金屬材料熱處理變形的影響因素分析及應對

沙慧麗

（濟寧市技師學院，山東 濟寧 272000）

隨著社會的快速發展，工業生產中對金屬產品的質量提出了新的要求，而金屬材料熱處理技術的運用，可以有效提升金屬材料的穩定性，也可以強化材料的性能，所以對金屬材料熱處理變形影響因素的分析至關重要，只有明確影響因素才能更好地規避金屬材料熱處理中存在的問題，進而提升金屬材料的使用效率，推動金屬加工制造業的可持續發展。

1 金屬材料熱處理的概述

1.1 金屬材料熱處理的概述

所謂金屬材料熱處理，就是將金屬材料通過一定的速度加熱，達到預定溫度之后進入保溫狀態，之后進行預定冷卻處理，屬于一種綜合性的制造工藝，通過這種工藝來讓金屬材料達到預期的組織與性能。金屬熱處理是現代加工制造業中比較常見的一種工藝方式，這種方式相對于其他金屬加工工藝來講，可以保障處理過程中，金屬工件外在的形狀與整體的化學成分不發生轉變，通過對內部顯微組織的改變，來改善金屬工件在使用上的性能。這種工藝的特點是對金屬工件的內在質量做出改變，并非肉眼可以看出來的外在改變。通過金屬材料熱處理的方式，可以讓金屬工件達到力學、物理學等在性能上的要求。比如鋼材材料，鋼鐵自身的顯微組織相對較為復雜，所以通常會使用熱處理工藝來對其控制與處理，采用熱處理的方式來轉變鋼鐵材質的性能，并賦予不同的使用性能。

1.2 金屬材料熱處理的工藝

金屬材料熱處理工藝在實際使用中通常有三個環節，分別是加熱、保溫以及冷卻，在部分加工中也會使用加熱與冷卻兩個環節，這些過程之間是相互銜接來作業的。首先就是加熱，在實際金屬熱處理的加熱環節中，進行加熱的方式也經過不斷演變與更新，比如早期通常會使用煤炭、木炭的形式來加熱，后期使用液體或者氣體燃料加熱，也有使用電力加熱的，電力相對來講更容易控制，而且不會造成環境污染的問題，加熱可以直接進行，也可以采用熔融的鹽、金，通過浮動粒子的方式來間接加熱，在加熱過程中，金屬工件直接暴露在空氣之中，所以容易出現氧化、脫碳等現象，這也就無法保障熱處理之后金屬工件的性能，通常在金屬材料熱處理的環節中，會使用可控氣氛、真空、熔融鹽等來加熱，對加熱溫度的控制是對金屬工件性能與質量提供保障的重要方式。

金屬材料性能的轉變需要一定的時間，由此，在針對金屬工件加熱達到預定的溫度之后，還應該做好保溫，保障內外溫度之間保持一致，這樣才能讓顯微組織發生轉變。但運用高能密度加熱或者是表面熱處理的時候，加熱的速度相對較快，所以通常沒有保溫的時間，但在化學熱處理的時候，預定的保溫時間就會相對較長，具體的保溫時間需要根據金屬材料熱處理的目的來進行選擇。最后一個環節就是冷卻的工藝，在實際金屬材料熱處理過程中的冷卻工藝也有明顯的不同，這種不同主要是從冷卻速度控制方面體現。通常來講退火的冷卻速度相對較為緩慢，正火的時候冷卻的速度就相對加快，如果是淬火的冷卻速度就會更快，但也會因為金屬材料熱處理的材料、目的等方面的不同要求來進行選擇，比如空硬鋼在進行冷卻工藝的時候，通常就會使用正火一樣的冷卻速度，以此來進行淬硬。

2 金屬材料熱處理變形的影響因素

在金屬材料熱處理實際操作的過程中，熱處理變形的表現形式有很多，比如：體積或者尺寸上的變形，形狀上的變形等等，主要出現變形的原因有內應力與比容變形兩種，其中內應力變形主要是金屬材料受到不同的因素導致內部組織出現不均勻而產生的變化，而比容變形就是材料自身結構具有多樣化特點，組織比容也都不同，通過對金屬材料的熱處理工藝，受到溫度的影響，就容易造成外形發生改變。造成金屬材料熱處理變形的因素有很多，以下對其進行簡單的分析。

2.1 金屬材料成分造成變形

在針對金屬材料進行熱加工處理的過程中，金屬材料自身的內在成分會造成熱處理過程發生變形，比如：在淬火階段，金屬材料內部成分會發生轉變，這也就容易導致其中存在的碳化物出現析出的現象，由于碳化物的因素，造成金屬材料整體的體積出現減少，也會影響到金屬材料在使用上的強度變化，進而出現變形的問題，這種情況較為常見。同時，在對金屬材料進行熱處理的過程中，對金屬材料的抗氧性也會起到增強的效果，但在加熱過程中熱處理的工藝使用也容易影響金屬材料的應力變化，如果金屬材料自身的應力要明顯高于金屬材料的屈服強度，金屬材料變形也就成為必然的現象了。

2.2 機械加工因素造成變形

在對金屬材料進行加工的過程中，機械加工不可避免，但機械加工的過程也容易造成金屬材料的變形現象，比如針對細長類的金屬部件進行加工的時候，切削量就會直接影響到金屬的應力，造成在淬火的過程中金屬材料出現變形現象。而且熱處理工藝的過程中，機械場地也會影響到金屬材料的變形現象，比如：冷卻的過程中，就容易出現材料堆冷現象，影響加熱爐內金屬材料的冷卻效果等等。人員對機械的操作也容易造成金屬材料的變形情況，比如違規操作、操作失誤等現象就會直接影響到熱處理的效果，進而導致金屬材料出現變形的現象。

2.3 溫度把控因素造成變形

金屬材料在開展熱處理的過程中，對溫度的把控有著較為嚴格的要求，如果溫度控制出現問題，就會直接造成金屬材料加工變形，嚴重的會導致金屬材料開裂的問題。比如，在實際施工的過程中，沒有按照相關規定來對溫度測量，直接按照經驗來開展金屬材料的熱處理工作，就會導致金屬材料經過熱處理后直接出現報廢的問題。同時，金屬熱處理的環節中，有低溫回火的過程，這個過程中就應該對溫度作出嚴格的把控，嚴格關注低溫回火的時效性，都在就會直接造成金屬材料的變形，也不利于金屬材料的質量。

3 金屬材料熱處理變形應對原則

金屬材料熱處理在工業制造業中較為常見，為了更好地規避金屬材料熱處理中出現的變形現象，應該嚴格按照相應原則進行操作，以此來保障金屬材料熱處理的科學性與有效性。

3.1 操作規范性

在金屬材料熱處理作業中，需要嚴格按照工藝的操作規范開展，從規范性操作的角度來規避熱處理過程中出現的變形現象。在金屬材料進行熱處理的時候，人員的違規操作、按照經驗操作、失誤操作等等，都會直接影響到金屬材料熱處理的效果，所以，應該以規范化的操作標準來約束操作人員的行為，根據金屬材料特點與熱處理的目的，來科學地選擇適合的熱處理技術，以此來降低在熱處理過程中金屬材料出現變形的風險。同時，在應該嚴格按照規章制度進行操作，在對金屬材料進行熱處理之前需要做好對金屬材料的測評工作，嚴格按照檢測數據來制定相應的熱處理方式，通過規范化的操作流程與科學化的操作方式，來對金屬材料熱處理方案優化，以此來保障金屬材料在熱處理環節中的性能與質量。此外，還應該在工作中結合實際經驗，來對現有制度、操作流程優化與更新，對工作中的操作細節嚴格把控管理，以此來保障操作的規范性。更應該以專門的監督部門來開展監督，保障在實際作業的環節中，熱處理工作人員可以嚴格按照操作細則與流程來開展規范操作。

3.2 環境安全性

在針對金屬材料開展熱處理的過程中，也需保障操作環境的安全性與環保性，由于機械制造業自身會造成噪音、廢氣等方面的污染，所以在城市布局規劃中，這種機械制造業通常位于城市的邊緣或者遠郊地段，這也就在一定程度上對城市居民生活環境起到了保護的效果，避免污染源對居民的危害。同時這種城市布局也會讓機械加工擁有更為良好的生產環境，保障金屬材料熱處理工藝效果，更可以規避環境因素造成的金屬材料熱處理過程中出現的變形。環境安全性與環保型是保障金屬材料熱處理的前提，所以機械制造業在進行選址的過程中也應該充分遵循這一原則。

3.3 人員專業性

人員專業性是保障金屬材料熱處理的基礎，由于人員是開展熱處理工藝的重要人員，如果單一通過自身的經驗來開展熱處理作業，無法對金屬材料熱處理的工藝質量提供保障。同時，現階段的機械制造業快速發展，工藝更新換代的速度更是不斷加快，這也對金屬材料熱處理的操作人員提出了全新的要求，需要通過對操作人員的培訓，來保障其規范性、專業性的操作，并確保技術的與時俱進。此外，還應針對相關工作人員進行金屬材質方面的培訓，讓其可以對不同的金屬材料進行清晰地了解，才能更好地開展金屬材料的熱處理作業，從根本上保障金屬材料熱處理的質量。

4 金屬材料熱處理變形應對措施

4.1 做好熱處理的準備工作

在金屬材料的熱處理過程中，應該在準備階段做好嚴格的把控，打好提前量來規避變形的情況，這就需要重視預處理環節的工作，保障金屬材料熱處理過程中分子結構的改善，通過熱處理的方式來均勻的改善金屬材料的使用性能。針對金屬材料做好測評工作，針對不同金屬材料的性質做好處理方案，規避金屬材料受到自身內在成分因素所造成的變形現象。在實際操作的過程中，相關的技術人員應該嚴格按照不同金屬材料的操作標準，對熱處理工藝科學的選擇，并在前期的準備階段，來規避溫度與工藝對金屬材料所產生的變形影響，最大程度地降低發生變形的概率，為金屬材料的熱處理奠定良好基礎。

4.2 對工藝環節做好嚴格把控

針對金屬材料熱處理技術來講，對工藝環節做好嚴格的把控，可以從根本上降低金屬材料出現變形的問題。首先就是嚴格把控淬火的環節，其可以直接影響到金屬材料的質量變化，這就需要技術人員學習先進的熱處理技術，并將其運用到實際操作中，通過對先進的理念來對淬火環節優化，不斷降低金屬材料在熱處理過程中出現的變形。現階段，在金屬材料熱處理過程中較為常見的淬火介質就是水與油，在實際淬火的環節中，需要工作人員對溫度做好嚴格的控制，將水與油的溫度做好嚴格把控，保障水的溫度在55℃～65℃之間，而油的溫度控制在60℃到80℃之間，只有對其進行嚴格的控制，才能充分保障在熱處理過程中，金屬材料可以均勻受熱，這也為后續的工序提供了保障，實現對金屬材料性能的提升。

其次就是從冷卻的環節做好把控，由于金屬材料的種類不同，所選擇的冷卻方式也會出現不同，所以在金屬材料冷卻環節過程中，應該針對不同金屬材料的情況，對冷卻方式作出科學的選擇。這就需要相關的技術人員對金屬材料充分的了解與掌握，明確不同金屬材料所需要的不同淬火技術，比如常見的單介質淬火、分級淬火等等，由于不同的淬火技術所涵蓋的冷卻技術是不同的，而不同的冷卻技術均由不同的優缺點，比如：單介質淬火優勢在于自動化的水平相對較高，在工藝實施的時候，整體的效果較為明顯，但實施的過程中，在冷卻速度方面存在劣勢，難以對速度作出有效地控制與管理。比如分級淬火技術的運用，有點在于可以對盈利進行降低，更好地對金屬材料的結構完整性提供保障，但劣勢在于需要借助堿液、鹽液等，所以這一技術的成本相對較高。所以在對冷卻方式進行選擇的時候，應該充分結合金屬材料的特點來科學選擇，進而規避金屬材料在熱處理中出現的變形。

4.3 有效運用機械化加工技術

針對不同的金屬材料開展熱處理作業，作業的流程有著固定性的順序，由于不同金屬材料的性質存在差異，所以針對不同金屬材料的熱處理作業方面，也應該對流程與工序進行差異化的對待。熱處理是金屬材料進行加工中的關鍵環節，但金屬材料自身的特殊性，導致機械加工的工序對金屬材料的處理效果產生影響。所以在機械加工的過程中，應該做好對余量的處理，通過對變形范圍來對工序做好研究，比如：經過熱處理后的金屬材料，變形程度超出了預定的范圍，就需要針對變形的因素做好分析，并及時采取相應的處理措施進行解決，這也為后續熱處理的開展提供的借鑒。同時，針對金屬材料熱處理的過程中，也應該對零件結構做到科學的配置，重點關注金屬零件的結構，嚴格按照生產的標準，來對金屬材料控制。在實際加工生產的環節中，更應該避免出現應力集中的問題，以此來規避零件變形的情況。在冷卻速度方面，還應該對金屬零件的對稱性保障，從設計階段入手，來規避溝槽等的出現。在材料的交界處進行選擇上，需要更應該從設計的角度來保障對零件結構科學的配置，從而達到對熱處理過程中，金屬材料變形問題的有效控制。

5 結語

在對金屬材料進行熱處理的過程中，會受到諸多因素的影響，導致金屬材料出現變形的現象，面對這一問題，應該從準備階段、工藝環節以及機械加工技術幾個角度做好嚴格的控制。并不斷提升相關技術人員的專業性，從人員操作的角度提高重視，進而達到對金屬材料熱處理全過程的高效控制，規避熱處理過程中出現金屬材料變形的概率，保障加工過程中零件的質量與性能，為金屬加工制造業的發展提供良好的保障與支撐，更好地推動金屬加工制造業的全面發展。