金屬材料熱處理變形的影響因素和控制策略探究

張增飛

摘要：在改革開放的新時期，隨著中國經濟不斷的縱深發展，機械制造業與建筑行業都取得的更深層次的發展，那么隨之而來的就是對金屬制造業產生了較為嚴苛的要求。金屬材料的制造與升級成為了金屬制造業的核心課題，其熱處理的問題亦然成為了制造行業的焦點與關切。但是其熱處理的過程是復雜的、技術是專業性極強的，那么本文將就其熱處理變形的影響的諸多因素與如何精準的控制進行淺析。

關鍵詞：熱處理;金屬材料;控制策略;影響因素

引言

金屬材料是工業生產、社會生活中不可或缺的重要材料，對推動社會的發展，助科技進步，以及提升廣大人民群眾的生活質量起到了重要的促進作用。隨著技術的進步，對金屬材料的性能要求也越來越高，尤其是一些特殊領域的金屬材料應用，對硬度、強度、形狀、耐腐蝕度等都有嚴格的要求。因此，加強熱處理工藝的改進與提升，采取有效的控制措施避免金屬材料的變形就成為當前金屬材料加工行業需要特別重視的問題。本文就金屬材料在熱處理過程中常出現的變形現象以及變形原因進行深入分析，并就金屬材料熱處理變形的預防和控制措施進行簡單闡述，以供參考。

1金屬熱處理工藝概念介紹

金屬材料熱處理是一種重要手段，對產品進行一定的熱處理可以除去在高溫狀態下進行加工對產品造成的缺陷問題，能夠促進內部組織與結構變化，改善材料性能，同時還能夠消除化學成分不均勻現象、降低殘存在物體內部的應力，使得組織結構和性能更加均勻，而不恰當的熱處理，會造成人力、物力的浪費。1863年時，英國鋼的內部組織在加熱和溫度降低時會發生變化，鋼中的高溫相在淬火時會轉變為硬相，英國專家發現鋼鐵的內部結構會隨著溫度的冷熱變化而變化，證實鋼鐵在淬火過程中會變得越來越堅硬。漸漸人們也發現在對鋼鐵等進行熱處理過程中，還能夠對其形成保護作用，避免被跟氧化合而致使鋼的含碳量減少。20世紀60年代，熱處理技術利用等離子體場效應發展了離子氮碳共滲和低溫滲氮處理。發展至今，熱處理工藝多種多樣，常被應用的熱處理工藝有加熱到一定溫度并持續一定時間后緩慢溫度降低、加熱到一定溫度后放在水或油或空氣中迅速溫度降低和表面加熱溫度降低改變表層力學性能等。對于熱處理的概念不能一概而論，它包含著詳細的分類。金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理（熱處理一般可分為三個環節：一是淬火環節，主要是利用冷卻水對軋制后的高溫鋼材進行急劇降溫冷卻，使軋件表面形成具有更高強度與硬度的馬氏體結構;第二環節是回火，經過淬火后的鋼材，其表面溫度要低于內部溫度，此時鋼材內部的熱量就會向外部傳遞，繼而使表面溫度升高。由于其溫升熱量來自于鋼材內部，因而也被稱為自回火;第三是冷卻環節，經過自回火后加工，其表面與內部溫度逐漸趨于一致，內部的奧氏體經過等溫相變，獲得最終的金相組織。金屬熱處理常用的處理方法包括三種：表面熱處理、局部熱處理和化學熱處理。其中表面熱處理包含激光和感應加熱熱處理以及火焰淬火;而日常所說的滲碳、滲氮、滲金屬、復合滲等則屬于化學熱處理。

2金屬材料熱處理變形的影響因素

2.1應力狀態

針對金屬材料，對專業技術、方法加以科學應用，進行熱處理期間，由于材料存在著相應的特殊性，加之各類外加因素所產生的影響，因此，知識材料冷熱分布無法得到充分保證，并出現明顯的不平衡，如此，勢必對熱處理操作產生一定的不利影響。對于金屬材料，熱處理加熱、保溫期間，環境溫度同樣會產生相應的影響，引起材料內部應力出現明顯改變，從而引起材料發生變形。關于金屬材料，若是應力分布不均勻情況相對較為嚴重，則變形幾率勢必也就越高，同樣對金屬材料質量造成嚴重的不利影響。

2.2預處理造成的影響

金屬材料在熱處理加工之前，必須先經過一道預處理工序，預處理的主要目的在于最大程度的消除金屬應力。當前的預處理形式都是采用正火方式進行，但是正火處理方式會受到場地的限制，而且正火處理多采用堆冷的處理工藝，這種處理方式容易導致加熱爐內的金屬材料冷卻不均勻，從而進一步導致內部組織不均，從而發生變形現象。除此之外，正火不當還會使金屬材料產生魏氏組織，從而進一步增大了熱處理變形的可能性。

2.3淬火的影響

淬火作為金屬熱處理的經典工藝之一，將其金屬材料在相關介質中冷卻，以達到金屬材料相關特性的提升。那么如何選擇淬火介質，亦是影響淬火效果的一個關鍵因素。我們要具體分析不同介質與不同的金屬材料的反應效果，合理的確定相關介質的使用。同時另一個核心因素就是注意淬火的不穩定性，期間很容易受到介質攪拌速率與攪拌方式的影響，產生不佳的變形效果，最終導致產品的質量受損。

3金屬材料熱處理變形的控制策略

3.1減少熱處理產生的殘余應力

熱處理過程中由于塑性變形產生殘留的應力，因為不能完全消除，會破壞金屬材料表面的保護膜，殘余應力值越高表現出有害就越大，會降低試樣的實際抗拉強度或屈服強度，還會降低疲勞極限，縮短試樣壽命造成脆性斷裂。殘余應力會導致試樣在淬火時因熱膨脹而產生應力集中，試樣可能因而產生嚴重變形或開裂，為了避免熱處理失敗，就要求爐內溫度溫差不能超過±20℃/小時，保溫時間不宜過長和過快，在熱處理升溫過程中要有緩慢升溫階段，也要有緩慢冷卻階段，這種方法是消除殘余應力的有效方法。對此類有缺陷的試樣也可以在熱處理之前預先采取適當的修復措施。

3.2金屬材料熱處理減輕變形的有效原則

在金屬材料的熱處理加工中，為了更好地控制金屬材料的變形，要遵循幾個原則，一是科學性原則，科學性原則是指熱處理方法的科學性，以科學的理念與技術手段為依托，科學的選擇設備、原料、淬火介質，而不是想當然地隨意發揮，唯有如此，才能將變形質量在合理范圍內，確保金屬工件發揮出應用的作用;二是實用性原則，金屬材料屬于不可再生資源，雖然我國地域廣袤資源豐富，但是對金屬的需求與消耗量極大，所以在熱處理過程中要堅持資源節約最大化利用的原則，減少不必要的浪費，這就需要在熱處理過程中密切關注材料的變化，通過減少變形來實現資源利用最大化，尤其是在金屬材料的熱處理加工過程中，通過合理有效地使用材料，加強處理中的質量控制來實現環境保護，促進社會可持續發展的目標;三是便捷操作原則，金屬材料熱處理方式要盡可能簡便易操作，這樣能降低復雜過程的不確定性。同時，也要優化操作流程，盡可能地簡化熱處理變形控制策略，有序有效地進行熱處理工作。

3.3運用機械化加工技術

針對金屬材料，進行熱處理期間，工序順利存在明顯的固定性特點，不過，由于材料性質具有顯著的差異性，因此，對于性質各不相同的金屬材料，熱處理工作所對應的工序同樣也會存在相應的差異。針對大多數金屬材料加工，熱處理屬于非常關鍵的工序，不過，由于部分金屬材料存在明顯的特殊性，因此，熱處理工序效果也會受金屬材料影響。

結語

綜上所述，在我們的日常生活中，不難發現種種的金屬材料。金屬材料幾乎已經深入到家家戶戶的生活中去，與此同時伴隨而來的就是對其材料質地的嚴苛要求。市場規模是愈來愈大，但其市場的產品質量參差不齊，市場與產業都對其金屬材料的質量要求不斷提升。但是目前產業內對于金屬材料熱處理的技術與手段還不夠頂尖，還有很長的一段路要走，需要各方的共同奮進。

參考文獻

[1]高靜，申志敏.金屬材料熱處理變形的影響因素與控制策略[J].應用能源技術，2017（6）：12-14.

[2]劉業超，張本權，許冰，等.論金屬材料熱處理變形的影響因素及減小措施[J].中國機械，2015（4）：118-119.