金屬材料熱處理變形的影響因素與控制策略

張永軍

（甘肅能源化工職業學院，甘肅 蘭州 730207）

金屬合金分為有色金屬和黑色金屬兩種，顯示亮黑色的質感，具有一定的導熱性能和延展性。隨著我國經濟社會的快速發展和裝備制造產業的升級，金屬合金材料的加工和應用也越來越多。之所以機械制造和裝備制造工業廣泛的應用金屬合金作為主要的材料，就是因為金屬合金具有可塑性好，價格合適和耐久性高等優良特性。在可塑性的加工過程中，我們比較常用的就是熱加工，金屬熱加工可以使金屬變成我們想要的形狀和規格，但是也存在著一些缺點，比如說不當的溫度處理，可能會傷害到金屬本身的性質，導致加工的零件和機械的強度降低，影響設備的運行和質量，對企業造成不可估量的損失。所以在金屬合金的熱加工過程中一定要掌握好機加工和溫度變形間的有機聯系，精確地控制好加工過程中的范圍和尺寸，按照高標準進行生產，可以避免很多問題的出現[1]。這也是提高后續設備質量品質的有效管控方法，是我國工業進步的和發轉的趨勢。在這篇文章中我們對金屬合金熱處理過程中容易出現的問題和出現問題的影響因素展開了分析，并且討論了一些符合實際的解決辦法，保證了金屬材料熱加工過程中的效率和質量。

1 金屬材料熱處理過程中變形的種類

金屬合金在熱加工過程中發生形變是不可避免的，在多數的加工工藝過程中，會產生兩種類型的形變。一種是比容形變，這種形變和金屬材料中碳元素和一些微量的金屬元素有關，通過研究人員的探究發現，金屬合金材料的比容形變是普遍存在的，和鐵素體、游離碳和比容變化的差有不可分割的關聯。金屬合金材料的比容形變具有各向同性，也就是說在一塊均質的金屬內部，在進行熱加工的過程中，金屬材料向不同方向上發生著相同的形變。發生比容形變后的合金會發生尺寸大小的明顯變化；另一種金屬材料熱處理過程中的變形是內應力塑性形變，這種形變產生的原因是金屬塊的溫度不均勻導致的，具體來說就是在熱加工過程中金屬塊的不同位置溫度不均勻，導致不同部位的冷卻速度也不同，因此隨著溫度的下降，金屬的不同位置發生著不盡相同的熱脹冷縮相應，這種原因產生的不良形變就是熱應力塑性形變。

2 熱處理過程中影響金屬材料變形的因素

2.1 冷處理過程的影響

在金屬加工過程中應用熱處理時，往往會出現低溫回火，還有就是時效性的，這兩種情況的產生都會造成金屬材料的變形，對金屬加工產生不利的影響因素。時效性的發生和低溫回火的存在會是金屬合金材料發生碳的析出和馬氏體的分解[2]。在后續的加工過程中，如在淬火時，金屬中的奧氏體轉換成馬氏體，導致金屬的變形和體積形變，對材料的質量和制造的設備的可靠性產生不良的影響。

2.2 應力的影響

金屬材料都具有特定的密度，在熱加工的過程中，由于受熱不均會導致金屬材料的變形。一般情況下，金屬的熱加工要先進行加熱，然后處于一段時間的保溫期，之后在進行熱加工。然而在加熱和保溫時，材料的內外以及不同的位置會產生溫度的差別，這就導致了不同位置狀態的不同，當低溫處還是硬的狀態時，高溫處已經變軟，這種應力的不同就會使材料產生不良的變形[3]。

2.3 原始組織影響

金屬熱處理過程中受到合金元素纖維方向和碳化物形狀等的影響，金屬材料會在淬火時產生一定的影響。這些就是原始組織的影響，在現代的熱處理過程中一般都加入了化學方法，在化學方法處理后，金屬材料的原始組織會變得更加的有規律。因此，就會使熱變形的程度變小并且使金屬表面的耐磨性等性質得到提高。

2.4 淬火的影響

金屬材料加工的過程中，淬火是一個必不可少的操作。淬火可以使材料的性質發生改變，是材料的硬度變高，抗腐蝕性能變強等。在淬火的過程中一定要選擇合適的淬火介質，可以控制金屬材料的形變程度，這對提升加工品質是至關重要的。

2.5 預處理的影響

預處理可以在一定程度上消除應力，是金屬材料熱加工過程中經常采取的處理方式，如果沒有進行預冷，在材料進行正火時就會產生冷堆的情況，內部和表面的溫差會產生極大地變形，從而影響熱處理的效果，也會使加工出的產品品質出現問題。

3 金屬材料熱處理技術使用過程中需要遵守的原則

隨著近年來金屬材料使用趨于頻繁，為了提高應用金屬材料以后的成效，熱處理技術被逐漸應用于金屬材料。金屬材料熱處理技術雖然對金屬材料的使用效果有一定的提升，但金屬材料在熱處理過程中會出現變形的狀況，因此會對熱處理過程應用于金屬材料造成一定的阻礙。為了有效地避免金屬材料熱處理變形現象的發生，金屬材料熱處理技術使用過程中需要遵守一定的原則。

3.1 規范操作原則

金屬材料熱處理技術使用過程中，熱處理變形現象的發生會大大降低熱處理技術的優越性。而在金屬材料熱處理時變形現象的發生的部分原因可以歸結為工作人員操作失誤。因此應用熱處理技術處理金屬材料時，工作人員應提前進行培訓以具備有關金屬材料方面的專業知識。首先工作人員針對不同的金屬材料選用不同的熱處理技術，選定適宜的熱處理技術后便可以規劃詳細、規范的熱處理流程，使熱處理后的金屬材料性能更優。其次，設立相應的監督機制，確保工作人員熱處理操作的規范性。

3.2 減少環境干擾原則

金屬材料熱處理技術的施工環境要求相對嚴苛，既要保護外部環境也要減少外部環境對金屬材料熱處理變形的影響，這樣熱處理后的金屬材料實用性才會達到最好?，F階段，我國金屬材料處理選址大多均在偏僻的郊外，遵循了減少環境干擾的原則，在大大提高企業的生產效率的同時減少金屬材料熱處理變形狀況。

3.3 人員定期培訓原則

從事金屬材料熱處理的工作人員規范操作需要依靠工廠對工作人員進行階段性的培訓，以加強工作人員對金屬材料熱處理知識的認知和鞏固，在保障工作人員對金屬材料熱處理技術的熟練程度同時使企業可持續健康發展。

4 金屬材料熱處理變形的控制策略

4.1 改進淬火工藝

熱處理技術應用于金屬材料的工藝過程中，淬火是其中重要且關鍵的一個環節。熟練操作淬火工藝對金屬材料熱處理技術的應用是非常重要的。傳統的淬火工藝已經不能滿足人們對于生產技術的要求，隨著社會的發展被逐步淘汰。淬火工藝中使用的淬火介質主要有油和水等，針對不同金屬材料選用合適的淬火介質來控制金屬材料熱處理變形狀況。如今，淬火工藝的改進與革新成為企業急需解決的問題，企業應該引起高度的關注并在合適的熱處理技術上合理調控溫度，從而避免淬火工程中出現的麻煩提高淬火效率。在大多數情況下，淬火介質為水時的水溫為55℃～65℃，淬火介質為油時的油溫為60℃～80℃，將淬火速率調控在正常范圍內，有效避免金屬材料熱處理變形。

4.2 改進冷卻工藝

金屬材料熱處理工藝中，除了淬火工藝以外，冷卻工藝的合理改進對金屬材料熱處理變形現象的降低也起到關鍵性的作用。熱處理過程冷卻工藝的操作需嚴格按照制定的方案實施，從而大大避免冷卻過程中熱變形現象的出現。不同的淬火方式需要不同的冷卻方式。在金屬材料熱處理淬火過程中，使用較多的是單介質淬火和雙介質淬火，分級淬火等方式。以雙介質淬火為例進行說明，金屬材料使用雙介質淬火方式進行淬火冷卻，冷卻過程分兩個階段進行。首先，將淬火后的金屬部件放入快速冷卻介質中冷卻，這時金屬部件溫度快速下降到300℃，而后經過短時間的保溫階段，將淬火后的金屬部件放入慢速度冷卻介質中冷卻，實現金屬材料的兩次冷卻。兩次冷卻過程因冷卻速度的差別所選用的冷卻介質也會不同。冷卻工藝中，對熱變形影響最大的部分是快速冷卻，因為快速冷卻會提高金屬內的拉力。

4.3 合理加工

金屬材料熱處理技術應用過程中，離不開機械設備的使用。運用機械設備進行加工時，要將金屬材料熱變形量考慮在內，從而對金屬材料進行合理加工并有效增加淬火后的合格品數。在加工金屬材料過程中，需要對金屬材料的加工需要和金屬本身特點進行充分的了解，從而選用機械夾裝的方式。工作人員要正確認識到各種金屬材料的形變規律，運用相應的熱處理措施，保障金屬材料熱處理的正確實施。通過對金屬材料熱處理變形值的估量，從而降低金屬材料的熱處理變形。

5 結語

現代社會中，金屬材料的應用已經遍及人們生活的方方面面。金屬材料的改進革新伴隨科學技術的發展在不斷變化?，F在，將熱處理技術用于金屬材料已經非常普遍，但緊隨著這一技術革新的同時也帶來新的問題，即在金屬材料熱處理過程中金屬材料產生的變形問題。文章通過介紹金屬材料熱處理過程中變形的種類和影響因素分析，明確了金屬材料熱處理技術使用過程中需要遵守的原則和控制策略研究，更加充分的對金屬材料熱處理變形有了了解。通過文章分析知道了金屬材料熱處理流程在實施的過程中，要對金屬材料和熱處理工藝兩者均有足夠充分的了解，從而保障工藝的質量并有效避免金屬材料熱處理變形現象的發生。金屬材料熱處理變形影響的主要環節包括淬火過程、冷卻過程和加工過程等，所以熱處理過程中溫度的控制至關重要。金屬材料熱處理技術效率高的企業會在競爭激烈的市場中占得一席之地。不僅會提高企業的知名度和利潤率而且在一定程度上減少了資源的浪費并保護社會環境。