金屬材料熱處理變形的影響因素和控制策略分析

胡啟超

盛安建設(shè)集團有限公司 山東淄博 255000

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

1 金屬材料熱處理變形的影響因素

1.1 時效與冷處理

在金屬材料熱處理過程中，低溫回火情況的出現(xiàn)，會導(dǎo)致金屬變形，時效也是一項重要的影響因素，低溫回火與時效會導(dǎo)致馬氏體分解與碳化物析出的情況出現(xiàn)，縮小金屬材料體積，變形較大。應(yīng)力松弛情況的出現(xiàn)，會導(dǎo)致金屬材料畸形。在冷處理方式下，金屬材料中殘存的奧氏體會向馬氏體轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致金屬材料體積變化，最終出現(xiàn)變形問題[1]。

1.2 原始組織與應(yīng)力狀態(tài)

在淬火之前，金屬材料會受到關(guān)聯(lián)原始組織的影響，包括碳化物數(shù)量、形態(tài)以及合金元素纖維方向等。在調(diào)質(zhì)處理后，熱處理是變形得以縮減，金屬材料淬火變形更具規(guī)律性，便于控制熱處理變形。化學(xué)熱處理方式的應(yīng)用，能夠?qū)饘俨牧媳韺硬糠中阅芗右愿纳疲热缣嵘韺涌寡趸δ芤约澳湍バ缘取；瘜W(xué)熱處理深度應(yīng)當處于標準范圍內(nèi)，若保證實現(xiàn)滲透層，需要在化學(xué)熱處理后進行磨削加工，由于金屬材料性能較差，很難處理化學(xué)熱處理過程中的變形問題。

2 金屬材料熱處理變形的控制策略

2.1 做好處理前預(yù)處理

熱處理的正火與退火將對金屬產(chǎn)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(nèi)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(nèi)部達到均勻，實現(xiàn)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(jù)材料結(jié)構(gòu)特征，對退火工藝進行科學(xué)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(xiàn)對處置質(zhì)量及水平的有效改善[2]。

2.2 溫度是熱處理的關(guān)鍵

熱處理工藝在工件制造中的使用非常常見，這其中因為不同金屬材質(zhì)不同的部件、不同的冷卻介質(zhì)不同的速度等都導(dǎo)致溫度的變化不同，而溫度測量是否準確，對于制造工藝是否規(guī)范是至關(guān)重要的。在熱處理工藝中需要控制好溫度變化，利用在加熱及冷卻過程中熱度變化的不同進行合理調(diào)控，對于改善工件變形有重要的幫助。溫度涉及到很多，一般會有“四把火”，正火、退火、淬火，回火，各種工藝用途中溫度不同產(chǎn)生效應(yīng)也各不相同，比如說回火，一般淬火加高溫回火來獲得強度、硬度和塑性、韌性好的綜合機械性能。而中火回火則是獲得高的屈服強度、彈性極限和高韌性。低溫回火則是保持淬火中高硬度和高耐磨性，除低淬火的內(nèi)應(yīng)力和脆性，避免使用時產(chǎn)生崩裂或者過早損壞的情況。

2.3 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(huán)節(jié)中所用淬火介質(zhì)不合適，將使金屬內(nèi)部應(yīng)力大幅增加，導(dǎo)致金屬內(nèi)部產(chǎn)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(xiàn)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(dǎo)致金屬產(chǎn)生變形。通常情況下，水油為最常用淬火介質(zhì)，其在550℃-650℃的溫度范圍內(nèi)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(zhuǎn)變，如果冷卻的速度太快，將使金屬產(chǎn)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(nèi)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(jīng)常用于碳鋼冷卻，但這也是導(dǎo)致金屬變形和開裂的主要原因[3]。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(zhì)。

2.4 保證零件結(jié)構(gòu)配置的合理性

在金屬熱處理及其冷卻過程中，金屬零件結(jié)構(gòu)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(chǎn)中，應(yīng)減小薄厚差。為對過渡區(qū)中因應(yīng)力集中產(chǎn)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(jié)構(gòu)與其材料成本保持對稱。零件結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要盡量避免棱角和溝槽的產(chǎn)生。另外，在零件薄厚交界處與臺階處還要進行圓角的設(shè)置來過渡，對于厚度不均勻程度較大的零件，可通過預(yù)留加工量來有效處理。

2.5 有效加工

在金屬材料熱處理過程中，機械加工環(huán)節(jié)需要保證余量存留的合理化，為金屬材料變形量提供充足保證，淬火合格率也能夠得到明顯提升。由于夾裝工具不同會對金屬材料形狀產(chǎn)生影響，因此在金屬材料熱處理操作過程中，要明確加工零件的要求及特點等情況，對夾裝方式進行合理化選擇，降低熱應(yīng)力不均衡而造成變形的幾率。若金屬材料加工過程中需要采取熱處理措施，則需要保證金屬材料具備形變的條件。要對金屬材料變形規(guī)律形成正確認識，保證淬火變形合格率，切實提升金屬材料質(zhì)量，依據(jù)加工工件技術(shù)要求來衡量金屬材料變形值，確保變形處于合理范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

綜上所述，金屬材料熱處理變形是我國當前一個主要的問題。因此，為了更好的解決金屬材料在熱處理過程中所引發(fā)的變形問題，需要不斷地對引發(fā)金屬材料變形的因素進行分析；根據(jù)其因素制定出有針對性的措施，以更好地減少在對金屬材料熱處理過程中所引發(fā)的變形現(xiàn)象，更好地讓我國的金屬材料以更佳的狀態(tài)被應(yīng)用在各行各業(yè)中。