金屬材料熱處理變形因素及控制措施分析

朱國華 曹昌懷 盧健

摘 要：在多個工業行業生產體系中，都需要對金屬材料進行熱處理，以改變材料形狀，滿足后續生產流程要求。但是在進行熱處理操作時，通常會出現不同形式的變形問題，進而對材料質量和后續加工帶來負面影響。本文在簡要概述金屬材料種類與性能基礎上，分析熱處理變形的主要影響因素，并結合技術要求提出對應的控制措施，以此為相關生產管理提供參考。

關鍵詞：金屬材料;熱處理;變形;控制措施

在工業生產體系不斷復雜，新型工業產品類型朝著多元化方向發展背景下，對金屬材料熱處理變形控制提出更高要求。通過有效的控制措施，不僅能夠有效提升企業整體生產水平，推動生產工藝優化，還能夠適應時代發展要求，減少工業生產中材料損耗，降低工業生產對周邊環境的污染。

1、金屬材料的種類與性能

1.1 金屬材料的性能分類

在工業生產領域中，金屬材料具有較為廣泛的應用，但是初級金屬材料必然無法滿足生產體系要求，這就需要通過熱處理形式，確保金屬材料的硬度、強度、形狀和耐腐蝕性等，都能夠到達生產工藝要求。在當前技術條件下，金屬材料的性能被分為使用性能和工藝性能兩種形式，前者主要包括化學性能、物理性能和力學性能等基礎性能，這也是金屬材料實際應用中選材和設計的基本依據;后者則是指金屬材料在實際加工中所體現出的性能，例如可鍛性、熱處理性能、鑄造性等[1]。兩種性能的分類不同，對金屬材料在不同產品生產中的應用效果具有直接影響。

1.2 金屬材料性能評價指標

對于不同的金屬材料而言，使用性能和工藝性能的子性能是交叉存在的，例如具有相同物理性能的金屬，在熱處理性能上可能具有較大差異。因此在實際選用過程中，對金屬材料性能的研究和分析，主要側重于三個指標：硬度、耐久性、疲勞性。硬度是金屬材料選型的基本指標，是指金屬本身所具備的基本抗擊能力，不同的硬度參數，使得金屬材料使用場景有著較大差異。耐久性同樣是金屬材料的主要性能指標，其主要體現在金屬材料在不同使用環境下的耐腐蝕能力，在實際應用中，腐蝕現象只能通過技術處理減輕而無法根本消除。疲勞性則是指材料在持續應力條件作用下所具有的抗負荷能力，或者是長時間內無異常斷裂的能力[2]。對于多種金屬材料而言，這些指標的具體參數都可以通過熱處理技術提升，由此使得熱處理成為金屬材料生產應用中不可或缺的環節。

2、金屬材料熱處理變形的影響因素

2.1 溫度因素

熱處理本身就是通過對應的溫度條件調整，對金屬材料進行初步加工。在溫度發生不同程度變化時，會導致金屬材料出現不同程度的變形。尤其是在工件本身出現受熱不均情形時，不同部位的實際變形還存在較為明顯差異。同時，在熱處理環節結束后，隨著熱處理溫度自身變化，金屬工件溫度也會隨之發生明顯下降，在溫度條件發生對應變化時，熱應力和組織應力也會不斷降低，會直接導致金屬工件出現變形現象。

2.2 淬火介質因素

在當前金屬材料熱處理加工工藝中，所應用的技術更加復雜，所選用的淬火介質形式和具體操作要求也具有明顯偏差。不同的金屬材料在進行熱處理時，所需要選擇的淬火介質有明顯差異，對淬火操作流程中所需要的攪拌方式、攪拌速度具有不同要求。同時，金屬工件的穩定性也對熱處理效果具有明顯影響。只有確保各方面參數選擇和技術要求都滿足操作規范要求的情形下，才能夠確保熱處理質量達到設計要求，滿足工件后續裝配和產品生產質量要求。

2.3 預處理效果

在金屬材料進行熱處理加工前，需要采用正火方式進行預處理，也就是將金屬構件加熱到Ac3溫度30～50℃范圍內，并保持恒定溫度時段后再出爐空冷[3]。有效的正火處理，能夠較好的提升金屬材料強度和韌性，避免構件在熱處理和后續加工使用過程中出現開裂。但是正火處理對場地和處理工藝操作水平都具有較高要求，在處理不當的情形下，將會對材料內部組織性能產生影響，進而出現不同程度的變形現象。同時，在金屬材料需要進行焊接作業時，正火處理效果欠佳，還會導致材料內部產生魏氏組織，造成更為嚴重的變形現象。

2.4 作業人員技能水平

當前生產工藝體系下，金屬材料的熱處理流程還是以人工作業模式為主，雖然企業層面已經根據生產要求明確熱處理操作流程規范，但是在實際操作過程中，作業人員的技能水平依然會對熱處理效果產生重要影響。尤其是在作業人員責任心不足，操作不規范的情形下，對金屬工件變化的關注度不足，會導致變形明顯加劇，進而導致熱處理失敗，影響到后續生產流程和企業經濟效益的實現。

3、金屬材料熱處理變形的控制措施

3.1 依照相應原則進行熱處理

金屬材料的熱處理是企業生產流程管理的基本內容，在熱處理工藝應用中，應當堅持如下方面的基本原則：首先是堅持科學性原則，也就是根據材料本身性質和工件使用要求，選擇合適的熱處理工藝、處理設備和淬火介質，將變形現象控制在基本要求范圍內，確保處理效果能夠滿足后續工藝流程要求。其次是要堅持實用性原則，以綠色、節能、環保理念為指導，通過材料變形質量控制，減少金屬資源浪費，為企業生產創造良好的經濟效益和社會效益。再次是要堅持操作便利性原則，也就是通過操作過程的優化，降低熱處理過程中負面因素影響，有效提升整體操作水平，滿足熱處理的經濟性要求。

3.2 優化淬火介質選擇與操作

通過淬火介質選擇與操作的優化，提升操作流程的規范性，能夠更好的控制變形現象。在當前淬火工藝實施中，主要是采用水和油為基礎介質。在操作流程中，通常是將水溫控制在55～65℃之間，油溫度控制在60～80℃之間。對于技術人員來說，應當結合不同金屬材料熱處理變形規律研究，通過定性分析和定量分析相結合的方法，對溫度控制范圍進一步細化，將溫度變化幅度控制在5℃甚至是更低范圍內，以此不僅能夠更好的提升熱處理質量，還能夠實現淬火操作工藝水平提升，滿足精細化生產管理要求。

3.3 科學選擇冷卻方法

冷卻方法選擇和操作流程的控制，對變形質量控制具有重要影響，在實際操作過程中，需要根據金屬材料自身特性，合理控制冷卻速度和冷卻時間。尤其是對于部分經過優化的合金材料，可以通過小件試驗的方式，分析單介質淬火或雙介質淬火的實際效果，分析不同形式淬火作業后實際冷卻效果的差異，進而對冷卻流程進行優化，以有效避免金屬材料的變形。

3.4 提升作業人員技能水平

針對當前多數企業熱處理工序中作業人員因素方面的問題，企業應當對整體管理流程進行優化，首先選擇合適的輔助夾具，確保夾具保留一定的余量，確保金屬材料的熱處理效果。在日常管理工作中，應當重視作業人員的培訓和考核工作，確保工作人員能夠嚴格依照操作規范處理各個流程。對于熱處理過程中出現的共性問題，應當深入分析問題產生的原因，并采取對應的措施進行處理，對處理流程進行調整優化，實現變形現象的合理控制。

4、結束語

金屬材料熱處理變形的有效控制，不僅對企業生產經濟效益具有直接性影響，同時對工業生產社會效益和環保效益也具有直接性影響。因此在當前相關企業生產管理中，應當強化對相關技術的研究，構建更加規范的操作體系，以此才能夠確保變形現象得以有效控制，更好的提升金屬材料性能，為工業生產水平提升起到更加積極的促進作用。

參考文獻

[1]田景.金屬材料熱處理變形的影響因素與控制措施初探[J].當代化工研究，2021（11）：19-20.

[2]徐紅梅.金屬材料熱處理變形及開裂問題研究[J].冶金與材料，2021，41（02）：39-40.

[3]薛勇.金屬材料熱處理工藝以及技術發展趨勢探索[J].設備管理與維修，2021（06）：75-76.