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2014-07-21 02:24:10龐勃
科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年22期
摘 要：在金屬材料的加工處理過程中，都需要對(duì)金屬進(jìn)行熱處理，從而改變其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和組織，提高其機(jī)械和化學(xué)作用，改善性能的使用性能。但是在金屬材料的熱處理過程中，常常會(huì)出現(xiàn)一定的變形，因此為了減少熱處理所導(dǎo)致的變形對(duì)于材料的性能影響，應(yīng)當(dāng)采取積極的改善來預(yù)防和改善變形。
關(guān)鍵詞：金屬熱處理；變形；措施
在金屬材料的加工過程中，為了改善材料的物理和化學(xué)性能，使其能夠更好的滿足加工工藝的需要，常常要進(jìn)行熱處理。金屬材料的熱處理是通過一定的方式進(jìn)行加熱、保溫以及冷卻的過程，通過熱處理可以有效地改變金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)其使用性能。在熱處理的過程中，常常還伴隨著金屬材料的變形，因此應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)其變形的研究。
1 影響金屬熱處理變形的相關(guān)因素分析
在金屬的熱處理過程中由于材料的性質(zhì)和外界因素的影響，導(dǎo)致了其加熱和冷卻不均勻、不等時(shí)性等特點(diǎn)，熱處理中的溫度梯度變化都會(huì)引起金屬材料內(nèi)部應(yīng)力的作用。金屬材料在一定條件下，就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力變形的情況。內(nèi)應(yīng)力變形常常具有比較明顯的特征，例如內(nèi)應(yīng)力變形常常不會(huì)改變工件的體積，但是卻常常影響工件的形狀和結(jié)構(gòu)，而且具有比較明顯的方向性。同時(shí)內(nèi)應(yīng)力所導(dǎo)致的變形中工件每一次進(jìn)行熱處理之后，都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)當(dāng)?shù)谋憩F(xiàn)，而且其變形量隨著熱處理次數(shù)的增加而增加。
在金屬的熱處理中基本由加熱、保溫以及冷卻三個(gè)階段組成，在實(shí)際的熱處理中包含了正火、淬火、回火、退火等多種加工工藝。但是在熱處理的過程中常常需要到各種參數(shù)，例如加工的周期、溫度等。如果其中的溫度測量不準(zhǔn)確，那么就難以進(jìn)行正確的熱處理，從而導(dǎo)致其變形過大，甚至產(chǎn)品報(bào)廢的情況。因此溫度成為了影響金屬熱處理效果的關(guān)鍵，也是熱處理工藝的關(guān)鍵參數(shù)。
2 降低金屬熱處理變形的措施和方法
為了有效地減少熱處理所導(dǎo)致的變形，其關(guān)鍵在于選擇合適的熱處理工藝。通過將不同的熱處理工藝進(jìn)行有效的結(jié)合，既能夠達(dá)到改善性能同時(shí)又能夠達(dá)到減少變形的目的。為了有效的保證工件在熱處理后的精度，可以通過研究金屬工件熱處理變形規(guī)律的方法，在加工時(shí)進(jìn)行干預(yù)處理，從而使工件在熱處理之后的尺寸每個(gè)滿足設(shè)計(jì)的要求。這對(duì)于工件的變形規(guī)律提出了比較高的要求，同時(shí)工件的變形也應(yīng)當(dāng)滿足一致性的要求。這種方式等于金屬的熱處理要求比較高，是一種比較理想的方法。為了改善金屬熱處理的變形情況，可以采取以下幾個(gè)方面的措施：
2.1 做好熱處理之前的預(yù)處理。金屬熱處理的不同工藝，例如正火、退火等都會(huì)影響到金屬的最終變形量。正火中的溫度過高，都會(huì)導(dǎo)致金屬材料內(nèi)部的變形增大，因此在工件的熱處理之前都需要進(jìn)行控制溫度的正火處理。在研究中發(fā)現(xiàn)在正火處理之后，可以采用等溫淬火的處理方法來提高金屬材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)的均勻性，從而減少其變形。對(duì)于不同的工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)采用不同的熱處理工序，從而可以有效地減少熱處理中的變形，并且使熱處理中的變形能夠相互的抵消，從而達(dá)到改善變形的目的。這種方法一般比較復(fù)雜，花費(fèi)的時(shí)間比較多而且成本比較高，對(duì)于一些要求精度比較高的零部件可以考慮采用這種方法。
2.2 做好淬火處理工藝。淬火冷卻是熱處理中的關(guān)鍵，如果采用了不合理的介質(zhì)，那么就會(huì)導(dǎo)致工件內(nèi)部比較大的應(yīng)力，從而引起工件的變形或者開裂，因此在淬火冷卻的過程中應(yīng)當(dāng)保證穩(wěn)定的速度。金屬淬火冷卻過程對(duì)于變形的影響也比較大，如果熱冷卻處理的速度越快，那么冷卻也就越不均勻，從而工件的內(nèi)部壓力也將越大，導(dǎo)致了工件的變形也越大。在淬火冷卻的過程中常常采用水和油來作為介質(zhì)，水在550℃-650℃的范圍內(nèi)的冷卻速度比較大，但是在200℃-300℃的范圍年其冷卻速度雖然已經(jīng)大幅下降，但是速度仍然比較大，最終容易引起金屬材料的變形。但是如果在水中加入一定的鹽和堿，那么可以有效的提高在550℃-650℃之間的冷卻速度，但是保證了200-300℃之間的冷卻速度不變。雖然鹽水或者堿水都都常常用來作為淬火的冷卻介質(zhì)，那么都容易引起金屬材料的變形。油在200-300℃之間的冷卻速度比較慢，可以有效地解決金屬材料在淬火時(shí)的變形情況。但是油在550-650℃之間冷卻速度不大，只能用在合金鋼的淬火冷卻中。因此在硬度要求一致的前提下，應(yīng)當(dāng)盡量使用油來作為介質(zhì)，油和水在其它條件相同的情況下，油性介質(zhì)的冷卻速度比較慢，而水性介質(zhì)的冷卻速度比較大，從而對(duì)于金屬的變形影響比較大。
2.3 冷卻方法的選擇。在金屬材料的熱處理中，冷卻也是其關(guān)鍵的步驟。常見的冷卻處理方法有雙液淬火、單液淬火法、等溫淬火以及分級(jí)淬火法等，其中單液淬火的方法能夠有效的滿足自動(dòng)化和機(jī)械化的需要，但是其缺點(diǎn)是難以控制淬火冷卻的速度，而且水淬法容易產(chǎn)生變形，而油淬法容易導(dǎo)致工件硬度不均勻以及硬度不足的現(xiàn)象。雙液淬火法是將加熱的工件先放在進(jìn)行冷卻速度比較快的介質(zhì)中冷卻到300℃左右，然后再立即放入到冷卻速度比較慢的價(jià)值中到冷卻。例如對(duì)于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的碳鋼工件常常采用水淬和油淬相結(jié)合的方法，先在水中冷卻到300℃之后再放到油中進(jìn)行冷卻；對(duì)于合金鋼來說，常常需要采用油淬和空氣冷卻相結(jié)合的方法。在保證工件硬度的要求下，盡可能的采用預(yù)冷的方式。分級(jí)淬火冷卻的方式，能夠有效地減少工件內(nèi)部的熱應(yīng)力和組織預(yù)冷，對(duì)于改善一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的工件變形具有重要的幫助。分級(jí)淬火是先將加熱的工件放到溫度比較高的堿液或者鹽液中，持續(xù)2-5分鐘待工件內(nèi)外溫度一致后放到空氣中進(jìn)行冷卻。但是這種冷卻方法由于溶液的冷卻能力比較低，所以只適用尺寸比較小以及尺寸精度要求比較高的工件。對(duì)于一些結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜以及精度要求比較高的工件，可以考慮采用等溫淬火冷卻的方法。
2.4 夾持方法的選擇。不同的夾裝方法對(duì)于零部件的熱處理過程中的變形也具有一定的影響，選擇合理的裝夾方式可以使工件熱處理過程中受熱和冷卻均勻，對(duì)于降低金屬組織的應(yīng)力不均以及變形都具有重要的意義。具體可以考慮使用支承墊圈、補(bǔ)償墊圈、疊加墊圈等方式，有花鍵孔的零部件可以考慮使用花鍵心軸等方式。
3 結(jié)束語
溫度作為影響熱處理變形中的關(guān)鍵因素，通過采用合理的熱處理工藝可以有效地降低變形的不利影響，從而提高工件的抗變形能力，增強(qiáng)內(nèi)部的應(yīng)力。通過控制熱處理中的溫度變化，可以有效地改善加熱、冷卻過程中的溫度變化區(qū)間，使工件的溫度達(dá)到均勻和一致性，減少了熱應(yīng)力的不利影響，從而改善了工件的變形情況。同時(shí)采用合理的熱處理工藝，能夠有效地降低熱處理的時(shí)間，這對(duì)于改善工件的變形也具有重要的幫助。
參考文獻(xiàn)
[1]白鈺枝.影響金屬熱處理變形的因素及改善措施[J].無線互聯(lián)科技，2013，（1）：174.
[2]羅軼.怎樣減小金屬熱處理變形[J].中國化工貿(mào)易，2013，（11）：136-136，193.
[3]張利云.淺談如何減小金屬熱處理變形[J].科技資訊，2013，（23）：94.
[4]孫大林，崔巧娜，劉晨蕊等.淺談如何減小金屬熱處理過程中的變形[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2014，（1）：204-204.
作者簡介：龐勃（1980，6-），男，籍貫：吉林省松原市，職稱：講師，學(xué)歷：碩士，主要研究方向：金屬材料。endprint
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關(guān)鍵詞：金屬熱處理；變形；措施
在金屬材料的加工過程中，為了改善材料的物理和化學(xué)性能，使其能夠更好的滿足加工工藝的需要，常常要進(jìn)行熱處理。金屬材料的熱處理是通過一定的方式進(jìn)行加熱、保溫以及冷卻的過程，通過熱處理可以有效地改變金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而增強(qiáng)其使用性能。在熱處理的過程中，常常還伴隨著金屬材料的變形，因此應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)其變形的研究。
1 影響金屬熱處理變形的相關(guān)因素分析
在金屬的熱處理過程中由于材料的性質(zhì)和外界因素的影響，導(dǎo)致了其加熱和冷卻不均勻、不等時(shí)性等特點(diǎn)，熱處理中的溫度梯度變化都會(huì)引起金屬材料內(nèi)部應(yīng)力的作用。金屬材料在一定條件下，就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力變形的情況。內(nèi)應(yīng)力變形常常具有比較明顯的特征，例如內(nèi)應(yīng)力變形常常不會(huì)改變工件的體積，但是卻常常影響工件的形狀和結(jié)構(gòu)，而且具有比較明顯的方向性。同時(shí)內(nèi)應(yīng)力所導(dǎo)致的變形中工件每一次進(jìn)行熱處理之后，都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)當(dāng)?shù)谋憩F(xiàn)，而且其變形量隨著熱處理次數(shù)的增加而增加。
在金屬的熱處理中基本由加熱、保溫以及冷卻三個(gè)階段組成，在實(shí)際的熱處理中包含了正火、淬火、回火、退火等多種加工工藝。但是在熱處理的過程中常常需要到各種參數(shù)，例如加工的周期、溫度等。如果其中的溫度測量不準(zhǔn)確，那么就難以進(jìn)行正確的熱處理，從而導(dǎo)致其變形過大，甚至產(chǎn)品報(bào)廢的情況。因此溫度成為了影響金屬熱處理效果的關(guān)鍵，也是熱處理工藝的關(guān)鍵參數(shù)。
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2.1 做好熱處理之前的預(yù)處理。金屬熱處理的不同工藝，例如正火、退火等都會(huì)影響到金屬的最終變形量。正火中的溫度過高，都會(huì)導(dǎo)致金屬材料內(nèi)部的變形增大，因此在工件的熱處理之前都需要進(jìn)行控制溫度的正火處理。在研究中發(fā)現(xiàn)在正火處理之后，可以采用等溫淬火的處理方法來提高金屬材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)的均勻性，從而減少其變形。對(duì)于不同的工件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)采用不同的熱處理工序，從而可以有效地減少熱處理中的變形，并且使熱處理中的變形能夠相互的抵消，從而達(dá)到改善變形的目的。這種方法一般比較復(fù)雜，花費(fèi)的時(shí)間比較多而且成本比較高，對(duì)于一些要求精度比較高的零部件可以考慮采用這種方法。
2.2 做好淬火處理工藝。淬火冷卻是熱處理中的關(guān)鍵，如果采用了不合理的介質(zhì)，那么就會(huì)導(dǎo)致工件內(nèi)部比較大的應(yīng)力，從而引起工件的變形或者開裂，因此在淬火冷卻的過程中應(yīng)當(dāng)保證穩(wěn)定的速度。金屬淬火冷卻過程對(duì)于變形的影響也比較大，如果熱冷卻處理的速度越快，那么冷卻也就越不均勻，從而工件的內(nèi)部壓力也將越大，導(dǎo)致了工件的變形也越大。在淬火冷卻的過程中常常采用水和油來作為介質(zhì)，水在550℃-650℃的范圍內(nèi)的冷卻速度比較大，但是在200℃-300℃的范圍年其冷卻速度雖然已經(jīng)大幅下降，但是速度仍然比較大，最終容易引起金屬材料的變形。但是如果在水中加入一定的鹽和堿，那么可以有效的提高在550℃-650℃之間的冷卻速度，但是保證了200-300℃之間的冷卻速度不變。雖然鹽水或者堿水都都常常用來作為淬火的冷卻介質(zhì)，那么都容易引起金屬材料的變形。油在200-300℃之間的冷卻速度比較慢，可以有效地解決金屬材料在淬火時(shí)的變形情況。但是油在550-650℃之間冷卻速度不大，只能用在合金鋼的淬火冷卻中。因此在硬度要求一致的前提下，應(yīng)當(dāng)盡量使用油來作為介質(zhì)，油和水在其它條件相同的情況下，油性介質(zhì)的冷卻速度比較慢，而水性介質(zhì)的冷卻速度比較大，從而對(duì)于金屬的變形影響比較大。
2.3 冷卻方法的選擇。在金屬材料的熱處理中，冷卻也是其關(guān)鍵的步驟。常見的冷卻處理方法有雙液淬火、單液淬火法、等溫淬火以及分級(jí)淬火法等，其中單液淬火的方法能夠有效的滿足自動(dòng)化和機(jī)械化的需要，但是其缺點(diǎn)是難以控制淬火冷卻的速度，而且水淬法容易產(chǎn)生變形，而油淬法容易導(dǎo)致工件硬度不均勻以及硬度不足的現(xiàn)象。雙液淬火法是將加熱的工件先放在進(jìn)行冷卻速度比較快的介質(zhì)中冷卻到300℃左右，然后再立即放入到冷卻速度比較慢的價(jià)值中到冷卻。例如對(duì)于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的碳鋼工件常常采用水淬和油淬相結(jié)合的方法，先在水中冷卻到300℃之后再放到油中進(jìn)行冷卻；對(duì)于合金鋼來說，常常需要采用油淬和空氣冷卻相結(jié)合的方法。在保證工件硬度的要求下，盡可能的采用預(yù)冷的方式。分級(jí)淬火冷卻的方式，能夠有效地減少工件內(nèi)部的熱應(yīng)力和組織預(yù)冷，對(duì)于改善一些結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的工件變形具有重要的幫助。分級(jí)淬火是先將加熱的工件放到溫度比較高的堿液或者鹽液中，持續(xù)2-5分鐘待工件內(nèi)外溫度一致后放到空氣中進(jìn)行冷卻。但是這種冷卻方法由于溶液的冷卻能力比較低，所以只適用尺寸比較小以及尺寸精度要求比較高的工件。對(duì)于一些結(jié)構(gòu)特別復(fù)雜以及精度要求比較高的工件，可以考慮采用等溫淬火冷卻的方法。
2.4 夾持方法的選擇。不同的夾裝方法對(duì)于零部件的熱處理過程中的變形也具有一定的影響，選擇合理的裝夾方式可以使工件熱處理過程中受熱和冷卻均勻，對(duì)于降低金屬組織的應(yīng)力不均以及變形都具有重要的意義。具體可以考慮使用支承墊圈、補(bǔ)償墊圈、疊加墊圈等方式，有花鍵孔的零部件可以考慮使用花鍵心軸等方式。
3 結(jié)束語
溫度作為影響熱處理變形中的關(guān)鍵因素，通過采用合理的熱處理工藝可以有效地降低變形的不利影響，從而提高工件的抗變形能力，增強(qiáng)內(nèi)部的應(yīng)力。通過控制熱處理中的溫度變化，可以有效地改善加熱、冷卻過程中的溫度變化區(qū)間，使工件的溫度達(dá)到均勻和一致性，減少了熱應(yīng)力的不利影響，從而改善了工件的變形情況。同時(shí)采用合理的熱處理工藝，能夠有效地降低熱處理的時(shí)間，這對(duì)于改善工件的變形也具有重要的幫助。
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[4]孫大林，崔巧娜，劉晨蕊等.淺談如何減小金屬熱處理過程中的變形[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2014，（1）：204-204.
作者簡介：龐勃（1980，6-），男，籍貫：吉林省松原市，職稱：講師，學(xué)歷：碩士，主要研究方向：金屬材料。endprint
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