金屬材料熱處理變形的影響因素與控制探討

摘 要：金屬材料經過熱處理技術后，可有效改善材料的性能，也是獲得各類優良性能金屬材料的重要方式之一。熱處理主要是通過加熱和冷卻等相應的方法，讓金屬的內部結構和組織發生變化，從而達到材料性能的改善，在這個處理過程中，材料性能會發生變化，而且形狀也會出現變化。金屬材料熱處理變形會直接對工件的壽命、強度以及精度等產生影響，所以在進行處理的過程中，需盡量減少工件的變形幾率。本文主要對金屬材料熱處理變形控制的影響因素進行了分析，并提出了降低變形量的有效措施。

關鍵詞：金屬材料；熱處理變形；影響因素；控制

前言

金屬材料性能的改良可通過熱處理技術來進行處理，但在實際運用熱處理技術的過程中，也會出現金屬材料變形等情況。溫度變形與機械加工之間即是共存關系，又是需要去避免的。所以，在對金屬材料進行熱處理的過程中，需要運用相應有效的方式來控制其變形，讓變形的概率保持在最小的范圍中。

1.金屬材料熱處理中出現變形的原因

隨著工業的不斷發展和進步，金屬材料在整體應用范圍上不斷擴大。因我國制造業在發展中持續進步，對種類不同的金屬構件做合理加工已成為行業發展的趨勢之一。我國在建筑、汽車、輪船等領域，也在不斷的提高自身產品的質量和生產能力，相應的，對金屬部件進行熱處理的過程中，提高了整體要求和標準，在管理方面也逐步完善。金屬部件在進行熱處理的過程中，容易出現的變形主要有以下兩種。

1.1內應力塑性變形

金屬在進行熱處理過程中，會因加熱和冷卻出現的不均勻情況，造成工件構件發生變形，在這個過程中，產生了一定的內應力。在塑性條件下，出現了塑性變形。由于部件的內層和外層的加熱速度與冷卻速度是不同的，所以不同位置的溫度數值并不一致，出現了不同程度的熱脹冷縮，這就是熱應力塑性變形。

1.2比容變形

金屬材料在進行熱處理過程中，不同相的比容存在一定的差異，在出現相變時，出現的體積變化以及尺寸變化都是比容變形。比容變形通常僅和奧氏體中的碳元素和合金元素的含量相關，和處于游離狀態的碳元素、鐵素體含量以及比容變化的差值相關。

2.金屬材料熱處理變形的影響因素

金屬材料熱處理技術，在金屬材料的加工中是十分重要的工序之一，熱處理技術在不改變金屬材料的化學成分基礎上，對材料內部中的顯微組織進行改變，從而讓材料達到使用所需的性能，提高了金屬材料的質量，改善了其性能。然而，金屬材料在進行熱處理的過程中，很容易出現變形的情況，影響了材料的整體加工質量，而出現這種變形的主要影響因素主要有以下幾個方面。

2.1受溫度的影響

溫度是金屬材料熱處理變形的關鍵影響因素，因溫度導致變形的主要原因如下：當熱處理工藝的溫度降低到一定程度時，被處理的金屬材料的高溫強度損失會隨著溫度的下降而逐步減少，熱應力及組織應力也會隨之降低，由此容易造成金屬材料變形。

2.2受淬火介質的影響

熱處理工藝中選用的淬火介質對金屬材料的變形有著較大的影響，相關研究結果表明，淬火介質的質量對金屬材料淬火的穩定性具有一定影響，同時介質的攪拌方式、攪拌速度也會對金屬材料的變形有所影響。

2.3受預處理的影響

對金屬材料進行熱處理之前，一般都需要進行預處理，這道工序的主要作用在于徹底消除應力。通常情況下，預處理采用的都是正火處理方式，受場地的限制，正火過程的冷卻多數都為堆冷，由此容易導致加熱爐內的金屬材料冷卻不均勻，進而造成組織不均，當這樣的金屬材料進行熱處理時，變形則會不一致。此外，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。

3.減少金屬材料熱處理變形的措施

3.1 科學的應用淬火工藝

淬火工藝是金屬材料熱處理工作中最核心的步驟，而且具有極為重要的作用，假如使用的淬火介質不合理的話，就會造成金屬材料內部應力的變化失調，最終造成材料的結構與形狀受到影響。因此必須在進行金屬材料熱處理的過程中，盡可能的減少淬火階段可能出現的失誤，這就要求相關工作人員必須積極的進行淬火工藝的改革和創新。在進行金屬材料淬火冷卻的過程中，必須科學合理的調節冷卻的速度，才能確保金屬材料在淬火的過程中，降低材料變形量的增加。水和油是較為常用的淬火介質。為了確保冷卻的效果以及淬火速度，一般情況下水溫應該控制在55 ～ 65℃。如果使用油作為淬火介質的話，油溫一般在 60 ～ 80℃，必須提高淬火的速度，才能確保最終的冷卻效果。科學合理的進行金屬材料淬火介質和速度的選擇應用，不僅可以有效的降低金屬熱處理對材料內部應力造成的影響，同時也有效控制了金屬材料的變形量。

3.2科學的選擇冷卻方式

現階段金屬材料熱處理的冷卻方法包含了雙液淬火、單液淬火等多種方式，雙液淬火通過將金屬材料放入到冷卻速度較快的介質當中，將其在短時間內迅速降低到 300℃左右，然后在轉入冷卻速度較低的介質中進行冷卻。單液淬火在單一介質中進行降溫冷卻處理，其能提升淬火工作效率，但難以實現對淬火速度科學控制。根據不同的熱處理要求，實現對淬火冷卻方法的科學選擇，能夠提升冷卻工作的質量與水平。

3.3科學的選擇裝夾方式和夾具

在加熱、冷卻過程中裝夾方式的不同，加工件形狀受到的影響也就不同。必須根據零件的實際情況進行裝夾方式和夾具的選擇，才能降低因為熱應力的不均勻所造成的工件變形。而且在實際應用的過程中可以根據應用的要求和特點對裝夾的方式進行改變。

4.小結

綜上所述，將金屬材料和熱處理工藝的關系把握好，才更利于增強金屬加工零部件的整體水平，提升工件質量，從而推動工藝生產加工效率。隨著社會的進步，生產水平的提高，金屬材料市場的應用價值也在不斷增強，熱處理技術與金屬材料兩者間的關系也越發受到關注，而市場技術的競爭關鍵也在于兩者是否進行有效的結合，因此減少金屬材料熱處理變形是非常重要且必要的。

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作者簡介：

張焰（1972-，男（漢）籍貫：重慶市合川區，初級職稱，學歷：專科，研究方向：金屬材料方向.