金屬材料熱處理變形的影響因素與控制

婁振洋

（青海高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院，青海 海東 810799）

在實(shí)際情況中，通過(guò)熱處理使得金屬材料性能得到改變，也正是利用這一點(diǎn)，金屬材料性能的改變也可以通過(guò)熱處理技術(shù)來(lái)進(jìn)行[1]。溫度變形、機(jī)械加工二者之間既是共存關(guān)系，同時(shí)在很多情況下也需要避免的。由此看來(lái)，掌控好其中的尺度和范圍，在金屬材料熱處理過(guò)程中也非常關(guān)鍵。

時(shí)下，在工業(yè)制造領(lǐng)域的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高的同時(shí)，對(duì)金屬部件進(jìn)行熱處理的過(guò)程中，金屬部件的制造和生產(chǎn)技術(shù)方面也有了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)，在生產(chǎn)技術(shù)管理方面也有了進(jìn)一步向前發(fā)展的趨勢(shì)[2]。

我國(guó)工業(yè)不斷飛速發(fā)展和進(jìn)步，制造業(yè)也取得了持續(xù)的推進(jìn)和發(fā)展。金屬材料的應(yīng)用范圍也涉及深入到了各個(gè)領(lǐng)域，根據(jù)不同種類(lèi)的金屬材料構(gòu)件，通過(guò)某種合理的方式進(jìn)行加工處理，促使其形態(tài)發(fā)生改變，已經(jīng)成為了整體發(fā)展變化中的一個(gè)較為火熱的勢(shì)頭[3]。

1 金屬材料熱處理后的變形分類(lèi)

金屬材料部件在進(jìn)行熱處理工藝時(shí)，絕大多數(shù)的情況下會(huì)出現(xiàn)以下兩種變形。

（1）內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的塑性變形。根據(jù)金屬材料內(nèi)外層兩邊受熱速度、冷卻速度的不相統(tǒng)一，在金屬材料的不同位置，隨著溫度數(shù)值的變化，就會(huì)發(fā)生受熱冷卻的不均勻現(xiàn)象。金屬材料部件就會(huì)有不同程度的熱脹冷縮，這就是熱應(yīng)力塑性變形。

（2）比容變形。大量的研究實(shí)驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)金屬材料部件的比容變形，這種變形與奧氏體中的碳元素、合金元素的含量多少有著十分密切的關(guān)系，同時(shí)還與處于游離狀態(tài)下的碳元素、鐵素體含量以及比容變化的差值大小密切相關(guān)。比容變形方向性并不明確，由于鋼的組織結(jié)構(gòu)較為均勻，在對(duì)鋼進(jìn)行熱處理的過(guò)程中，其比容變形在不同的方向上的表現(xiàn)是相同的。金屬材料通過(guò)熱處理，不同相的比容會(huì)或多或少的存在著一些差異，出現(xiàn)變相后金屬材料的體積大小、尺寸大小就會(huì)自然而然的發(fā)生變化，這些都屬于比容變形。

2 金屬材料熱處理變形的影響因素

值得一提的是，金屬材料熱處理過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致材料的整體加工受到影響，而出現(xiàn)金屬材料變形的主要影響因素主要有以下幾個(gè)方面。

（1）溫度變化是關(guān)鍵因素。金屬材料都有自己的受熱溫度的臨界點(diǎn)，經(jīng)過(guò)熱處理的金屬材料，高溫強(qiáng)度下的損失，會(huì)伴隨著熱處理的溫度下降而逐漸緩慢減少，特別是當(dāng)熱處理的溫度下降到一定溫度臨界點(diǎn)時(shí)，金屬材料自身的熱應(yīng)力以及組織結(jié)構(gòu)應(yīng)力也會(huì)逐步降低，從而導(dǎo)致金屬材料的變形。由此看來(lái)，溫度，是金屬材料熱處理中變形的一個(gè)關(guān)鍵因素。

（2）淬火介質(zhì)的影響導(dǎo)致變形。在金屬材料熱處理工藝過(guò)程中，大多數(shù)時(shí)候會(huì)選用淬火介質(zhì)，然而，淬火介質(zhì)的攪拌方法和攪拌速度等等一些因素，對(duì)于金屬材料自身的形狀也會(huì)產(chǎn)生直接的影響。很多大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也表明，淬火介質(zhì)對(duì)于金屬材料的穩(wěn)定性有著至關(guān)重要的影響。

（3）預(yù)處理的間接影響。在車(chē)間實(shí)際操作過(guò)程中，在進(jìn)行金屬材料熱處理工藝之前都會(huì)先對(duì)其進(jìn)行一次預(yù)處理，其目的旨在于去除金屬材料原本的內(nèi)應(yīng)力。而一般條件下，預(yù)處理所采用的工藝技術(shù)都是正火處理的方式，

由于空間的局限性，故正火過(guò)程中冷卻環(huán)節(jié)中，絕大多數(shù)都是采用堆積的方法進(jìn)行冷卻，金屬材料堆積冷卻過(guò)程中，就會(huì)使得金屬材料冷卻的不夠均勻，從而導(dǎo)致變形。

3 控制金屬材料熱處理變形的措施

（1）采用科學(xué)方法應(yīng)用淬火工藝。正如以上內(nèi)容中所提到的，淬火工藝是金屬材料熱處理工藝中最為常見(jiàn)和最為核心的一步。操作工程中，如果所使用的淬火介質(zhì)不恰當(dāng)，最終會(huì)造成金屬材料的結(jié)構(gòu)與形狀等受到影響，就會(huì)導(dǎo)致金屬材料內(nèi)部本身的應(yīng)力發(fā)生變化和失調(diào)。

金屬材料熱處理過(guò)程中相關(guān)操作人員積極的進(jìn)行淬火工藝的創(chuàng)新與改變，必須盡可能減少操作淬火過(guò)程的失誤，選擇使用合理的淬火介質(zhì)。此外，在進(jìn)行淬火冷卻時(shí)，需要結(jié)合科學(xué)的方法，控制調(diào)節(jié)好金屬材料冷卻的節(jié)奏和速度，以此來(lái)保證金屬材料在淬火工藝的過(guò)程中，將金屬材料變形的可能降到最低。

（2）選擇有效的冷卻方式。目前階段實(shí)際操作中使用比較多的金屬材料熱處理的冷卻方法。一種是雙液淬火，通過(guò)把金屬材料放置在冷卻速度較快的介質(zhì)當(dāng)中，讓金屬材料在瞬間的短時(shí)間內(nèi)溫度急速下降，隨后在將金屬材料轉(zhuǎn)置入冷卻速度較緩慢的介質(zhì)中進(jìn)行冷卻。

而常見(jiàn)的另一種冷卻方法——單液淬火技術(shù)是指將金屬材料放入到單一的介質(zhì)中進(jìn)行降溫冷卻處理，這樣的冷卻方式能夠在一定程度上減少操作的時(shí)間，提高工作的效率，但是這樣操作的缺點(diǎn)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)淬火速度和質(zhì)量的科學(xué)把控。

由此看來(lái)，針對(duì)不同的實(shí)際情況，選擇不同的有針對(duì)性的淬火冷卻方式，才能夠有效提升金屬材料熱處理中淬火冷卻工作的質(zhì)量與水平。

（3）選擇匹配的裝夾方式和夾具。熱處理操作時(shí)，選擇何種裝夾方式和夾具，也是關(guān)鍵的一步。因此，根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)裝夾方式和夾具做出最佳選擇，才能降低因?yàn)闊釕?yīng)力的不均勻而進(jìn)一步導(dǎo)致金屬材料工件變形。

4 結(jié)語(yǔ)

由此我們可以總結(jié)出，在金屬材料熱處理工藝中，必須把握好材料本身和熱處理工藝二者的關(guān)系，為了確保工件的精準(zhǔn)性，在進(jìn)行工件熱處理的過(guò)程中必須通過(guò)相應(yīng)的措施將變形控制在最小范圍之內(nèi)。才能更加使技術(shù)材料零部件的整體加工水平提升，從好推動(dòng)生產(chǎn)加工的工作效率。

熱處理工藝在工業(yè)生產(chǎn)的應(yīng)用過(guò)程中包含了淬火、回火等多種形式，但總的來(lái)講這些形式都屬于熱作用過(guò)程，主要的階段為加熱階段、保溫階段與冷卻階段。

因此，溫度是熱處理工藝中非常重要的因素，也是變形的關(guān)鍵影響因素。

目前的這一發(fā)展階段，伴隨著生產(chǎn)技術(shù)水平的提升，金屬材料在工業(yè)以及各行業(yè)中的應(yīng)用價(jià)值不斷增強(qiáng)。金屬材料通過(guò)熱處理工藝技術(shù)，不僅僅可以逐步改善材料原本的性能，還可以通過(guò)多種方法獲得各種性能優(yōu)良的金屬材料。熱處理技術(shù)與金屬材料兩者間的關(guān)系的調(diào)節(jié)也越來(lái)越重要，在掌控好尺度和范圍的情況下，在金屬材料熱處理過(guò)程中也非常關(guān)鍵的一點(diǎn)，相關(guān)行業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的關(guān)鍵也在于兩者是否進(jìn)行有效的結(jié)合，因此找到減少金屬材料熱處理變形的正確操作方案也是非常重要且必要的。