金屬材料熱處理變形問題與開裂問題的解決方案探究

李 磊

（新余鋼鐵集團股份有限公司，江西 新余 338000）

金屬材料熱處理就是改變固態金屬的形態，按照其特定的工藝制造需求進行加熱、保溫或者冷卻，同時還需要在機械以及化學作用下，改變金屬材料的內部結構以及性能，從而保證所生產的金屬產品能夠符合制造要求。

1 金屬材料熱處理工藝的優點

為有效提升金屬材料的各項性能，需要給予熱處理加工，從而在多重方式的淬煉下，最大化降低金屬材料中出現的網狀碳化物等相關雜質，同時也能夠對金屬顆粒進行細化，進而將金屬材料的內應力消除徹底，最大化提升金屬材料的強度以及韌性，保證金屬材料能夠更好的應用于工業生產中。同時金屬材料熱處理能夠幫助金屬材料塑型，原子結構在受到熱應力以及重力勢能的作用下，其原子結構就會被破壞，從而減弱了金屬材料的塑型難度。在工程生產上，就可以根據實際生產情況，對金屬材料實施再塑型，從而將其應用于精密細致的機械零件加工中。此外，金屬材料熱處理具有延長金屬材料使用壽命的特點，且能夠全面提升金屬材料的力學性能，從而避免金屬材料出現表面損傷或者局部塑性形變，以及金屬材料斷裂現象。并且熱處理能夠最大化減少應金屬材料負荷運轉出現的其他問題，基于此，金屬材料的整體使用壽命也會有所延長，工業生產成本減少，保證各企業獲得更多的經濟收益[1]。

2 熱處理變形開裂的原因

在對金屬材料進行熱處理時，會因尺寸以及形狀改變導致出現變形現象，而導致此種現象的主要原因就是金屬材料熱處理時工件內部產生應力。內應力可以分為組織應力以及熱應力，兩種應力共同作用就會導致金屬材料工件變硬，如果作用力超過應力變形極限，就會導致金屬材料出現永久變形。

2.1 熱處理原因

在對金屬材料進行熱處理時，可以采用冷卻以及加熱兩種方式，在熱處理操作時，金屬材料會因熱脹冷縮造成體積變化。金屬材料工件如果處于淬火溫度時，工件屈服強度就會有所降低，塑性提升，當內應力大于屈服強度時，就會導致金屬材料出現塑性變形[2]。

2.2 組織應力原因

金屬材料工件組織應力中，切向應力較軸向應力大，且與金屬工件的表層較為接近。金屬工件的表面會受到拉應力作用，而其內部主要受到壓應力作用。組織應力在淬火過程中，會有形變以及開裂現象出現，造成此種現象的主要原因就是熱處理操作時會受到組織應力以及熱應力的作用。此外，金屬材料在熱處理過程中，會受到組織應力影響外，還會受到金屬材料的介質、冷卻速度以及成分、形狀的影響[3]。

3 金屬熱處理變形與開裂的解決方案

3.1 金屬鋼材

在制造金屬工件過程中，需要依據熱處理效果選用。一般情況下，高淬透性合金鋼以及碳鋼、微變形剛較為常用。高淬透性合金鋼多應用于大截面尺寸以及形狀較為復雜的工藝中，而微變形剛多用于形狀復雜且有較高輕度要求的金屬工件制造中。合金鋼多用于例如Cr12MnV易淬裂以及變形的工件中。

3.2 對加熱溫度進行控制

在熱處理過程中，需要根據合金材料淬透性的不同，選擇低溫淬火溫度，從而有效提升工件的淬硬效果。對于高彈合金鋼制造的工件，需要根據工件的不同，適當調高淬火溫度，從而保證MS點殘留的奧氏體量得以降低。例如針對于Cr12MoV合金，其屬于高硬度工件模具，在制造過程中，為避免有弧形裂紋出現，需要選擇1040℃的淬火溫度。

3.3 冷卻方式

在合金工件的熱處理中，最為重要的生產工藝就是淬火冷卻，因其會直接對工件的質量產生影響。在淬火工藝上，需要選擇用熱油以及冷油，相比而言，在淬火時，熱油對工件變形的影響會較冷油小，且溫度多在80℃~120℃之間即可。此外，熱處理過程中的淬火攪拌形式以及攪拌的速度會直接影響變形的程度。對于金屬而言，其冷卻速度較快，但是卻不均勻，由此，會有很大的應力出現，從而變形以及開裂的幾率會更大。

例如，在冷處理方式選擇時，需要考慮金屬材料的尺寸以及大小，同時與原材料的微觀原子結構進行分析，例如表1，為某工程熱處理工作的金屬材料尺寸。

表1 某工程熱處理工作的金屬材料尺寸

3.4 對鍛造以及預熱處理進行控制

合金工件淬火前期，如果給予適當的處理，就會在很大程度上減少變形的影響。例如，某些高碳工具鋼制造工件，在熱處理過程中，需要確保制造淬火以及鍛造工藝的合理性，從而最大限度減少金屬材料中出現的網狀碳化物以及偏析均勻現象。

而對于一些制造標準較高的工件，就需要做好應力退火、正火以及調試處理工作，從而有效降低熱處理過程中出現的工件表面開裂以及合金變形現象。在淬火冷卻時，需要重點選好介質，水和油是重要介質。需要將水溫控制在550℃~650℃之間，從而提升冷卻速度。冷卻速度高，在200℃~300℃之間，冷卻速度下降快，會導致金屬變形。

4 結語

綜合上述分析可知，在金屬材料關鍵件以及重要件的制造過程中，需要給予熱處理工操作，而熱處理也是元件制造的重要組成部分。元器件的構造材料不同，也會對熱處理金屬結構有不同的影響。部分器件在熱處理時，會有開裂以及變形等情況出現，嚴重影響工件的整體質量。

由此，在對金屬器件實施熱處理過程中，還需要嚴格把守質量關，從而最大限度降低廢品率，避免有開裂現象出現。與此同時，對于熱處理工藝的研究人員也需要不斷提升自身的綜合素養，從而不斷創新，對金屬材料熱力學性能進行全面分析，進而采取有效的措施避免熱處理變形現象出現，促使元件熱處理質量獲得質的提升。