金屬材料熱處理變形的影響因素與控制策略分析

戴云鵬

營口普惠職業健康技術咨詢有限公司 遼寧營口 115000

熱處理工藝早已擁有上千年的歷史，我國人民群眾對于熱處理工藝有著豐富的實踐經驗。隨著熱處理工藝的不斷細化以及金屬材料種類的持續增加，熱處理工藝的實際應用呈現出了多樣化的發展趨勢，即不同性質、不同用途的金屬材料需要采用不同的熱處理工藝，且加工方式和加工時間也不盡相同。因此，在使用熱處理技術時，應當根據金屬材料的組成成分合理選擇熱處理工藝，把握好金屬材料與熱處理工藝之間的必然關系，才能從根本上避免熱處理變形的事件發生。

1 金屬材料與熱處理

從熱處理工藝的發展歷程來看，我國早在4000年前就擁有使用熱處理工藝的歷史，領先同期的世界各國。而到了近現代，在改革開放的帶動之下，我國的工業實力得到了飛速的增長，新型的金屬材料和熱處理工藝層出不窮，進而切實推動著我國的鋼鐵業、金屬制造業、工業快速發展[1]。在工業生產當中，銅、鐵、鋁三種金屬材料的使用頻率最高，而單純使用某種金屬材料則會容易受到材料自身性能的缺陷，因而由多種金屬材料構成的合金材料成為了工業生產中的主流。從合金材料的組成方式來看，其主要包括內部空間粒子排列和金屬與原子的排列兩種。這其中，空間原子排列往往與金屬性能之間相互掛鉤，而實現二者聯系的主要途徑就是熱處理工藝。從熱處理工藝的本質來看，其強調使用特殊的介質來對金屬實現加熱的目的，并在特定的環境下對金屬進行冷卻，最終實現金屬性能的改變。熱處理工藝具有一定的復雜性，加工過程中涉及到多種元素的變更。需要注意的是，一旦熱處理過程中出現金屬元素受影響的情況下，金屬材料的最終性能也會隨之發生改變，導致無法滿足實際的使用需求[2]。

2 影響因素分析

2.1 時效和冷處理

當對金屬材料進行冷處理之后，金屬材料中殘留的奧氏體會轉變為馬氏體，而正是因為馬氏體的存在，金屬材料才會出現體積增大的情況[3]。在低溫回火的過程當中，金屬材料變形后會出現以下兩種后果：一是馬氏體對碳化物形成分解作用，進而導致金屬材料的體積沒有增大反而縮小。二是金屬材料受到應力作用影響而松弛，最終呈現出畸形變化的情況。

2.2 原始組織的應力狀態

金屬材料的原始組織在熱處理過程中的變化明顯，其主要包括碳化物總量、形態、纖維方向等，而控制金屬材料原始組織的變化程度則可以實現對于金屬材料變形量的有效控制。在實際當中，調質處理的方法具有較高的實用性，同時也能夠控制金屬材料熱變形的發展規律，最終達到控制熱變形的效果。但需要注意的是，熱處理工藝對于金屬材料的作用程度有效，為保證熱處理的滲透效果，就必須對金屬材料進行初步的磨削加工。

3 金屬材料熱處理變形控制的原則

3.1 科學性原則

金屬材料的熱處理加工需要嚴格遵循科學性的基本原則，基于科學角度對不同性質金屬材料的熱反應進行判斷，詳細探究不同溫度、降溫速度下的金屬材料變形效果，明確認識到二者之間的必然聯系性，最終在這一基礎上制定相應的熱處理工藝標準。

3.2 易操作原則

從金屬材料加工企業的發展現狀來看，多數金屬材料加工企業所具備的生產條件較差，無法在現場對金屬材料進行精密化處理。同時，過于復雜化的熱處理工藝將會影響到金屬材料加工企業的生產效率和經濟效益。因此，在制定金屬材料熱處理工藝控制方案時，方案的易操作性往往是企業主要的考慮內容，其主要包括錯誤率控制、容錯率控制及外部環境影響控制。此外，整個操作流程和環節需要盡量簡潔化，確保操作人員能夠在短時間內熟練掌握相關的控制技巧，進而實現在短期內批量生產的最終目標。

3.3 實用性原則

實用性原則是金屬材料熱處理變形控制的基礎所在。為實現控制、加工工藝的提升，企業往往會在前期階段投入大量的資源，并側重于研發高實用性的控制技術。其目的是在后續生產環節當中可以有效控制人力、物力投入，進而實現對于生產成本的控制。

4 金屬材料熱處理變形的控制策略

4.1 做好前期預處理

實踐證明，正火階段和退火階段是容易出現金屬變形的主要階段。正火階段的溫度較高，故金屬內部容易變形，因而正火階段的溫度控制就成為了關鍵所在。其次，為了保證正火處理的效果能夠達到預期的程度，就必須結合不同金屬材料的特性，選擇特定的退火工藝，進而實現對于溫度梯度對金屬材料的負面影響，嚴格控制變形問題。

4.2 淬火處理的控制

淬火工藝是金屬材料熱處理工藝的核心環節。首先，淬火時需要密切關注冷卻區間的淬火速度，如將550℃的冷卻速度控制在1100℃/s。而在淬火冷卻介質的選擇方面，則需要結合金屬材料的特性進行選擇，常用的冷卻介質包括水、鹽水和堿水等。鑒于水介質在550℃階段的冷卻速度約為600℃/s，故等到200℃階段后其具體的冷卻速度依然較高，理論上可以達到270℃/s。在這一階段當中，一旦冷卻速度過快，金屬材料中的馬氏體轉變過程會受到影響，最終導致金屬材料變形或者出現開裂的問題。而適當添加鹽和堿則可以有效實現冷卻速度的增加，保證溫度下降至200℃階段后金屬材料的具體冷卻速度可以保持不變。

5 結語

綜合來看，金屬材料的熱處理控制并非難事，只要能夠掌握關鍵的影響因素，遵循基本的熱處理變形控制原則，并采取合理的控制措施，即可有效控制金屬材料的熱處理變形量。