分析如何減小金屬熱處理過(guò)程中的變形

汪宏宇

哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司

分析如何減小金屬熱處理過(guò)程中的變形

汪宏宇

哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司

在金屬加工業(yè)中，通過(guò)對(duì)金屬進(jìn)行一定的熱處理后，可以有效的改變金屬材料原有的性能，并可根據(jù)不同的熱處理方式，使得金屬的相關(guān)性能向著需求方向發(fā)展，從而更好的提高金屬材料的使用性能。但是通過(guò)這樣的加工以后，金屬往往會(huì)發(fā)生一定程度的變形，這些變形會(huì)對(duì)金屬件的使用強(qiáng)度及精度等方面造成極大的影響，故在進(jìn)行金屬熱處理工藝操作時(shí)，應(yīng)采用有效的措施來(lái)避免或降低變形發(fā)生的機(jī)率和程度，從而提高金屬件性能及使用壽命等。本文中詳細(xì)的探討了減少金屬熱處理過(guò)程中發(fā)生變形的方法及措施。

金屬熱處理；變形；減少

金屬材料在各個(gè)行業(yè)中的應(yīng)用都十分的廣泛，同時(shí)金屬件的熱處理工藝也是較為常見(jiàn)的一種處理方式，對(duì)金屬件進(jìn)行熱處理主要是對(duì)其進(jìn)行加熱、保溫及冷卻等操作，當(dāng)有特殊需求時(shí)，還會(huì)加入一些化學(xué)元素進(jìn)行對(duì)金屬件進(jìn)行處理，從而改變金屬件原有的性能，使其更加符合生產(chǎn)加工需求。但是在金屬件進(jìn)行熱處理時(shí)，如不采取一定的措施，金屬件就會(huì)發(fā)生不同程度的變形，從而影響使用。因此采用合理的控制措施，減少金屬件在熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的變形，對(duì)于提高金屬件利用率具有十分重要的意義。

一、金屬熱處理中影響變形的主要因素

要想解決金屬件在熱處理過(guò)程中的變形問(wèn)題，首先要對(duì)發(fā)生變形的原因進(jìn)行透徹的分析，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的加工實(shí)踐，可知影響金屬熱處理變形的主要因素是溫度。在日常的熱處理加工中，有許多形式的處理工藝，但這諸多工藝的操作基礎(chǔ)都是基于加熱、保濕、冷卻等幾個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)對(duì)處理金屬件。而在金屬件的實(shí)際處理操作中，加熱、冷卻的速度及溫度會(huì)直接的影響著金屬件的性能。首先金屬件的熱處理是在加熱爐中進(jìn)行的，這時(shí)加熱爐的溫度就決定著金屬件的熱處理效果，也是熱處理工藝中一個(gè)十分重要的基礎(chǔ)性參數(shù)。如果對(duì)金屬件熱處理的溫度沒(méi)有做到較好的控制，就會(huì)使得金屬件發(fā)生各處程度的變形，降低其使用性及使用壽命。金屬熱處理主要有以下幾種形式：

1.內(nèi)應(yīng)力塑性變形

金屬熱處理過(guò)程中加熱冷卻的不均勻和相變的不等時(shí)性，都會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，在一定塑性條件的配合下，就會(huì)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力塑性變形。在加熱和冷卻過(guò)程中，零件的內(nèi)外層加熱和冷卻速度不同造成各處溫度不一致，致使熱脹冷縮的程度不同，這樣產(chǎn)生的應(yīng)力變形叫熱應(yīng)力塑性變形。在加熱和冷卻過(guò)程中，零件的內(nèi)部組織轉(zhuǎn)變而發(fā)生的時(shí)間不同，這樣產(chǎn)生的應(yīng)力變形叫組織應(yīng)力變形塑性變形。

2.比容變形

在金屬熱處理過(guò)程中，各種相結(jié)構(gòu)的組織比容不同，在相變時(shí)發(fā)生的體積和尺寸變化為比容變形。比容變形一般只與奧氏體中碳和金元素的含量、鐵素體的多少、淬火前后組織比容變化差和殘余奧氏體的多少和鋼的淬透性等因素有關(guān)。

二、影響變形的其它因素及相應(yīng)的減小措施

1.加工前的預(yù)處理

工件正火后硬度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致其發(fā)生變形現(xiàn)象，如內(nèi)孔擴(kuò)大、表面開(kāi)裂等；因此控制好正火溫度是保證工件熱處理后工件不發(fā)生變形的關(guān)鍵性因素。工件經(jīng)正火后，在降溫的過(guò)程中會(huì)使用吹風(fēng)、噴水或者直接放在空氣中使其自動(dòng)冷卻等，這些也將對(duì)工件的變形量造成影響；經(jīng)大量實(shí)踐證明，工件在正火時(shí)，采用與工件熱處理后的溫度相近的淬火方法可有效地減少工件發(fā)生變形。

2.運(yùn)用合理的冷卻方法

金屬件在通常加熱爐進(jìn)行加熱后，通常要進(jìn)行淬火處理，從而實(shí)現(xiàn)冷卻的目的，而這一冷卻過(guò)程得不到有效的控制，就會(huì)加重金屬件的變形。如金屬經(jīng)加熱后冷卻的速度過(guò)快，那么就會(huì)導(dǎo)致金屬表面及內(nèi)部存在冷卻不均的現(xiàn)象，這時(shí)金屬會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，拉應(yīng)力變大就會(huì)相應(yīng)的增加變形量。故在金屬進(jìn)行淬火冷卻時(shí)，在可以達(dá)到要求硬度的前提下，可采取先預(yù)冷的方法，同時(shí)也可進(jìn)行分級(jí)預(yù)冷等方式進(jìn)行緩慢冷卻，從而降低因冷卻速度過(guò)快而產(chǎn)生的金屬內(nèi)部應(yīng)力增大而導(dǎo)致的變形。

3.熱處理的零件結(jié)構(gòu)要合理

金屬熱處理后的冷卻過(guò)程中，金屬相對(duì)較薄的部分冷的速度較快，比較厚的部分冷的速度慢。因此，為了達(dá)到工件投入使用后能發(fā)揮其良好性能，應(yīng)盡量避免工件的厚薄分布不均，零件截面應(yīng)盡量處理均與，以便減少過(guò)渡區(qū)因應(yīng)力集中導(dǎo)致工件產(chǎn)生畸變和開(kāi)裂的傾向；工件的結(jié)構(gòu)要與材料的成分、組織保持相對(duì)稱(chēng)。

4.采用合理的裝夾方式及夾具

采用合理的裝夾方式及夾具主要是保證工件加熱或者冷卻過(guò)程中受熱或降溫均勻，避免因受熱不均或者降溫不均導(dǎo)致工件拉應(yīng)力或組織應(yīng)力發(fā)生變化，使工件變形量增大。

5.機(jī)械加工

機(jī)械加工是工件經(jīng)熱處理后的后期工序，在對(duì)工件的加工過(guò)程中，要將機(jī)械加工圖紙上工價(jià)尺寸和工件熱處理后的畸變范圍值保持一致；畸變量要根據(jù)上道工序加工尺寸確定；因此，在工件的機(jī)械加工過(guò)程中應(yīng)遵循工件的畸變規(guī)律，在工件熱處理最好對(duì)其尺寸進(jìn)行預(yù)修正，使其畸變量符合機(jī)械加工的需要。

6.采用合適的介質(zhì)

在對(duì)加熱的金屬件進(jìn)行冷卻時(shí)，介質(zhì)的選用也十分的重要，如若使用的介質(zhì)不恰當(dāng)，就很有可能增大金屬件的變形量，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂而無(wú)法繼續(xù)使用。而在冷卻介質(zhì)當(dāng)中，水的冷卻速度要快于油的冷卻速度，因此在進(jìn)行介質(zhì)選擇時(shí)，在保證可達(dá)到工件要求硬度的前提下，應(yīng)盡量選擇油性介質(zhì)來(lái)做為冷卻介質(zhì)，從而減緩冷卻速度，避免產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力。此外，還要注意雖然油性介質(zhì)對(duì)金屬件的變形情況相對(duì)影響較大，但在具體的操作中也要控制好相應(yīng)的淬火速度。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，通過(guò)對(duì)金屬件進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚恚稍谝杂行У奶岣咂涫褂眯阅埽谶@一過(guò)程中要采取有效的措施來(lái)避免因熱處理而導(dǎo)致的金屬件變形。因此相關(guān)的專(zhuān)業(yè)人員要在實(shí)踐中不斷摸索，積累操作經(jīng)驗(yàn)，不斷的對(duì)操作工藝進(jìn)行改進(jìn)及優(yōu)化，并能夠探索出更有效的防變形措施及方法，從而盡可能的實(shí)現(xiàn)在保證性能的同時(shí)降低變形率。相信通過(guò)操作人員及科研人員的共同努力，會(huì)有更加有效的措施應(yīng)用到實(shí)際的金屬加工當(dāng)中，進(jìn)而有效的促進(jìn)我國(guó)熱處理行業(yè)的快速發(fā)展。

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