金属热变形微观组织精密控制的研究进展

金属热变形微观组织精密控制的研究进展

张琼

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150066

摘要：热处理技术在金属材料的加工制作过程中，是社会发展的结果，热处理技术的使用会在金属材料的自身性质上做出比较大的改变，也就是其中的性质结构发生变化，导致了金属材料的质量得到提高，金属材料质量的提高，成功满足了当代生产生活的要求。但是，热加工处理技术的使用要求比较高，处理技术的工作环境需要高要求。如果热处理技术的工作环境不能够符合要求，导致金属材料变形问题的产生。所以面对此问题，技术人员要对热处理技术与金属加工工艺进行一定的处理，提出相关解决措施，在对热加工技术进行改良后，达到预期效果，以此提高我国金属材料的生产加工与应用水平，对于社会的发展也能够起到积极的推动作用。

关键词：金属材料; 热处理; 变形影响因素; 控制策略

引言

热处理工艺是使各种金属材料获得优良性能的重要手段，但在处理过程中金属材料不可避免地会产生或多或少的变形，而变形则会对机械加工的后续工作产生至关重要的影响。目前要达到完全不变形是不可能实现的，但要尽量将变形量控制在允许的范围内。本文主要针对金属材料热处理变形的影响因素进行分析探讨，并提出有针对性的改进措施，旨在更好地促进金属材料加工领域的可持续发展，提高行业核心竞争力。

1.热处理技术的概述

金属材料的传统热处理技术在我国早期应用，包括多个部分。首先是净化阶段，需要加工的金属材料要加热到临界点，这时金属材料非常容易锻造加工。如果想在净化工作完成后进行退火处理，退火过程必须将加热一段时间的材料在空气中整流，在净化过程中金属材料的加热温度不能太低。否则会影响后续加工处理。最后，要进行高温熔化处理。可以快速冷却加热的金属材料，金属材料达到冷却效果后，要对金属进行强度处理。由于热处理过程中阶段的麻烦，对热处理技术的要求相对较高。热处理技术是目前机械制造中的重要组成部分。热处理可以通过温度变化改变金属材料的物理特性，实现从物理特性改变材料性能的目的，而不改变技术化学特性。主要过程包括加热、保温和冷却环节

2.金属材料热处理过程中变形的种类

金属合金在热加工过程中不可避免地发生变形，大部分加工过程中会发生两种类型的变形。一种是与金属材料的碳元素和微量金属元素相关的成本变化，通过研究人员的探索发现，金属合金材料的成本变化普遍存在，与铁素体、玻碳、成本变化的差异密不可分。金属合金材料的成本量变形意味着各向同性，即在均匀的金属内部，在热加工过程中，金属材料在不同的方向发生相同的变形。如果成本量变形后发生合金，可能会发生尺寸大小的明显变化。另一种金属材料热处理中的变形是内部应力塑性变形。这种变形是由于金属块温度不均匀而引起的。特别是在热处理过程中，金属块的不同位置温度不均匀，各部位的冷却速度也不同，因此随着温度的下降，根据金属的不同位置，会发生不同的热膨胀冷收缩，因此产生的不良变形是热应力塑性变形。

3.金属材料热处理变形的影响因素

3.1温度的测量与控制

温度是热处理工艺规范中非常重要的工艺参数。如果温度测量不正确，热处理工艺规范就不能有效实施。温度测量和控制对保证产品质量至关重要，也是影响变形的关键因素。目前，我国金属材料热处理过程的温度控制和检测能力仍然比较弱，不能准确控制材料热处理过程中温度检测的准确性，因此热处理过程中金属材料结构受损。此外，金属材料本身各部分的成本量有一些差异，因此，热处理过程中，如果不科学合理地调节温度，可能会发生成本量变形，金属材料热处理过程中发生变形的概率会增加。

3.2冷处理过程的影响

金属加工过程中应用热处理往往会发生低温回火及时效性，两种情况都会导致金属材料变形，对金属加工产生不利影响。时效性的发生和低温化的存在可以是金属合金材料的碳发生和马氏体分解。在后续加工过程中(如淬火时)，金属的奥氏体转换成马氏体，导致金属的变形和体积变形，对材料的质量和制造设备的可靠性产生不良影响。

3.3残余应力

加工过程中对工件产生挤压、切割等作用。这些作用改变金属离子的位置和状态，并在离子之间相互作用，在金属内部产生应力。这些应力在加工完成后仍未完全释放，形成残余应力。对工件的形状、尺寸和性能有非常重要的影响。残余应力的存在降低了材料的力学性能，缩短了使用寿命。

4.面对热处理问题的措施

4.1提前对材料进行预处理

材料预处理是指金属材料经过热处理后，降低材料的变形概率，并在热加工的预处理环节，即金属材料净化前进行一定程度的物理处理。这些预处理后，金属材料的结构会提前改变，使金属材料热处理后，自身结构保持稳定。由于净化处理不会导致材料内部结构不完整，因此金属材料的变形现象也减少，并且材料变形时需要采取退火处理等措施。这样可以有效地控制材料变形问题。

4.2减少热处理过程中的残余应力

残余应力对工件的形状、大小和性能有非常重要的影响，因此需要加大研究力度，减少金属材料热处理过程中产生的残余应力。实现方法:(1)根据金属材料的特性，添加一定比例的合金元素，不仅可以优化金属材料的应力性能，还可以延长金属材料的寿命，更好地适应热处理工艺的要求。(2)金属材料热处理前，应处理金属材料本体缺陷，如果存在表面粗糙度、划痕、裂纹等不利因素，应使用焊接、高温塑性变化等方法修复金属材料。在淬火过程中，应防止热膨胀冷收缩作用力引起的变形或裂纹，以确保后续金属材料的热处理。

4.3改进冷却工艺

在金属材料热处理过程中，冷却工艺的合理改善对减少金属材料的热处理变形现象也有重要作用。热处理工艺冷却过程的操作要严格按照设定的方案进行，以大大避免冷却过程中的热变形现象。不同的淬火方法有不同的冷却方法。金属材料的热处理淬火过程中更多使用的是单介质淬火和双介质淬火、等级淬火等。以双重介质淬火为例，金属材料使用双重介质淬火，冷却过程分两个阶段进行。首先，淬火后将金属部件放入快速冷却介质冷却后，金属部件温度迅速下降到300℃，然后经过短时间保温阶段，淬火后将金属部件放入慢速冷却介质冷却，使金属材料能够冷却两次。两个冷却过程根据冷却速度选择的冷却介质也不同。冷却过程中对热变形影响最大的部分是快速冷却。因为快速冷却会增加金属内部的张力。

4.4合理淬火

金属材料热处理过程中，淬火是核心内容，直接影响变形。在实际热处理过程中，要重视工艺技术革新，降低淬火失误率。淬火介质不合理的话，金属材料的内部应力不平衡严重，最终可能会出现变形问题。对于淬火介质，主要包括水和油，因此为了降低热处理变形概率，必须重视温度控制。一般将水温控制在55°C ~ 65°C之间，将水温控制在60°C ~ 80°C之间，使淬火速度合理，改善冷却效果，金属材料的热处理变形量明显减少。

结束语

在金属材料热处理过程中，在把握热处理变形影响因素的基础上，要坚持科学性与实用性原则，通过淬火、冷却以及加工来对热处理变形进行有效控制，确保工件的抗变形能力得到明显增强，提升金属材料热处理效果。工件温度的均匀性与一致性，能够降低热应力的不良影响，变形问题也得到改善，热处理时间的降低，对于工件变形的改善也非常重要。

参考文献

[1]王云霞.金属材料与热处理的关系探析[J].世界有色金属,2019(16):296+298.

[2]付占虎.关于影响热处理变形的因素分析及减小措施探讨[J].中国金属通报,2019(09):102+104.

[3]赵梅春,孙志辉.金属材料热处理变形及开裂问题研究[J].世界有色金属,2019(15):148+150.