淺談金屬熱處理變形的影響因素及改善情況的若干措施

沈文旗，劉娟娟，韋清偉

（北華航天工業學院材料工程學院，河北　廊坊　065000）

淺談金屬熱處理變形的影響因素及改善情況的若干措施

沈文旗，劉娟娟，韋清偉

（北華航天工業學院材料工程學院，河北廊坊065000）

摘要：通過金屬熱處理這種方式提升材料的使用性能時，材料或多或少都會產生一些熱處理變形，這些對于材料的使用以及相關功能的拓展都是不利的。本文主要介紹了影響金屬熱處理變形的一些因素，溫度是影響變形的關鍵因素。在此基礎上，提出了減小金屬熱處理變形的相關方法。

關鍵詞：熱處理；變形溫度；金屬材料

1引言

所謂金屬熱處理，就是通過特殊的手段來把固態的金屬還有合金加熱、保溫以及進行相關的冷卻或者對其施以化學和機械作用，通過這種方法，金屬合金內部的結構與組織和之前有所不同，進而提升金屬材料的性能。

盡管金屬熱處理工藝具備了不少優點，然而處理階段必然具備沒辦法忽略的變形。因此，他們之間是共存同時又需要避免發生的關系。從這個角度出發，我們可以通過有效的手段最大可能的進行協調。

2　影響變形的主要因素

總體來說，影響變形的因素最主要的有以下幾點。

（1）時效和冷處理對的影響。冷處理會使殘余的奧氏體轉變為馬氏體，進而使金屬體積變大；低溫回火和時效則會對金屬變形造成兩方面的影響，一是使攤化物析出和馬氏體分解進而使金屬體積變小，二是會導一定程度上的應力松弛，從而使工件產生形狀上的畸變。

（2）原始組織與應力狀態的影響。1）熱處理的組織：一些原始組織在工件淬火前都會對工件的熱處理變形產生一定的影響，包括碳化物的形態、數量、分布以及合金元素的偏析、鍛造形成的纖維方向等。調質處理有很多好處，可以使工件變形量的絕對值減小，使工件的淬火變形更有規律，進而可以很好地控制金屬的變形。2）化學熱處理工件的變形：化學熱處理的目的是為了提高工件的表面耐磨性和、改善工件的抗養化性等改善工件表面的一些性能。但是化學熱處理層的深度有限，為了使滲透層更好的發揮作用，在化學熱處理后，只可以進行磨削加工這一工藝或，而對于一般的工件，化學熱處理工件的變形校正工作更是難以進行。

（3）溫度是影響變形的關鍵因素。1）工藝溫度降低后，金屬工件的高溫強度損失相對減少，抗塑性增強。2）工藝溫度降低后，工件由此而導致的熱應力和組織應力相對減少，這樣變形就會減少。3）若工藝溫度降低且熱處理工藝時間減少，工件的高溫蠕變時間減少，變形也會減少。

20C r N i 2M oA鋼齒圈滲碳后應采用球化退火工藝，這樣球化退火效果就比較好。

3　減小變形的措施

（1）有針對性的預備熱處理。在處理鍛件時要控溫退火，可以大大減少由此造成的金屬熱處理變形。因為當正火時突然控制溫度，采用等溫淬火會影響金屬內部的組織結構，可以很好地使金屬組織結構變得均勻，進而在進行熱處理時，其變形量就會減少。

（2）冷卻時選擇合適的方法。具體而言，金屬熱處理冷卻速度越慢，冷卻越均勻，對金屬結構產生的應力越小，模具的變形量也越小。因此，在滿足基本模具硬度要求的這個前提下，采用合適的冷卻方法能夠顯著地減少變形。

（3）合理配置所用零件結構。盡量減少金屬工件的薄厚差距，使整個金屬截面相對均勻，這可以很好地應力集中減少畸變與開裂的概率。此外，金屬工件還要保持內部的組織材料的對稱性，避免一些尖銳棱角和不規則結構，這主要是針對冷卻不均而言的。而對于一些特殊的工藝，只能使用厚度不均勻的零件，采用預留加上量的方法可以很好的減少熱處理變形。

（4）采用合理裝夾方式夾具。為了減少金屬熱處理變形，就必須保證金屬工件加熱冷卻均勻，金屬熱應力均勻，進而產生的組織應力也比較均勻，而為了達到這一效果，可改變裝夾方式與使用一些夾具。比如，盤類零件與油面最好保持垂直的狀態，對于軸類零件，采用立裝的方式等。有針對性的使用一些墊圈，例如支承墊圈、疊加墊圈等。

（5）機械加工減少熱變形量。熱處理后再進行機械加工加工，根據工件的變形規律，可以施用反變形、收縮端預脹孔等，可以很好的減少變形量。而在最后工序時，熱處理畸變的允許值應滿足所需要求，畸變量則要根據上道工序的加工尺寸才能確定。基于此，遵循工件的畸變規律，在工件熱處理前進行尺寸的預修正，這樣也可以很好地提高工件的合格率。

（6）采用合適的介質種類。通過一些實驗表明，再其他條件無差異的前提下，油性介質和水性介質來說，油性介質的冷卻速度較慢，而水性介質的冷卻速度相對來說快一些。在滿足同樣硬度要求的情況下，最好采用油性介質。采用合適的介質，可以有效的減少變形量。

4　結論

本文主要介紹金屬熱處理在改善金屬工件的性能時不可避免的會產生一些變形，分析了影響金屬熱處理變形的主要因素，特別是溫度這一關鍵因素。在此基礎上，提出了一些改善金屬熱處理變形的措施，包括采用合適的冷卻方法、采用合理的裝夾方式、機械加工等，可以很好的減少變形量。本文對于進一步了解金屬熱處理變形有很好的參考意義。

參考文獻：

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[2] 雷聲.齒輪熱處理變形的控制[J].機械工程師，2008（05）.

[3] 魏強，劉曉清.熱處理淬火變形的控制[J].汽車工藝與材料，2008（07）.

作者簡介：沈文旗（1992-），女，研究方向：材料成型及控制工程。