金屬材料熱處理變形及開裂問題研究

李懷宇

摘 要：與傳統金屬材料相比，金屬復合材料具有重量輕、延展性好等優點。金屬復合材料也廣泛應用于機械制造企業。機械制造企業在實際產品制造過程中使用金屬復合材料可以有效地延長機械產品的使用壽命，但在金屬復合材料的應用中還存在許多問題。金屬復合材料的應用對操作熟練程度和生產環境提出了更高的要求。金屬材料不規范的熱處理環境也容易導致材料變形。企業必須重視金屬材料的熱處理工藝，避免機械制造過程中對金屬材料質量的影響。

關鍵詞：金屬材料;熱處理;變形;開裂問題;措施

1金屬材料性能與熱處理技術的關系

1.1金屬耐久性與熱處理應力

在應用過程中，如果金屬材料在較長的時間內持續遭受外力，或者在較長的時間內處于易腐蝕的環境中，就會有開裂或者其他變化產生，所以研究金屬耐久性與熱處理應力之間的關系非常有意義。在實際熱處理金屬材料時，熱處理應力及大小會對金屬材料自身的耐久性產生很大影響，在這種條件下，只有盡量縮小各種熱處理剩余應力對金屬材料的影響，才能使金屬材料的質量和耐久性得到更好的提升。

1.2金屬材料疲勞性與熱處理溫度

在加工處理金屬材料時，科學利用整體加工過程與熱處理技術，可以在很大程度上提升金屬產品的性能以及質量。在實際加工過程中，一旦在短時間快速冷卻，金屬材料可能因為受到過大的應力而出現斷裂情況。為有效預防這類現象，在加工金屬材料時工作人員應合理控制熱處理溫度，在合理范圍內不斷調整溫度、找出溫度的最佳值，使金屬材料擁有更好的疲勞性。

2影響熱處理變形的因素及優化措施

2.1影響熱處理變形的因素

在實際工業生產中，采用了淬火、正火、回火、退火等多種熱處理工藝。熱作用是它們共同的基本過程，由加熱、保溫和冷卻三個階段組成。在實踐中，整個過程可以用熱處理周期、保溫時間、冷卻速度、加熱速度、加熱溫度和保溫時間等參數來描述。在熱處理過程中，需要使用各種類型的加熱爐。這些化學熱處理爐（如回火、淬火、基本熱處理退火、除氧、滲鋁、脫氫或鉻、氨、滲碳等）也進行了關鍵的技術熱處理工作。因此，在熱處理過程中，應嚴格控制爐內溫度，重視溫度測量。

在熱處理工藝的相關規范中，對溫度的要求非常嚴格。如果溫度測量精度不夠，就不能保證熱處理工藝規范的有效實施，這將在不同程度上降低產品質量。準確的溫度測量和控制可以有效地保證熱處理過程的質量，減少金屬材料的變形。

2.2減少熱處理變形的措施

2.2.1保證加熱順序和冷卻順序的合理性

根據不同零件的結構特點，有針對性地規劃零件的熱處理順序，可以在一定程度上減小熱處理變形，抵消各零件熱處理在相互作用下產生的變形，最終達到減小變形的目的。

2.2.2準備熱處理

高正火硬度、魏氏組織、大量索氏體或混晶會改善鍛件內孔的變形，可采用等溫淬火或控溫正火處理。

2.2.3采用合理的冷卻方式

在影響變形的各種因素中，金屬淬火后的冷卻過程也非常重要。與冷油淬火相比，熱油淬火能更有效地控制變形，一般采用100℃±20℃時的溫度℃.由于油的冷卻能力，變形也會發生變化，淬火油的混合速度和方式也會影響變形。金屬熱處理冷卻速度較快。如果冷卻不均勻，就會產生與冷卻不均勻成正比的應力，產品變形更嚴重。

2.2.4選擇合適的介質

在滿足產品硬度要求的前提下，合理使用油基介質。相關研究表明，在相同條件下，油基介質需要較長的冷卻時間，而水基介質的冷卻時間相對較短。而且，與油基介質相比，水基介質的冷卻特性更容易受到水溫變化的影響。在相同的熱處理條件下，油基介質淬火后的變形小于水基介質。

2.2.5采用機械化加工技術

金屬材料熱處理加工過程要求較高的規范性，因此機械制造企業可以采用機械化加工技術處理其中較為簡單的環節，進一步提高操作工藝的規范性。建筑企業也能夠將更多的人力與物力投入到金屬材料的性能分析環節。同時，技術人員進行熱處理加工過程要作出余量預留，為變形預留一定范圍，減小金屬材料變形最終造成的影響。

3熱處理工藝及技術

3.1常用的熱處理工藝

金屬熱處理的一般工藝包括退火、正火、淬火和回火。退火是將材料加熱到能引起內部結構變化的臨界溫度，然后用爐冷卻。正火也是一個類似的過程，但是正火的冷卻是在空氣中進行的，這樣可以縮短冷卻時間，達到更高的生產效率。淬火不同于退火和正火。它需要將被加熱的材料保持一定的時間，然后盡快用油或水冷卻。用這種方法加工的金屬具有較高的硬度和脆性，在金屬材料中會形成淬火應力，導致金屬開裂。因此，在實際應用中，應與回火處理相協調。回火是將淬火后的金屬重新加熱到臨界溫度，然后用空氣冷卻。

3.2特殊熱處理工藝

（1）激光熱處理技術。近年來，激光以其穿透力強、亮度高等優點得到了廣泛的應用。在金屬熱處理技術中，在處理一些硬度較高的金屬材料時，利用激光技術可以很好地完成相應的工作。在實際應用中，人們大多借助計算機對激光熱處理過程進行控制，使其具有較高的自動化程度，有效地提高了處理效率。

（2）真空熱處理技術。在金屬材料的處理中，真空熱處理技術也得到了廣泛的應用。它主要是通過真空環境對金屬進行熱處理，效率高，因此在節約時間和成本方面具有優勢。另外，利用該技術可以有效控制加工過程中的有毒廢氣，具有良好的環保效果。

（3）薄層滲透化學處理技術。該技術是利用化學處理對金屬材料進行加工，從而對金屬材料進行薄層滲透，使材料具有較高的韌性。由于該技術只能完成對材料表面薄層的滲透，不僅可以提高金屬材料的性能，而且可以提高處理效率。

（4）超硬涂層技術。在當前金屬材料的熱處理中，超硬涂層技術得到了廣泛的應用。采用該技術可以在很大程度上提高金屬表面的硬度，延長材料的使用壽命。另外，該技術可以使材料具有更高的綜合性能，從而優化材料的利用效果。目前，超硬涂層技術的應用需要計算機的輔助。該技術對材料加工過程有較好的監控效果，能有效提高最終加工效果。

（5）利用CAD（ComputerAidedDesign，計算機輔助設計）進行的熱處理。這種金屬熱處理技術在現階段也較為先進，能夠將金屬熱處理過程通過計算機進行仿真模擬，通過現代智能的方法來取得熱處理的效果。這種金屬熱處理過程能夠科學地預見最終的結果，并且對過程中可能出現的問題進行分析、技術處理，能夠避免很多不必要的麻煩。

（6）振動時效處理工藝。這種工藝主要是運用振動的原理來開展金屬材料熱處理。在處理完成后會明顯提高金屬材料的穩定性，同時有效避免材料變形的情況。

結論

金屬材料的熱處理工藝可以有效地提高金屬材料的性能，社會各界對金屬材料熱處理工藝的重視程度也在不斷提高。機械制造企業應合理控制金屬材料熱處理的各個環節，了解金屬材料熱處理變形的影響因素，采取合理措施控制金屬材料熱處理變形，從而提高工藝材料熱處理操作工藝的使用質量。

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