属材料出现变形开裂情况。所以我们可以在水中添加适量的盐或者碱，把500℃～650℃之间冷却速度增加到1100℃/s，但是在200℃～300℃之间时冷却速度基本不变，因此水、盐水或者碱水常用以碳钢的淬火冷却介质。

2.3选择合适的冷却方法

在对不同金属材料使用热处理工艺时，应该根据金属材料的不同属性，选择更加适合的淬火方法，淬火方法较为常见的有单液淬火法和双液淬火法。而使用双液淬火法是利用冷却速度较高的淬火介质进行金属材料的冷却，当金属材料达到350℃左右时，在放入另一种冷却速度较慢的淬火介质，最终让金属材料达到常温。使用双液淬火法可以更加准确的控制金属材料的冷却速度，进而避免冷却速度过快造成的变形问题。

2.4采用机械化加工技术

对于金属材料的热处理加工工序，是固定的，只是由于加工的金属材料不同，导致工艺的实施工序出现了差异性。针对大多数的金属材料加工，其热处理的工艺环节都是在最后的阶段，但是，也有一些金属材料的加工，热处理工艺是在中间环节中，主要是受到了金属材料自身因素的影响。机械加工的处理，对于余量的处理是比较简答的，通常情况下，对在加工的过程中对余量的预留，对金属材料出现变形预留了一定的范围。针对已经加工完成的金属材料，如果需要进行二次的加工处理，最主要是对变形的规律详细了解，采用结合反变形的方式处理，能够有效地提高材料加工处理的合格率，对材料变形有效地控制。

2.5减少金属材料热处理过程中产生的残余应力

金属材料热处理过程中产生的残余应力，容易导致其表面保护膜被破坏，产生变形与开裂问题，降低了金属材料的质量。为解决这一问题，相关工艺部门必须减少金属材料热处理过程中产生的残余应力。例如，根据金属材料的不同性质，在其中加入一定比例的合金元素，能够有效优化金属材料抗应力性能，延长金属材料的工作寿命，使其良好适应热处理工艺处理。除此之外，相关部门在开展金属材料热处理工作前，要注意金属材料本体缺陷的处理，防止因金属材料表面过度粗糙、存在划伤、裂纹等不利因素，导致在淬火过程中因热胀冷缩的作用力而引起变形或开裂，对金属材料进行检测，采用焊接、高温塑变等方式对金属材料进行修复，保证后续热处理工作的稳定由于开展。

结语

热处理作为金属材料处理中必不可少的一部分，一直以来得到工业部门的重视。为解决处理金属材料热处理中的变形与开裂问题，相关技术人员必须深入探索剖析造成金属材料热处理变形与开裂的主要原因，并针对性提出相应措施进行解决。从根本上提高金属材料各项性能，避免因热处理引发的问题而导致金属材料不可使用，造成不必要的资金浪费，阻碍了工业生产的进一步完善发展。

参考文献

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