金屬材料熱處理變形的影響因素與控制措施初探

姜傳坤

【摘 ?要】金屬材料是工業生產、社會生活中不可或缺的重要材料，對推動社會的發展，助科技進步，以及提升廣大人民群眾的生活質量起到了重要的促進作用。隨著技術的進步，對金屬材料的性能要求也越來越高，尤其是一些特殊領域的金屬材料應用，對硬度、強度、形狀、耐腐蝕度等都有嚴格的要求。因此，加強熱處理工藝的改進與提升，采取有效的控制措施避免金屬材料的變形就成為當前金屬材料加工行業需要特別重視的問題。本文就金屬材料在熱處理過程中常出現的變形現象以及變形原因進行深入分析，并就金屬材料熱處理變形的預防和控制措施進行簡單闡述。

【關鍵詞】金屬材料;熱處理變形;影響因素;控制措施

1.金屬材料熱處理變形的主要原因

隨著工業化水平的顯著提升，對金屬零部件的整體性能以及質量要求越來越高，金屬材料的加工生產技術與管理過程也越來越先進和完善，但是金屬材料在熱處理中的變形問題一直是影響其質量的主要問題，引發金屬材料變形的原因主要表現在兩個方面：一是內應力塑性變形，金屬材料在熱處理時首先要加熱至一定的溫度，然后才能進行下一步的操作，但是由于工藝、技術、設備以及金屬材質的原因有可能會出現加熱不均的情況，就會導致金屬工件出現變形，而在這個加工過程中會產生一定的內應力。在金屬工件加工處理過程中，溫度的上升與下降會使得金屬工作處于塑性條件下，在這種條件下就會因為溫度的變化而出現塑性變形現象。這是因為熱脹冷縮的原理會對金屬工件產生直接的影響，在業內將這種現象稱之為塑性變形;除了塑性變形之外，還會出現比容變形現象，金屬工件由于金屬特性的不同，所需要加工的形狀、硬度要求也就有一定的差異。但是在熱處理過程中，不同相的比容會出現差異，這種差異會對工件的尺寸、形狀產生直接的變化，這與金屬本身所含的碳元素含量有關，當金屬工件中的合金元素，或是碳元素處于游離狀態時就會出現比容變化而導致變形。

2.金屬材料熱處理變形的影響因素

2.1溫度變化造成的影響

所謂熱處理，顧名思義，合適的溫度是進行熱處理的重要前提，但同時，溫度也是導致金屬工作變形的主要影響因素，溫度影響金屬工件變形主要是因為在熱處理過程中，有工件受熱不均勻而發生的變形，此外，當金屬工作在熱處理加工時溫度降到一定的點時，被處理的金屬工件高溫強度會隨著溫度的下降而減少，相應的熱應力以及組織應力也在降低，這種溫度的變化就會導致金屬工件出現變形現象。

2.2淬火介質所造成的影響

金屬材料的材質極為豐富，不同的金屬材料在進行熱處理加工時，需要選擇不同的淬火介質，在無數的實踐中證明了淬火介質對金屬工件變形的影響是顯性的，淬火介質的質量、介質的攪拌方式、介質的攪拌速度等對金屬工件的穩定性都有著直接的影響。所以，淬火介質的選擇，以及在熱處理過程中科學、規范的操作對于保證金屬工件的質量尤為關鍵。

2.3預處理造成的影響

金屬材料在熱處理加工之前，必須先經過一道預處理工序，預處理的主要目的在于最大程度的消除金屬應力。當前的預處理形式都是采用正火方式進行，但是正火處理方式會受到場地的限制，而且正火處理多采用堆冷的處理工藝，這種處理方式容易導致加熱爐內的金屬材料冷卻不均勻，從而進一步導致內部組織不均，從而發生變形現象。除此之外，正火不當還會使金屬材料產生魏氏組織，從而進一步增大了熱處理變形的可能性。

2.4作業人員的影響因素

盡管當前對金屬熱處理工藝的實施要點與重點做出了明確的規定與指導，但是在實際的操作過程中還是會受人為因素的影響而導致加工過程的不規范，使金屬工件變形，具體表現在操作過程中沒有嚴格按照規范作業，疏忽大意且責任心不強，沒有在處理過程中對金屬工件的變化進行密切關注，對存在的問題沒能及時發現，也就無法保證最終金屬材料熱處理的質量。

3金屬材料熱處理工藝中材料變形的控制措施探究

3.1謹遵三大原則，理性控制熱處理變形：（1）遵守科學性的原則，就是采用科學的管理方法（科學精神、科學手段和科學理念）來應實施金屬材料的熱處理等。（2）操作簡化原則，根據不同的環境和工況，制定優化熱處理操作流程，降低工藝實施過程中操作失誤率，切實提高容錯率，從而實現熱處理變形目標控制。（3）遵循實用性的原則，科學利用各種途徑匯總整理實用的工藝操作方法，秉持實用性為根本，減少浪費，節約材料降低成本，保證熱處理的有效性。通過保證質量實現實用性原則的最大化。

3.2合理選用合適的冷卻介質，最常見的淬火介質就是水和油。水，其優點眾多，但缺點也較為突出，水在500℃～600℃區間處于蒸汽膜階段，冷卻速度不夠快。當金屬材料溫度在100℃～300℃時，水處于沸騰階段，冷卻能力過強，導致材料馬氏體轉變速度過快、內應力增大，當應力超過臨界值時將使試樣產生變形甚至開裂。因此，可通過在水中添加不同原料以達到克服水作為淬火介質的缺點。一般在水中添加食鹽或堿等方式，可提高水溶液在高溫區的冷卻能力。另一種常用的冷卻介質就是礦物油（機油、變壓器油或柴油等），可通過不同配比混合使用，達到提升特性溫度來增加淬火油在高溫區的冷卻能力，從而減少材料變形。

3.3加強熱處理工藝中溫度環節的精確把控，可有效減低熱處理變形目標的影響。熱處理工藝的特性來看，整個工藝其實就是一個溫度變化調整處理。熱處理主要利用加熱爐來實現溫度的控制，爐內溫度是熱處理工藝實現的重要參數之一。溫度升高會使材料內部均勻性下降，從而引起變形量的加大，由此看出，溫度均勻性可有助于減低材料變形量。通過不同方法和措施保證加熱爐內材料各個部分均勻受熱，并按要求提升至指定溫度，使其達到滲碳要求，可以減小熱處理變形，從而減小變形散差。切實落實各工藝階段溫度的精確控制，細化金屬內部晶粒的措施，改變晶粒排列，提高金屬材料的強度，從而減少變形。

3.4減少熱處理產生的殘余應力。熱處理過程中由于塑性變形產生殘留的應力，因為不能完全消除，會破壞金屬材料表面的保護膜，殘余應力值越高表現出有害就越大，會降低試樣的實際抗拉強度或屈服強度，還會降低疲勞極限，縮短試樣壽命造成脆性斷裂。殘余應力會導致試樣在淬火時因熱膨脹而產生應力集中，試樣可能因而產生嚴重變形或開裂，為了避免熱處理失敗，就要求爐內溫度溫差不能超過±20℃/小時，保溫時間不宜過長和過快，在熱處理升溫過程中要有緩慢升溫階段，也要有緩慢冷卻階段，這種方法是消除殘余應力的有效方法。對此類有缺陷的試樣也可以在熱處理之前預先采取適當的修復措施。

4結語

工業生產制造業的高速發展，離不開需要高質量、高性能的材料，熱處理的運用越來越廣泛，已經不單單是一種材料處理手段，而是實現高性能、高經濟工業企業所必須的科技。本文所述熱處理影響因素分析及部分措施介紹，只是冰山一角，還需企業投入更多精力與人力，研究解決該工藝實施工過程中的問題，針對不同的材料，全面考慮其應用領域，總結探析出更加全面的解決方案。

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