金属材料热处理变形的影响因素和控制策略

金属材料热处理变形的影响因素和控制策略

洪海全

身份证号：440823197209083313

摘要：近些年，伴随国内金属材料分析持续深入，金属的热处理问题在现实运用时逐渐被关注。基于此，首先分析了今国内金属热处理变形问题的影响因素，便于可以提出对应的完善策略，在充分推动未来热处理运用过程中，促进其行业可持续发展。

关键词：金属材料;热处理;变形

引言

采用热处理技术对金属材料的加工处理，不仅能够提高金属材料的性能，而且还有利于其他领域的稳定发展，使金属材料能够充分地发挥出自身的重要作用与价值。但是，在热处理加工的过程中，会受到一些因素的影响，影响了整体的质量与效率，完全不利于金属材料的发展[1]。因此，本文主要针对金属材料热处理变形影响因素进行了分析，并结合实际情况，制定出了相应的控制策略，确保整体质量与效率，满足金属材料热处理加工的基本需求。

1、变形产生机理分析

金属材料在进行热处理中，一般主要分为3个阶段，即加热、保温以及冷却。由于在加热环节以及冷却环节缺少均匀性、固态变相下的金属组织缺少相同性等因素，使金属材料在进行热处理中，有内应力产生。并且在内应力的影响下，导致金属材料产生内应力塑形。同时按照应力产生原因的不同，又分为组织应力变形以及热应力变形。组织变形主要是由于金属材料在进行热处理时，其内部组织结构在不同的实践发生相变而产生的[2]。热应力形变主要是由于金属材料在加热与冷却环节中，无法保证材料内外温度一致，导致其热胀冷缩程度不一致而产生的。金属工件的形状、结构等与内应力塑形有着直接关联，在变形中的方向性较为明显，其体积并无明显变化，内应力因素对金属材料造成的变形量，与其热处理次数有着直接关系。

2、金属材料热处理变形的作用要素

2.1、原始组织应力状态

相关原始组织在金属材料在淬火前相关的原始组织发生一定的变化，例如碳化物数量的变化，以及其自身形态的变化、纤维方向的产生等。我们往往会采取调质处理的方法对金属材料变形量实现有效的降低，并且金属材料的热处理变形的规律会相对稳定，从而实现控制金属材料变形的目的。但是化学热处理能够作用的层度有限，要想充分发挥化学热处理渗透层的功能，我们就必须要认识到在处理后，仅可进行磨削加工处理，但是对于一般金属来说，通过化学热处理进行变形矫正的难度较大[3]。

2.2、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。

2.3、机械加工

在对细长类工件进行加工时，在切削量的影响下，会形成程度不同的应力，导致淬火变形敏感性增大，热处理变形量、加工预留余量以及热处理之后的加工量，存在的误差较大，导致热处理后的变形无法进行有效恢复[4]。

3、改善金属材料热处理变形的策略

3.1、有效开展淬火处理工艺

淬火冷却是热处理里面的重点，假如使用了不科学的介质，那么就会使得工件内部产生很大应力，进而引发工件开裂或变形，于是在淬火冷却时，应该确保平稳速度。金属材料的淬火冷却过程进一步影响了变形，热冷却处理速度愈快，那么冷却也就更不匀称，进而工件也将产生更大内部压力，进一步强化了工件变形。在淬火冷却的时候一般以油、水为介质，水在550℃至650℃以内的冷却速度很大；当温度为200℃～300℃时，其冷却速度尽管已经进一步降低，可是速度依旧很大，容易造成金属变形。可是假如在水里面添加一定碱、盐，那么能够进一步提升在550℃～650℃之间的冷却速度，可是确保了200℃～300℃之间的冷却速度不改变。尽管碱水或盐水一般都用来当作淬火冷却介质，那么都非常容易引发金属进一步变形。油在200℃至300℃之间的冷却速度很慢，能够进一步处理金属材料在淬火过程中的变形现象；然而油在550℃至650℃之间的冷却速度很慢，仅能用于合金钢的相关淬火冷却中[5]。于是在硬度要求相同的基础上，应该最好以油为介质；水与油在其它条件一致的形势下，水性介质冷却速度很快，而油性介质冷却速度很慢，进而影响了金属材料变形。

3.2、合理选择冷却方法

在金属材料的热处理工艺中，最常用的冷却方式有分级淬火冷却方式、单液淬火冷却方式、等温淬火冷却方式、双液淬火冷却方式。每一种冷却的方式都具备自身的优势与缺点。对分级淬火冷却方式的选择，最大的优势就是能够有效地降低应力，确保金属材料结构的完整性。但是，也存在着一些缺点，在实施的过程中需要使用到盐液、碱液，加大了成本费用。选择单液淬火冷却方，主要的优势是具有自动化与机械化的功能，对整体的实施效果提升。缺点就在于实施的过程中对冷却的速度无法合理地控制。等温淬火冷却方式的使用，主要适用在加工要求比较高的金属材料中，缺点是实施的时间比较长，成本高。

3.3、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[6]。

3.4、合理调整机加工工艺与装夹方式

对于细长类工件的企业切削用量应该合理选择，尽量借助高速小前角道具进行加工，尤其是结构复杂的工件，需要在其半精加工完成后，加热至回火温度，并保温6h左右，之后随炉缓冷至300℃左右，进行应力消除处理。合理选择装夹方式，保证工件能够均匀受热与冷却，防止由于缺少均匀性而产生组织应力或是热因力导致工件变形。比如，对轴类工件与盘类工件应该选择立式装夹，对于具有孔槽工件应该选择心轴装夹。也可以借助专用夹具保证渗氮层活渗碳层均匀。

3.5、淬火介质的选择

对于淬火介质的选择，如果选择的不够合理，那么就会加大金属材料的内部应力，也就出现了金属材料变形的情况，严重的会使金属材料出现开裂问题，对整体的质量造成严重的影响。目前，所选择的淬火介质，主要的是油与水。那么在实施的过程中，对具体的温度有一定的要求，最适合的稳定是在550℃~650℃之间，能够使淬火的效果达到最佳的状态，并且的冷却速度也比较好。但是，如果温度控制在200℃~300℃之间，那么就会降低冷却效果，整体的速度也比较缓慢。一旦冷却的速度降低，就会发生材料变形的情况。对此，需要添加盐液与碱液，能够提升整体的冷却速度，对金属材料的变形加强控制。如果是针对硬度比较高的金属材料热处理的加工，则需要选择油淬火介质，能够满足加工的需求，还有效地降低变形几率[7]。

结束语

金属的热处理技术是提升金属材料性能的核心加工技术，有效控制热处理中的每个工艺步骤的工作品质，降低金属热处理变形出现概率，可以促进单位减少成本，从而提升单位收益，推动单位深入发展。伴随科技飞速进步以及社会持续发展，工业生产与城市建设严格要求了金属材料的品质，要求金属材料拥有更高的耐久度与强度，这也就要求相关单位具有更好的技术水平，这样才可以进一步满足市场需要。

参考文献：

[1]赵梅春,孙志辉.金属材料热处理变形及开裂问题研究[J/OL].世界有色金属,2019(15):148+150[2019-09-29].

[2]杨杨.金属材料热处理变形的影响因素和控制策略[J].科技风,2019(27):144.

[3]刘旭升.金属材料热处理变形的影响因素与控制[J/OL].世界有色金属,2019(13):132-133[2019-09-29].

[4]王宝仓,张远冲.金属材料热处理变形的影响因素和控制策略研讨[J/OL].世界有色金属,2019(13):171+173[2019-09-29].

[5]艾德文.浅谈金属热处理变形影响因素及改善措施[J].现代制造技术与装备,2019(08):192-193.

[6]赵琳.影响金属材料热处理变形的因素及减小措施[J].设备管理与维修,2019(14):187-189.

[7]柳喆.金属材料热处理变形的影响因素和控制策略[J].世界有色金属,2019(09):206-207.