金屬材料熱處理變形的影響因素與控制措施初探

＊田 景

（山東第一醫科大學（山東省醫學科學院）山東 271000）

前言

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，以供參考。

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[1]。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

(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[3]。

(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[4]。

(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.金屬材料熱處理變形的控制措施

(1)金屬材料熱處理減輕變形的有效原則

在金屬材料的熱處理加工中，為了更好地控制金屬材料的變形，要遵循幾個原則，一是科學性原則，科學性原則是指熱處理方法的科學性，以科學的理念與技術手段為依托，科學的選擇設備、原料、淬火介質，而不是想當然地隨意發揮，唯有如此，才能將變形質量在合理范圍內，確保金屬工件發揮出應用的作用；二是實用性原則，金屬材料屬于不可再生資源，雖然我國地域廣袤資源豐富，但是對金屬的需求與消耗量極大，所以在熱處理過程中要堅持資源節約最大化利用的原則，減少不必要的浪費，這就需要在熱處理過程中密切關注材料的變化，通過減少變形來實現資源利用最大化，尤其是在金屬材料的熱處理加工過程中，通過合理有效地使用材料，加強處理中的質量控制來實現環境保護，促進社會可持續發展的目標；三是便捷操作原則，金屬材料熱處理方式要盡可能簡便易操作，這樣能降低復雜過程的不確定性。同時，也要優化操作流程，盡可能地簡化熱處理變形控制策略，有序有效地進行熱處理工作[5]。

(2)科學選擇淬火介質

淬火是金屬材料熱處理的核心內容，淬火介質的選擇以及淬火實施的規范度會對金屬材料變形產生直接的影響?；诖耍托枰槍饘俨牧系膶嶋H材質，結合熱處理加工的具體要求，對淬火介質進行科學的選擇，當前，淬火介質主要有水和油，在淬火操作實施中要密切關注水溫與油溫的變化，水溫控制在55℃至65℃間，油溫控制在60℃至80℃之間，溫度控制在合理范圍內的同時，確保金屬材料熱處理質量[6]。

(3)科學選擇冷卻方法

冷卻也是影響金屬材料變形的重要因素，因此，科學的選擇冷卻方法是保證金屬材料降低變形可能性的重要手段，在金屬材料的熱處理工藝中，要控制好冷卻速度，單介質淬火與雙介質淬火要分別選擇不同的冷卻形式，以避免淬透性受影響而導致金屬材料在熱處理中變形[7]。

(4)有效加工

熱處理環節往往會牽涉到機械加工，需要采用夾具進行輔助處理加工，在保證淬火合格率的前提下，要注意留有夾具的余量，這樣能有效保證經過熱處理后的金屬工作的質量；除此之外，為處理金屬材料的變形提供保證，在加工時，要對夾具進行合理選擇，對加工作業人員進行相應的技能培訓，提升其專業技能水平以及質量意識，對金屬材料的變形規律有正確的認知，確保其在加工過程中作業規范，以降低熱應力不均衡而造成金屬材料變形的幾率[8]。

4.結束語

金屬材料是現代工業、建筑、農業、船舶制造、國防及科學技術等部門使用最廣泛的材料，來源豐富、性能優良、品種多、性能各異，能滿足各行各業不同的要求，但如果金屬材料在熱處理過程中質量控制不過關，導致金屬材料變形以及其它問題的產生，就會使得所制造的零件不能滿足產品使用要求，或是影響整體的使用，甚至可能會造成重大的經濟的損失。所以，必須采取有效的控制手段預防金屬材料在熱處理中發生變形現象，一是要加強對熱處理工藝的研究，不同的金屬材料匹配相應的熱處理實施工藝；二是對熱處理過程進行全面的監控，確保溫度、時間、操作規范；三是加強對生產人員的專業技能的提升，確保其技術水平與質量意識適應新時代發展下對金屬材料生產加工的高要求。除此之外，還要通過合格的檢測手段，依據可靠性和適用性的原則選擇合適的方法，準確獲取金屬材料的成分、組織、性能，從而達到高效、準確的檢驗目的，并在此基礎上通過不同的加工方法，使金屬材料的某些性能獲得進一步的改善，從而擴大其使用范圍，更好地為人民的生產生活服務。