探究金属材料热处理的影响因素

探究金属材料热处理的影响因素

程玉清  潘洑满

山西航天清华装备有限责任公司  山西长治  046000

摘要：热处理是金属工件加工过程中的一道重要工序，其和常规的加工工艺有差异，具体实施过程不会使材料的外形发生改变，其能使材料内部组织结构发生一定变化，改善工件的性能，进而更好的达到使用标准，延长使用寿命。但实际中多种因素会影响材料的热处理效果，容易出现变形与开裂问题，应分析问题成因，制定相关解决方案，以降低后续加工及金属产品制造环节中相关问题发生的风险。

关键词：金属材料；热处理工艺；热处理技术

引言

金属材料作为生活和工业生产中的一种常用材料，其组织成分及材料性能一直是重要的研究方向，通过热处理工艺技术，能改变金属内部结构，从而使金属材料的各项性能指标更加完善。

1金属材料的变形开裂的原因

1.1热处理

在大部分工况下，同行会选用冷却、加热模式执行金属材料的热处理任务，随着热处理工序的持续进行，结合热胀冷缩原理材料的体积会出现一定改变。当材料工件抵达淬火温度时，尽管其屈服强度值会连续降低，工件塑性会有不同程度的增加，材料屈服强度低于内应力时就会发生塑性变形情况。

1.2组织应力

金属工件的组织应力具备如下两个特点：一是切向应力高于轴向应力，摒弃热邻近工件表层；二是受拉应力，内部受压应力共同作用在工件表面之上。工件淬火处理时，工件发生局部形变与开裂情况是热应力与组织应力两者共同作用的结果。

1.3错误选择了冷却方式

金属材料热处理过程中对冷却技术应用情况提出较高要求，若选用的冷却方法有错误或者操作应用不够规范，那么将会使工件因冷却不均匀而对其拉伸应力产生负面影响。双液淬火和单液淬火是常用的淬火工艺，以上两种方法现实应用时各有千秋，前者虽然能在短时间内迅速降低材料的温度，但实际淬火工效很低，直接限制其推广应用，单液淬火法尽管适用于大型金属工件的热处理工序中，但采用这种工法时技术人员很难精准调控淬火的速度，此时若技术人员选择的冷却方法不适宜，则会直接影响金属工件形变应力的控制效果，热处理效率也很难得到保障，降低金属材料的应用性能。

1.4温度控制不够合理

金属工件热处理环节对周围温度提出较高的要求，故而具体操作时如果没有严格有效把控温度时，将会增加工件变形开裂的风险。在温度过高的工况下，局部金属工件可能会发生，不仅会引起变形问题，也会影响材料的凝固过程。若温度过低，达不到材料的处置要求，会影响到其融化及凝固过程。

2金属材料的热处理工艺及技术的具体应用

2.1化学薄膜表面渗透技术的使用

将适当化学元素以薄膜形式渗透于金属表层，这种技术对金属的表面性能起到一定的改善作用，使工件的亮度以及光洁度得到明显优化，增强金属材料的耐磨性，同时使金属的韧性与强度性能均得以提升。这项薄膜渗透技术的实际操作时，用多种合金元素组成的化学材料作为介质，将待加工金属工件放置于此介质中并加热处理，多种元素能更快更好地融入金属表层，从而达到改善性能的目的，有效控制材料的加工费用。薄膜渗透技术是一种常见的热处理工艺，具有操作工艺简单、耗费材料成本低、节能环保等优点，实际应用较多。

2.2激光热处理技术的使用

激光热处理技术通常是指通过仪器设备控制激光束，使金属内部的温度急剧升高，同时快速移除激光束来冷却，通过金属内部的温度传导，得到硬度较高的金属工件。激光处理技术灵活性高，可操作性强，对一些结构形态复杂、运用其他热处理技术较为困难的工件上，操作便捷，自动化精准控制，可运用于多种领域的零部件处理上。未来的发展趋势便是人工智能，激光处理技术提高硬度效果显著，材料的热变形不明显，向精细化靠拢，具有广阔的前景和市场。

2.3振动热处理技术的使用

不锈钢等金属材料出厂时需固溶状态处理，通过振动时效的热处理工艺，在较高温度时通过振动的方式来抵消降低金属内部的残余应力。运用此技术可以提升工件几何精度，残余应力的弱化能有效预防金属的变形或开裂，从而使加工件的稳定性增强。相对于传统的热处理方式，振动时效消应力不受场地的限制，需要的时间短、效率高投资低、具有较强的适用性，应用于化工机械、桥梁以及船舶等领域。

2.4CAD热处理工艺技术的使用

该技术属于应用计算机与热处理工艺研发而成的一种先进技术，通过计算机仿真模拟试验待热处理工件的热处理过程，用虚拟的模拟工程对可能存在的问题进行预判，并及时调整热处理工艺参数，使用相应的措施改善工件的性能，减少材料的浪费和失效。计算机CAD模拟技术能直观的体现热处理过程需要注意的方面，模拟多种工艺条件下的形态，为实际操作节约了很多的时间和资源，是一项现代化必不可少的热处理工艺。

2.5计算机辅助技术

随着计算机技术以及信息技术的高速发展，计算机辅助技术在金属热处理领域中的融合应用能够进一步提高热处理质量以及效率，并起到良好的节能效果。在金属热处理领域中应用的计算机辅助技术主要以CAD技术为主。在应用CAD技术时，需要技术人员在虚拟化环境下对金属热处理的各个环节及工艺进行综合分析，同时需要配合基于物联网技术的传感器观察淬火剂及淬火环节等各项工艺环节的运行进程，例如在淬火过程中通过物联网传感器能够掌握金属表面温度及性状等各类参数，并将收集的数据返回到云数据中心平台，再通过数据建模的方式将二维数据信息转化为三维立体模型，或将数据信息转变为图示结构展示在图形界面交互平台当中[2]。此时，技术人员可以结合各性能参数的变化情况下达相关命令，例如为了达到金属热处理节能效果，通过利用控制系统，采用喷雾冷却技术节约大量资源。此外，该技术还可应用在金属热处理节能设计环节当中，例如技术人员通过CAD技术构建三维温度场进行热处理节能模拟设计，在此期间，可灵活选择企业现有的各类耐火材料进行实验分析，再通过数据比对的方式选择节能效果最佳的耐火材料，有效保障了能源的节约效果。

2.6振动时效处理技术

金属热处理期间会产生残余应力，对自身结构的稳定性产生严重影响。振动时效处理技术能够有效消除金属材料在热处理期间产生的残余应力，从而避免材料出现变形现象。传统时效技术通常会采用热处理炉设备，虽然能够有效提高处理质量以及处理效果，但所消耗的资金成本相对较高，不利于节能。在科学技术高速发展的今天，依托振动时效处理技术能够有效提高节能效果。该技术的应用原理为多谐波共振原理，通过多谐振动电脑控制设备能够有效起到节约电力资源的效果。有关实验显示，依托振动时效处理技术对金属进行热处理相比于传统技术，可节约的电能高达40%左右，并且该金属材料的硬度也得到了不同程度的提升。由此表明，振动时效处理技术既能够起到节能效果，又能够有效改善金属材料的性能，有较好的应用前景。

结束语

综上所述，金属材料热处理变形会对金属材料的加工质量造成一定的负面影响，对金属材料的实际使用产生危害，降低其使用寿命。因此，需要技术人员对其变形的因素进行综合的剖析，并制定相对应的解决措施，来不断的提升金属材料热处理加工的质量，切实保证金属材料的质量，进而全面促进我国工业加工事业的繁荣发展。

参考文献

[1]王志光.金属材料热处理变形问题及开裂问题的解决措施研究[J].冶金与材料,2022,42(04):39-41.

[2]许石民,燕猛,王孟业,等.金属波纹管旋压-辊压联合成形过程变形行为分析[J].塑性工程学报,2022,29(08):131-138.

[3]武涛.金属材料热处理变形的影响因素与控制策略探析[J].冶金与材料,2022,42(02):39-40.

[4]李传峥.电渣重熔制备GCr15-45钢双金属复合材料及其热处理工艺研究[D].东北大学,2018,41(45):102-107.