基于金屬材料熱處理變形及開裂處理技術

李建國，陳艷輝

（1.郴州市中馬汽車空調有限公司，湖南 郴州 423000；2.郴州市職業技術學院，湖南 郴州 423000）

對金屬材料實施熱處理，能有效改善其性能，滿足后續制造加工要求。但金屬材料在熱處理過程中容易產生變形和開裂，影響后續加工制作時的正常使用。因此，有必要根據變形與開裂的影響因素，制定有效的預防及處理技術措施。

1 影響因素分析

金屬材料經冷處理后，會使殘留下來的奧氏體變為馬氏體，導致金屬的體積有所增加；而低溫回火與時效將對金屬變形造成以下兩種影響：其一，馬氏體分解且碳化物不斷析出，導致金屬的體積減??；其二，應力松弛，導致金屬發生畸變[1]。

原始組織對金屬有變形約束作用，通過調質處理，能對金屬設計變形量進行控制，確保淬火變形變得規律，實現對變形的有效控制。熱處理的目的在于對金屬性能進行改善，包括抗氧化性及耐磨性。但熱處理有效深度有限，為了使滲透層發揮應有作用，需在熱處理以后進行磨削加工，這對金屬而言，其變形糾正難度相對較大。

2 變形與開裂處理

在變形和開裂的預防處理過程中，首先需要遵循以下幾項基本原則：其一，科學性原則，任何一項控制和處理措施的應用都要具備良好的科學性，只有這樣才能發揮良好的處理效果；其二，易操作性原則，針對金屬材料制定的變形和開裂控制措施要盡可能的便于操作，以免由于操作難度較大而難以達到預期的控制和處理效果；其三，實用性原則，這一原則是指要減少變形與開裂預防和處理的人力物力，并避免對金屬材料完成熱處理后的品質造成影響，確保熱處理工藝發揮應有作用效果，為之后的加工制作奠定良好基礎[2]。

2.1 做好處理前預處理

熱處理的正火與退火將對金屬產生的變形造成很大影響。在正火過程中，由于溫度相對較大，會使金屬內部變形明顯增加，對此，在熱處理開始前，需做好溫度控制。通過實踐，完成正火處理以后，可采用等溫淬火這一方法來保證金屬內部達到均勻，實現對變形的有效控制。另外，為保證正火處理達到良好效果，根據材料結構特征，對退火工藝進行科學合理的選取，以此溫度梯度對金屬造成的影響，使熱處理過程中的變形得到有效控制，實現對處置質量及水平的有效改善[3]。

2.2 做好淬火處理

淬火冷卻在熱處理中是一道重要工序，如果在這一環節中所用淬火介質不合適，將使金屬內部應力大幅增加，導致金屬內部產生變形與破壞。對此，為了對熱處理過程中淬火的有效控制，避免操作不當，需要從現有工藝方法入手，做好淬火處理。首先，在淬火冷卻過程中，需要對淬火的速度進行嚴格控制，如果淬火的速度超出標準要求，則會使金屬冷卻無法達到均勻，導致金屬產生變形。通常情況下，水油為最常用淬火介質，其在550℃～650℃的溫度范圍內的冷卻速度為600℃/s，即便是在200℃～300℃的溫度條件下，也能有270℃/s以上的冷卻速度。在這一過程中，金屬材料正完成馬氏體轉變，如果冷卻的速度太快，將使金屬產生變形或開裂。若在水中添加一定量鹽、堿，還能進一步加快冷卻速度，比如在550℃～650℃的溫度范圍內的冷卻速度達到1100℃/s，但在200℃～300℃的溫度條件下，冷卻速度基本保持不變，基于此，鹽水與堿經常用于碳鋼冷卻，但這也是導致金屬變形和開裂的主要原因。

因此，在實際的淬火工藝過程中，需要尤其做好冷卻，使用事宜的冷卻介質[4]。

2.3 保證零件結構配置的合理性

在金屬熱處理及其冷卻過程中，金屬零件結構也會對其變形造成影響。因金屬中厚度較大的部分冷卻速度較慢，而厚度較小的部分冷卻速度較快，所以實際生產中，應減小薄厚差。

為對過渡區中因應力集中產生的變形與開裂進行有效控制，需要使零件的界面保持均勻；未對由于冷卻速度不均造成的變形進行控制，還需要使零件結構與其材料成本保持對稱。零件結構設計時，需要盡量避免棱角和溝槽的產生。另外，在零件薄厚交界處與臺階處還要進行圓角的設置來過渡，對于厚度不均勻程度較大的零件，可通過預留加工量來有效處理[5]。

2.4 采用合適的裝夾方式

為對金屬在熱處理過程中產生的變形進行有效控制，應保證加熱與冷卻的均勻性，使金屬的熱應力保持均勻，使生成的組織，其應力處在相對均勻的狀態，為了達到這一效果，需要使用合理可行的裝夾方式。比如，對盤類工件而言，需要和油面始終保持垂直，而對軸類工件而言，需要使用立裝的方法。

針對且科學合理的使用墊圈，能起到保證應力分布均勻的作用，如支承墊圈與疊加墊圈。

2.5 加強機械加工控制

金屬材料完成熱處理后還要進行機械加工，根據金屬材料具有的變形規律，可使用反變形方法及收縮端預脹孔方法，以此對金屬材料由于熱處理產生的變形進行控制。與此同時，在進入到最后一道工序后，需要對熱處理造成的變形的允許量進行適當調整，變形量要根據上一道工序相應的加工尺寸進行明確和調整。對此，應根據金屬材料自身變形規律，在熱處理開始前做好對尺寸的預先修正，進而提高熱處理質量，使經過熱處理后的金屬材料能夠達到要求。

3 結束語

綜上所述，對金屬材料在進行熱處理后產生的變形進行影響因素與處理方法的分析研究，能為金屬材料加工制作提供可靠參考依據，盡可能減少變形與開裂的產生，使熱處理這一工藝得到良好應用。

對相關技術人員，應持續研究和總結相關經驗，明確熱處理過程中變形控制需要遵循的基本原則，并根據熱處理的具體情況，通過做好處理前預處理、做好淬火處理、保證零件結構配置的合理性、采用合適的裝夾方式、加強機械加工控制，使經過熱處理以后的金屬材料其變形量處在允許的范圍內，并防止開裂現象的發生。