金屬材料熱處理變形的影響因素與控制

劉旭升

（商洛學(xué)院，陜西 商洛 726000）

金屬?gòu)?fù)合材料與傳統(tǒng)金屬材料相比，有著明顯的優(yōu)勢(shì)，如質(zhì)量輕、抗壓能力強(qiáng)、延展性好等，相信機(jī)械制造行業(yè)中將大范圍普及金屬?gòu)?fù)合材料，因此復(fù)合材料已經(jīng)逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單一金屬材料被更廣泛的應(yīng)用于機(jī)械制造中。金屬材料熱處理，本質(zhì)上就是加工金屬材料的工藝，經(jīng)過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)熱處理，提高金屬材料的各項(xiàng)性能，通過(guò)熱處理的金屬材料制作成的機(jī)械設(shè)備，可以強(qiáng)化抗磨損性能，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。但金屬材料熱處理過(guò)程中容易出現(xiàn)變形問(wèn)題，變形嚴(yán)重時(shí)直接造成材料開(kāi)裂，影響到材料質(zhì)量，文章就此展開(kāi)論述。

1 金屬材料熱處理變形的主要因素

機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)中零部件作為主要組成部分，直接影響到設(shè)備制造質(zhì)量。零件設(shè)計(jì)、選材時(shí)要考慮綜合性能，這對(duì)產(chǎn)品熱處理提出更高要求。金屬材料熱處理時(shí)型變?yōu)檩^為常見(jiàn)，也是處理過(guò)程中較難克服的問(wèn)題。造成金屬材料熱處理變形的問(wèn)題可以分成兩點(diǎn)。

（1）內(nèi)應(yīng)力塑性變形原因。金屬材料部件熱處理時(shí)，需要經(jīng)過(guò)加熱、保溫及冷卻三個(gè)階段。加熱與冷卻過(guò)程中容易出現(xiàn)不均勻的情況，金屬材料固態(tài)相變不同時(shí)，使得材料內(nèi)部出現(xiàn)一定內(nèi)應(yīng)力。受到內(nèi)應(yīng)力作用影響，金屬工件產(chǎn)生塑性變形。實(shí)際中依據(jù)應(yīng)力原因分成熱應(yīng)力塑性與組織應(yīng)力變形兩種。前者主要集中在加熱與冷卻環(huán)節(jié)中，后者熱處理時(shí)內(nèi)部相變時(shí)間差異造成的。

（2）熱處理比容變形原因。金屬材料構(gòu)件熱處理時(shí)，受到金屬內(nèi)部組織相不同，相變時(shí)容易出現(xiàn)體積、尺寸等微小變形。比容變形與很多因素存在關(guān)系，如材料內(nèi)部含碳量、鐵素體含量等。對(duì)比比容變形與內(nèi)應(yīng)力變形，呈現(xiàn)出變形方向不確定性。通常組織結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出均勻的，不同方向上的比容變形相同。此時(shí)，材料比容變形和熱處理次數(shù)及工藝之間并不存在明顯關(guān)聯(lián)。

2 金屬材料熱處理技術(shù)操作基本原則

金屬材料熱處理過(guò)程中遵循基本原則，減少熱處理變形發(fā)生的可能，為類似研究提供借鑒。

（1）操作科學(xué)合理原則。金屬材料構(gòu)件熱處理時(shí)，要保證熱處理操作的科學(xué)性，選擇合適的熱處理工藝，依據(jù)金屬材料屬性并對(duì)其全面檢測(cè)，獲得詳細(xì)、準(zhǔn)確的金屬材料各項(xiàng)指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上制定完善的工藝標(biāo)準(zhǔn)與流程，因此熱處理要保證技術(shù)支持，全面監(jiān)督技術(shù)流程，保證熱處理工藝的規(guī)范性與科學(xué)性，實(shí)現(xiàn)控制熱處理形變的目的。

（2）良好生產(chǎn)環(huán)境原則。保證加工生產(chǎn)質(zhì)量的原則之一就是良好生產(chǎn)環(huán)境，進(jìn)行機(jī)械生產(chǎn)的工廠通常設(shè)置在城郊附近，這樣不會(huì)影響到城市生態(tài)環(huán)境。只有消除環(huán)境因素的影響才能控制熱處理變形控制，減少材料熱處理過(guò)程中出現(xiàn)變形的可能。同時(shí)，提升工廠硬件水平，發(fā)揮先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，降低材料熱處理難度，促進(jìn)生產(chǎn)水平提升。

（3）熟練操作基本原則。通過(guò)提升操作人員技術(shù)水平的方式提高加工生產(chǎn)水平，同時(shí)引入先進(jìn)生產(chǎn)設(shè)備，并組織技術(shù)人員定期參與培訓(xùn)。提升技術(shù)人員操作水平，可以幫助技術(shù)人員了解金屬材料的各項(xiàng)性能指標(biāo)，并選擇合適的熱處理工藝，對(duì)熱處理工藝流程進(jìn)行規(guī)范與優(yōu)化，提升金屬材料構(gòu)件生產(chǎn)質(zhì)量，降低熱處理形變的可能。

3 控制金屬材料熱處理變形的具體措施

金屬材料和熱處理工藝較為復(fù)雜，要求操作者全面分析金屬材料與熱處理工藝，并合理運(yùn)用熱處理工藝，控制材料熱處理中的應(yīng)力，避免影響到金屬構(gòu)件質(zhì)量，夯實(shí)機(jī)械設(shè)備的基礎(chǔ)。

（1）預(yù)處理環(huán)節(jié)質(zhì)量控制。金屬材料構(gòu)件通過(guò)正火處理后，可以提升材料均勻性與結(jié)構(gòu)完整性，這樣可以最大程度減少熱處理引發(fā)的內(nèi)應(yīng)力，最大程度減少材料變形的可能。實(shí)際材料加工時(shí)，通過(guò)退火處理的方法減少材料熱處理過(guò)程中可能的變形，達(dá)成優(yōu)化熱處理工藝效果，促進(jìn)金屬材料熱處理工藝效果的提升。

（2）淬火環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制。金屬材料熱處理環(huán)節(jié)的核心內(nèi)容就是淬火工藝及選擇，直接影響到整個(gè)材料熱處理的效果。如果淬火環(huán)節(jié)選擇的淬火介質(zhì)不合理，會(huì)造成實(shí)際淬火時(shí)材料內(nèi)部應(yīng)力出現(xiàn)異常性改變，進(jìn)而影響到材料的結(jié)構(gòu)與形狀。材料熱處理過(guò)程中，控制各個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量，避免操作失誤的出現(xiàn)，要求技術(shù)人員及時(shí)創(chuàng)新與革新。此外，材料淬火過(guò)程中要對(duì)冷卻速度進(jìn)行調(diào)整，保證淬火時(shí)材料變形量不會(huì)大幅度增加。同時(shí)，常用的淬火介質(zhì)種類較多，主要包括水和油。在使用水油進(jìn)行淬火時(shí)，當(dāng)水油的溫度在450℃～550℃之間時(shí)，其冷卻速度為500℃/s，當(dāng)水油的溫度降低到250℃～350℃時(shí)，其冷卻速度為280℃/s。使用鹽水作為淬火介質(zhì)，會(huì)讓冷卻速度提升，通常鹽水的冷卻速度是水油的2倍，使用鹽水作為淬火介質(zhì)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)金屬材料對(duì)冷卻速度的要求，合理的控制淬火介質(zhì)的溫度，進(jìn)而避免因冷卻速度過(guò)快造成的金屬材料變形。

（3）選擇合適的冷卻方法。在對(duì)不同金屬材料使用熱處理工藝時(shí)，應(yīng)該根據(jù)金屬材料的不同屬性，選擇更加適合的淬火方法，淬火方法較為常見(jiàn)的有單液淬火法和雙液淬火法。而使用雙液淬火法是利用冷卻速度較高的淬火介質(zhì)進(jìn)行金屬材料的冷卻，當(dāng)金屬材料達(dá)到350℃左右時(shí)，在放入另一種冷卻速度較慢的淬火介質(zhì)，最終讓金屬材料達(dá)到常溫。使用雙液淬火法可以更加準(zhǔn)確的控制金屬材料的冷卻速度，進(jìn)而避免冷卻速度過(guò)快造成的變形問(wèn)題。

（4）熱處理其他注意事項(xiàng)。加熱和冷卻過(guò)程中的不同方式對(duì)工件的形狀有不同的影響。根據(jù)工件的實(shí)際情況，選擇夾緊方式和夾具類別，以減少工件由于熱應(yīng)力不均勻變形。另外，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，根據(jù)應(yīng)用要求和夾緊方式的特點(diǎn)已經(jīng)改變。如果在熱處理過(guò)程中處理金屬材料，則必須在熱處理之前留在加工過(guò)程中，以確保熱處理期間材料變形量足夠。熱處理完成后，工件必須根據(jù)其實(shí)際變形規(guī)律進(jìn)行加工，以促進(jìn)材料變形率的進(jìn)一步提高。同時(shí)，在熱處理過(guò)程中，變形值必須滿足工件的要求和要求，并根據(jù)實(shí)際變形來(lái)確定工藝的尺寸。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，機(jī)械加工企業(yè)通過(guò)熱處理方式提高金屬材料性能，熱處理過(guò)程中需要控制各個(gè)環(huán)節(jié)，減少熱處理變形發(fā)生的概率，降低機(jī)械設(shè)備生產(chǎn)成本，提升企業(yè)生產(chǎn)效益，推動(dòng)機(jī)械企業(yè)快速發(fā)展。同時(shí)，通過(guò)熱處理方式，可以顯著提升材料各方面性能，一定程度拓寬設(shè)備使用范圍并延長(zhǎng)使用壽命，具有推廣價(jià)值。