淺談金屬材料熱處理變形的影響因素與控制策略

呂旺興

【摘 ?要】隨著近年來我國經濟的轉型升級以及人們對產品消費升級的需要，對各類產品的品質提出了更高的要求。而作為各類工業品或消費品中重要組成部分的金屬材料應用十分廣泛，已滲透到國民經濟的各行各業之中。為了提升金屬材料的相關性能，則需要通過采用加熱、冷卻等適當方式的處理來實現金屬合金內部結構及組織的變化，從而達到某一特定的目的。在這個過程當中，金屬材料不可避免的要發生細微的形狀變化。如何控制和確保其變化在一定的程度范圍內，則直接對產品的強度、使用壽命和精度等都起到了決定性的影響，而成為大家關注的焦點。

【關鍵詞】金屬材料;熱處理變形;影響因素;控制策略

中圖分類號：TG157文獻標識碼：A

1、金屬材料的特殊性能

金屬材料的性能決定了其應用范圍和應用的合理性。具體來說，金屬材料的性能分為四個方面：力學性能、化學性能、物理性能、工藝性能。金屬材料在載荷作用下的力學性能稱為力學性能或力學性能。常用的機械性能有強度、塑性、硬度、沖擊韌性、多重沖擊抗力和疲勞極限等。化學性能是用來反映一種材料和各種化學試劑發生化學反應的可能性和反應速度大小的相關參數。在金屬的化學性質中，尤其是耐蝕性在金屬的腐蝕疲勞損傷中起著重要的作用。物理性質是材料本身特有的特性以及可以承受熱、電、磁等作用所表現的能力。如密度、熔點、導熱性、導磁性、導電性、熱膨脹性等。工藝性能是指材料適應實際生產工藝所要求的能力，也可以稱工藝性能為加工性能。工藝性能往往是由多種因素的綜合作用決定。

2、造成金屬材料熱處理變形的主要因素

2.1金屬材料內部成分與應力的影響因素

在金屬材料熱處理加工過程中，金屬材料內部的組織成分也是引起金屬材料變形的影響因素之一，在淬火或城中，金屬材料內部成分會出現變化，一些碳化物被析出，這樣會減小金屬材料的整體體積，同時也會改變金屬材料的原始強度，最終引起金屬材料變形量提高，金屬材料出現變形的問題。對金屬材料進行熱處理可以提高金屬的抗氧化能力，并且提高金屬材料的抗磨損能力，利用熱處理技術改變金屬強度的同時，也會在熱處理的過程中提高金屬的應力，當應力超出金屬材料的屈服強度時，金屬就會出現變形。另外在熱處理的加工過程中，應力產生的位置也有所不同，不能平衡金屬材料中應力的分布，也是造成金屬材料熱處理變形的原因之一。

2.2時效處理階段引發金屬變形的因素

在對金屬材料進行時效處理的階段，需要將經過固溶熱處理的金屬材料放在高于常溫的環境中靜置，讓金屬材料逐漸析出其中的碳化物，進而提高金屬的硬度，但是在析出碳化物的過程中，金屬材料可能會出現體積變小的問題。另外在金屬材料溫度下降，的過程中，金屬內的應力會逐漸變小，隨著應力減小，金屬也可能會出現變形的可能。

3、金屬材料熱處理技術的操作原則

3.1保證操作的科學性

金屬材料熱處理工作需要保證操作的科學性，熱處理操作應該建立在科學的基礎上，根據不同屬性的金屬材料，合理的做出檢測分析，保證金屬材料信息獲取的準確性、完整性。掌握了準確的分析數據后，再制定相應的工藝標準和工藝流程。金屬材料熱處理工作需要保證充分的技術支持，技術人員應該對工藝流程加以監督，根據情況給予相應的技術指導，進而保證熱處理工藝的規范性和科學性，最終實現提高金屬材料熱處理變形控制水平的目的。

3.2營造良好的生產環境

良好的生產環境是保證加工生產質量的基礎之一，從事金屬材料加工生產的工廠往往需要建立在城市的近郊，這樣才不會對城市環境產生影響。為了提高金屬材料熱處理變形控制能力，必須消除環境因素造成的影響，這樣才能更好的控制金屬材料的應力，最終減少金屬材料變形問題的發生。應該提高工廠的硬件支持水平，保障生產中有先進的設備支持，進而降低熱處理難度，保障加工各個環節的工藝質量，最終達到提高加工生產水平的目的。

4、金屬材料熱處理變形的控制策略

4.1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。

4.2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。

4.3零件結構合理配置

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。

結束語

綜上所述，金屬材料熱處理技術是提高金屬材料性能的重要加工技術，控制好熱處理中的各個工藝環節的工作質量，減少金屬材料熱處理變形的發生，有利于企業節省成本，進而提高企業的收益，促進企業的進一步發展。隨著社會的發展、科技的進步，城市建設和工業生產對金屬材料的質量要求更高，需要金屬材料具備更高的強度及耐久度，這也就需要金屬生產加工企業有著更高的技術水平，這樣才能滿足市場需求。因此，提高金屬材料熱處理技術水平是至關重要的，也是企業為了更好的應對未來市場首先要做到的。

參考文獻：

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