金屬材料熱處理形變的影響因素及預防措施

史媛媛

（湖南勞動人事職業學院，湖南 長沙 410100）

作為金屬合金的主要組成成分，有色金屬、黑色金屬均具有明顯的亮黑色質感，在特殊作用情況下，該類型金屬材料能夠長久保持延展性與導熱性能力。隨著經濟社會的不斷發展，裝備制造產業正面臨著極大的轉型與升級壓力，如何在保障金屬合金材料應用能力的同時，制造出更多的可加工原料型材，已經成為了各大制造類企業的主流發展方向。金屬合金之所以能夠成為裝備制造工業與機械制造領域的核心應用材料，與金屬材料可塑性強、耐久性高、價格適中等優良特性條件具有不可分割的關系[1]。在金屬材料的可塑性加工過程中，最常用的就是熱加工處理技術，金屬熱處理加工可使金屬材料變成應用設計所需的規格和形狀，但也存在一些無法克服的缺點，例如因溫度處理不當，造成金屬材料本身的性質受到損害，造成待加工零件的機械強度水平不斷下降，最終使得金屬設備的質量與運行能力受到影響，對企業造成無法預料的損失[2]。因此，在金屬材料的熱處理加工過程中，必須準確掌握零件結構溫度形變與加工方案之間的內在聯系，在精確控制金屬材料加工尺寸數值的同時，遵照高標準約束制度進行后續的生產與加工。

1 熱處理金屬材料的形變影響因素

全面分析金屬材料熱處理過程中所發生的變形因素，能夠幫助企業理清金屬材料熱處理流程與各類操作工藝的具體實施技術要點，以此為基礎制定具有針對性的處理措施，不但能夠對金屬材料的變形程度進行有效控制，也可為金屬材料熱處理形變量控制工作的開展奠定堅實的發展基礎。

受到結構特性、自身密度構成、外界因素等加工條件的影響，金屬材料在熱處理過程中會展現出冷熱分布不均、不等時性等形變特點。從宏觀角度來看，金屬材料熱處理可分為加熱、保溫、冷卻三個處理流程，在確保金屬材料均勻受熱的情況下，由于外界溫度值的明顯變化，金屬物質內部結構的受力情況也會隨之發生改變，從而增大了金屬材料出現熱處理形變的風險性水平。其次這種形變情況的發生幾率較高，每進行一個熱處理加工，金屬材料的內部應力結構都會隨之發生改變，且材料自身的形變量水平始終與其所受的熱處理頻率保持正向相關的物理關系。最后，由內應力塑性原因所引起的熱處理形變不會對金屬材料自身的物理性能產生影響，換句話說，這種外界熱處理形變的作用對象僅限于金屬材料的本體結構。

從實際操作流程來看，為更好保障熱處理技術的實施質量與水平，實現對金屬材料屬性水平的大幅提升，可將熱處理工藝細化成正火、淬火、回火、退火等多個施工方面，且在正式操作的過程中，需要根據金屬材料所屬種類對所采用的處理操作進行及時調整，并收集大量的數據信息與處理參數，以便于對淬火、正火等工藝流程進行及時且有效的調整。

2 金屬材料熱處理形變控制技術

隨著熱處理金屬應用需求量的增加，如何針對原有工藝中存在的各項問題進行改善與優化，已經成為了相關加工企業的主要研究方向，基于此針對金屬材料的熱處理形變控制技術展開研究。

（1）增設金屬材料的熱變形預處理環節。就現有研究成果來看，大部分金屬材料的形變問題都會直接表現在熱處理工藝的實際操作環節中，但卻不僅僅只有不當的熱處理環節才會導致嚴重的金屬材料形變問題。

（2）優化現有的金屬材料淬火處理工藝。淬火處理是一種極為常見的金屬材料熱處理形變加工工藝，在處理過程中，外界因素、溫度介質等條件的不當都會對形變作用力造成影響，從而使得金屬材料內部的結構連接形式發生改變，這也是導致金屬材料出現不可逆熱處理彎曲形變量的主要原因。為了解決這一問題，需要專業性研究參與人員針對金屬材料的淬火處理工藝進行重點研究，這就需要專業人員在實際操作過程中，充分認識到淬火熱處理工藝的應用重要性，從而實現對金屬材料熱性形變比例的有效控制。針對此問題，在未來的淬火處理實施過程中，應以水油混合物作為中間介質，通過添加適當鹽、堿等物質的方式，使熱處理形變溫度得到有效控制，從而加快由熱固型金屬材料到熱塑型金屬材料的轉換速率。該方法能夠較好控制金屬材料熱處理形變過程中的降溫變化速率，不但能夠有效解決淬火操作所帶來的金屬材料形變問題，也可使金屬類材料自身的形變性能得到較好保護。

圖1 金屬材料的淬火處理工藝

（3）完善并更新原有的冷卻方式。分析現有的金屬材料熱處理工藝可知，在實際加工過程中，最常見的金屬材料冷卻方式主要包含分級淬火、單液淬火兩種。其中，單液淬火方法的應用范圍相對較為廣泛，是最易實現的自動化金屬材料熱處理冷卻方式，但由于其不能直接達到預期的冷卻速率，間接導致了不同程度的金屬材料熱處理形變問題，基于此可將傳統的單液淬火方式轉換為間接性的分析淬火方式，首先將高溫金屬材料靜置于硝煙之中，當其溫度快速下降后，改用淬火速率相對較慢的方式進行冷卻處理，從而使原有的金屬材料冷卻方式可在短時間內實現預期的淬火處理目標。受到合金元素纖維方向及碳化物形狀等物理條件的影響，金屬材料在熱處理過程中也會對淬火冷卻工藝產生一定的抵制作用。為解決此問題，大多數金屬加工類企業重新規定了“原始組織”這一定義，且在現代處理工藝中，金屬材料熱處理通常需要借助多種化學方法，且經過處理后金屬材料原始組織的物理性能也會更加具有規律性。因此可認為，經過熱處理形變加工后的金屬材料，其結構表面的耐磨性、耐熱性等屬性能力都會得到大幅提升。

3 預防金屬材料熱處理形變的有效措施

預防并減少金屬材料熱處理形變量是一個相對復雜的過程，需要施工企業工作人員充分認識到影響金屬材料產生形變作用的因素，并針對各項影響條件進行定向改進。

（1）完善金屬材料熱處理前的準備工作。根據金屬材料熱處理工藝方式的不同，材料結構所表現出的屬性特征也會有所不同，如熱處理過程中退火、正火等多方面的差異性，都會直接影響金屬材料的形變量水平。因此，在實施金屬材料熱處理工藝之前，應仔細分析與材料結構體相關的處理要求，在對處理溫度進行有效控制的同時，實現對金屬材料的正火操作與處理。

（2）科學應用金屬材料的熱處理淬火工藝。淬火工藝作為金屬材料熱處理過程中的核心構成環節，不僅扮演著關鍵的形變量控制角色，也對金屬型材物理屬性的表現能力造成了嚴重影響。一旦使用了不合理的淬火工藝介質，會導致金屬材料內部的應力表現強度不斷增大，從而使得材料結構自身的結構與表現性狀受到破壞。為更好應對這種情況，應控制金屬材料熱處理過程中淬火工藝所出現的失誤次數，這就需要相關工作人員在熟悉現階段所使用淬火工藝技術的同時，對具體的淬火操作步驟進行科學化管理。在對金屬材料進行淬火冷卻的過程中，需要對淬火工藝的實施速度進行合理化控制與調節，若淬火處理的實施速度過快，將會造成金屬材料表面出現不均勻冷卻的情況，從而使得金屬材料的熱處理形變量不斷增加。大多數情況下，熱處理淬火工藝使用水油混合物作為主要隔離介質，當水溫處于550℃～650℃之間時，熱處理淬火工藝的冷卻效果最好，因此對于淬火工藝的實際實施速度應進行適度提升。

（3）選擇有效的金屬材料熱處理冷卻方法。常見的雙液淬火冷卻方式，需要在金屬材料熱處理溫度達到既定數值水平時，將處理材料快速放置于冷卻速度相對較快的物理介質之中，并使其表現溫度值快速下降至300℃左右，然后再將其轉入至冷卻速度更低的物理介質中，進行二次冷卻處理。因此，針對不同的熱處理要求，只有對金屬材料的熱處理淬火冷卻方法進行有效選擇，才能最大化提升冷卻工作的實際施工水平與施工質量。

圖2 金屬材料的熱處理冷卻方法

（4）金屬材料熱夾持方式。從某些角度來看，夾持方式也會對金屬材料的熱處理形變量造成影響。因此，為收獲到良好的金屬材料熱處理施工效果，應在原有夾持方式的基礎上進行多次選擇。

4 結束語

針對金屬材料在熱處理過程中所表現處理的形變因素進行分析與討論，不但能夠幫助施工企業對金屬材料的制造工藝進行科學化控制，也能較好保證金屬材料的實際應用效果，在提升金屬制造類企業材料生產能力的同時，對熱處理形變后金屬材料的產品質量進行嚴格控制，從而在一定程度上促進相關企業的長久性發展，實現對金屬材料的合理保護。