金屬材料熱處理變形的影響因素與控制策略

張發海

（江蘇安全技術職業學院，徐州 221011）

金屬材料熱處理主要是在進行原料加工時使用，從而提高金屬材料的性能，確保金屬材料能夠最大化利用，滿足人們對金屬材料的需求。不過，金屬材料熱處理過程中經常會出現變形的情況，當金屬材料熱處理出現變形時，材料的有關功能效果也會發生一定的不利影響。因此，探究金屬材料熱處理變形的影響因素與控制策略有重要現實意義。

1 金屬材料熱處理變形的影響因素

1.1 時效與冷處理

金屬材料熱處理時會有低溫回火的情況，低溫回火與時效會造成兩種金屬變形的情況，分別為馬氏體分解和碳化物析出，使金屬材料的體積減小，出現變形大的情況；還有應力松弛影響，這種情況會造成金屬材料出現畸形的狀態。其中，冷處理的方式會造成殘存金屬材料中的奧氏體逐步轉變為馬氏體，使金屬材料體積發生變化，最終出現變形。

1.2 原始組織與應力狀態

金屬材料在淬火前會受到有關聯的原始組織的影響，最常見的是碳化物的數量、碳化物的形態、合金元素產生的纖維方向等，都會帶來一定影響。經過行之有效的調質處理，可以縮減其對金屬材料熱處理時的變形情況，使金屬材料的淬火變形有一定的規律性，最終可以控制金屬材料的熱處理變形。

還有一種化學熱處理方式，主要作用是改善金屬材料表層的一些性能，使金屬材料發揮更好的效果。如化學熱處理可以提升金屬材料表層抗氧化功能、耐磨性能等。但需要注意的是，化學熱處理的深度在一定范圍內，如果保證實現滲透層，在進行化學熱處理后，就要進行磨削加工[1]。通常情況下，金屬材料性能較差，化學熱處理過程中出現的變形情況相對難處理。

2 金屬材料熱處理變形的控制策略

金屬材料在進行熱處理時，通常會出現各種情況的變形，使金屬材料的加工會出現諸多不利影響。當今社會的金屬材料熱處理應用要求較高，要想適應社會發展趨勢，就需要不斷深化改革創新，通過使用先進的科學技術手段以及取得成功的經驗等加以支持，最終實現合理控制金屬材料熱處理變形問題。當前，如何控制金屬材料熱處理變形，筆者有以下幾種見解。

2.1 熱處理前進行預處理

實際上，金屬材料出現變形并不單單是熱處理時才會出現，其他工藝如正火、退火等都會造成金屬變形。在進行金屬材料熱處理時，由于正火中溫度較高，容易造成金屬材料的內部組織變形，因此，可以先進行預處理，控制溫度的正火處理最適當。做好正火處理工作后，可適當選擇相同溫度的淬火處理方式，加強金屬內部結構均勻性，實現控制變形目標。除此之外，還刻意通過打開退火工藝，根據金屬材料自身組織特征，選擇適當的退火工藝。退火工藝的應用能夠降低金屬材料受溫梯度的影響，在金屬材料在處理期間控制其變形，這種方式還能對金屬材料的熱處理質量水平提供保障。

2.2 淬火處理工藝

金屬熱處理中較重要的一項環節就是淬火處理工藝，在這一過程中如果引入淬火介質不適合，會造成金屬材料內部應力增加，進而造成內部應力變形。要想處理淬火處理中出現的問題，就需要技術人員充分重視淬火處理工藝，并從現有工藝出發，進行適當的淬火處理工藝。通常情況下，金屬材料淬火冷卻過程中，要合理控制淬火速度，當淬火速度過快將會造成冷卻不均勻，金屬材料也容易變形。淬火常用的介質為水油，當水溫在500～600℃時，冷卻速度可以在每秒550℃，當水溫在200～300℃時，冷卻速度可以選擇每秒約270℃。這一過程中金屬材料會出現馬氏體轉變，當冷卻速度較高時，會造成金屬材料變形。當在水中加入相當量的堿或鹽時，冷卻速度將會迅速提升，比如，上述的水溫在500～600℃時，冷卻速度可以在每秒550℃迅速變化為每秒1100℃[2]。因此，水、鹽水以及堿水在碳鋼淬火冷卻時作為介質的情況較多，但也可能會出現變形和開裂的狀況。

2.3 適當的冷卻方式

最常見的冷卻方式有分級淬火法、單液淬火法和雙液淬火法等，其中，單液淬火法容易實現自動化，卻難以滿足淬火冷卻速度需要，容易出現變形；雙液淬火法是將金屬材料加熱，在冷卻到速度較高的介質中，直到溫度在300℃左右，再迅速轉至另一種介質中，使金屬材料溫度達到常溫狀態。分級淬火法主要將受熱的金屬材料置于溫度較高的硝煙浴中，保溫處理3min左右，直到金屬材料室內外溫度統一[3]。

2.4 零件結構合理配置

金屬材料熱處理和冷卻時，還會受到零件結構影響，進而產生變形的情況。金屬材料較厚的地方冷得慢，薄處冷得快，在實際生產中要減少薄厚差異，盡可能控制過渡區域內應力集中產生的變形情況。當金屬材料出現開裂狀況時，要采取措施確保零件截面的均勻分布，科學控制冷卻速度不均勻而造成的變形。零部件和材料組織成分要呈現對稱性，才能更好地確保應力的均勻性。因此，在設計零部件時，要避免有溝槽及棱角出現，造成薄厚不均勻的情況。

2.5 裝夾方式要合理

控制金屬材料熱處理變形情況，要保證金屬材料加熱和冷卻時都能達到均勻或誤差在允許范圍內的狀態，保證金屬應力均勻，產生均勻的組織應力。可以通過使用裝夾方式夾具，運用墊圈、支撐墊圈等確保應力均勻。

2.6 機械加工要重視

金屬材料進行熱處理后，就需要開展機械加工，加工過程中要遵循金屬材料變形規律，采用收縮端預脹孔、反變形等方式控制金屬材料的變形，緊接著進入加工制造的最后階段。此時，要注意熱處理變形有一定的規定值，在加工處理前對工序尺寸進行檢測和修正，提升金屬材料熱處理效率。

3 結語

通過探討金屬材料熱處理變形影響因素和控制策略，能夠科學有效地解決金屬材料加工企業進行熱處理時出現的變形情況，保證熱處理工藝的具體運用。金屬材料熱處理相關工作人員，要繼續不斷探究，根據實踐經歷總結經驗，對金屬材料熱處理變形的影響因素有全面的認識，并遵循科學原則，結合當下技術工藝發展狀況，探索出更好地處理金屬材料熱處理變形問題的方法，從而促進金屬材料熱處理工作高效進行。