基于金屬材料熱處理變形及開裂處理技術

張艷

蒂森克虜伯羅特艾德（徐州）環鍛有限公司 江蘇徐州 221004

金屬材料具有延展性、導電性、傳熱性等特征，具備一定的光澤，一般分為黑色金屬、有色金屬以及特殊金屬三大種類，由于其良好的性能，導致其常常被用到機械制造領域機械制造中，一些金屬材料在進行熱處理之后會完善其自身的性能，提升設備的運行效果，這也是機械制造領域選用金屬材料的最大原因，但是如果處理不當，就會影響金屬材料的性能，以及機械設備的質量，最終直接影響機械的使用效果，對企業的健康生產極為不利[1]。

1 影響因素分析

在淬火之前，金屬材料會受到關聯原始組織的影響，包括碳化物數量、形態以及合金元素纖維方向等。在調質處理后，熱處理是變形得以縮減，金屬材料淬火變形更具規律性，便于控制熱處理變形。化學熱處理方式的應用，能夠對金屬材料表層部分性能加以改善，比如提升表層抗氧化功能以及耐磨性等。化學熱處理深度應當處于標準范圍內，若保證實現滲透層，需要在化學熱處理后進行磨削加工，由于金屬材料性能較差，很難處理化學熱處理過程中的變形問題。

2 變形與開裂處理

在變形和開裂的預防處理過程中，首先需要遵循以下幾項基本原則：其一，科學性原則，任何一項控制和處理措施的應用都要具備良好的科學性，只有這樣才能發揮良好的處理效果；其二，易操作性原則，針對金屬材料制定的變形和開裂控制措施要盡可能的便于操作，以免由于操作難度較大而難以達到預期的控制和處理效果；其三，實用性原則，這一原則是指要減少變形與開裂預防和處理的人力物力，并避免對金屬材料完成熱處理后的品質造成影響，確保熱處理工藝發揮應有作用效果，為之后的加工制作奠定良好基礎。

2.1 做好處理前預處理

熱處理的正火與退火將對金屬產生的變形造成很大影響。在正火過程中，由于溫度相對較大，通常為900℃左右，會使金屬內部變形明顯增加，對此，在熱處理開始前和過程中都需要做好溫度控制，如升溫速度不可過快，過快的升溫速度也會導致金屬零部件的變形，同時也要保證熱處里爐內金屬零件的均勻分布，避免同一零部件加熱和保溫過程中溫差較大。通過實踐，進行正火的熱處理爐內耐熱支撐的磨損程度或平整度以及耐熱支撐的分布均勻性、間距大小，對與之直接接觸的零部件的變形影響非常大，所以設計爐內耐熱支撐時需要綜合考慮零部件尺寸及壁厚，同時也要對熱處理爐內耐熱支撐的磨損程度或者說平整度進行及時有效的監控。

2.2 做好淬火處理

淬火冷卻在熱處理中是一道重要工序，如果在這一環節中所用淬火介質不合適，將使金屬內部應力大幅增加，導致金屬內部產生變形與破壞。對此，為了對熱處理過程中淬火的有效控制，避免操作不當，需要從現有工藝方法入手，做好淬火處理。首先，在淬火冷卻過程中，需要對淬火的速度進行嚴格控制，如果淬火的速度超出標準要求，則會使金屬冷卻無法達到均勻，導致金屬產生變形。通常情況下，水、油為最常用淬火介質，其在550℃-650℃的溫度范圍內的冷卻速度為600℃/s，即便是在200℃-300℃的溫度條件下，也能有270℃/s以上的冷卻速度。在這一過程中，金屬材料正完成馬氏體轉變，如果冷卻的速度太快，將使金屬產生變形或開裂。若在水中添加一定量鹽、堿，還能進一步加快冷卻速度，比如在550℃-650℃的溫度范圍內的冷卻速度達到1100℃/s，但在200℃-300℃的溫度條件下，冷卻速度基本保持不變，基于此，鹽水與堿經常用于碳鋼冷卻，但這也是導致金屬變形和開裂的主要原因。另外，淬火后的金屬零部件需要盡快入爐進行回火，避免淬火裂紋的產生。

2.3 保證零件結構配置的合理性

在金屬熱處理及其冷卻過程中，金屬零件結構也會對其變形造成影響。因金屬中厚度較大的部分冷卻速度較慢，而厚度較小的部分冷卻速度較快，所以實際生產中，應減小薄厚差。為對過渡區中因應力集中產生的變形與開裂進行有效控制，需要使零件的界面保持均勻；未對由于冷卻速度不均造成的變形進行控制，還需要使零件結構與其材料成本保持對稱。零件結構設計時，需要盡量避免棱角和溝槽的產生。另外，在零件薄厚交界處與臺階處還要進行圓角的設置來過渡，對于厚度不均勻程度較大的零件，可通過預留加工量來有效處理[2]。

2.4 采用合適的裝夾方式

為對金屬在熱處理過程中產生的變形進行有效控制，應保證加熱與冷卻的均勻性，使金屬的熱應力保持均勻，使生成的組織，其應力處在相對均勻的狀態，為了達到這一效果，需要使用合理可行的裝夾方式。比如，對盤類工件而言，需要和油面始終保持垂直，而對軸類工件而言，需要使用立裝的方法。

3 結語

在我國機械領域的生產和發展進程中，企業管理者為了強化金屬材料的質量和性能，逐步引用了熱處理技術，希望能夠通過這一技術強化金屬材料的運用效果，優化企業生產環境。對金屬材料在進行熱處理后產生的變形進行影響因素與處理方法的分析研究，能為金屬材料加工制作提供可靠參考依據，盡可能減少變形與開裂的產生，使熱處理這一工藝得到良好應用[3]。