金屬材料熱處理變形問題及開裂問題的解決措施研究

張俊花

（江蘇省徐州技師學院，江蘇 徐州 221000）

人們的生產生活自古以來就離不開金屬材料的使用，金屬材料的處理工藝有著悠久的歷史。伴隨著我國社會建設的進程加快，社會經濟的快速發展，各領域對金屬材料的要求也越來越高，金屬材料的加工及處理應用也更加廣泛。由于金屬材料具有價格合適、耐用性高、可塑性強等優點，因此其作為主要生產原料被機械制造業及裝備制造業廣泛運用。在金屬材料的加工處理過程中，最常見的處理方式即熱處理工藝，這種處理工藝可以改變金屬材料的性狀和規格，使其具備生產所需的功能。但需要注意的是，若對金屬材料的熱處理方式方法不當的話，可能會對金屬材料造成不可逆的損傷，導致加工出的零件或機械設備性能不符合要求，給企業帶來一定程度上的經濟損失。因此在對金屬材料進行熱加工處理時，應精準地控制好熱處理的每個環節，嚴格按照規章制度進行生產，可以有效避免熱處理過程中金屬材料出現變形及開裂問題。本文從不同角度對金屬材料熱處理過程中出現變形及開裂問題的原因進行分析，并提出若干切合實際的解決措施，從而保證了金屬材料熱加工過程中的質量[1]。

1 熱處理過程中影響金屬材料變形及開裂的因素

1.1 冷處理過程的影響

金屬材料的熱處理過程中，冷處理工藝與時效會對金屬材料產生重要的影響。由于金屬材料的冷處理過程中會有少許的奧氏體向馬氏體轉化的反應，這種反應會使金屬材料有少許幅度的體積改變。另外，金屬材料在受到低溫回火工藝及時效的影響時也會發生形變；并且金屬材料在馬氏體轉化期間會分解出大量的碳化物，也會導致金屬材料的體積變小。

1.2 應力的影響

在對金屬材料的熱處理過程中，若加熱不均勻會導致金屬材料產生形變。通常來說金屬材料的熱處理需要先將金屬材料加熱到一定的溫度，然后經歷一定時間的保溫，最后再對其進行熱加工[2]。當金屬材料處于加熱和保溫狀態時，材料的內外溫度及局部溫度的差別會導致不同位置的應力不同，低溫處的硬度已經逐漸恢復，而高溫處仍舊處于柔軟狀態，這種應力差會導致金屬材料產生形變。

1.3 原始組織影響

金屬中的合金元素纖維方向及碳化物性狀等原始組織都會對熱處理過程中的金屬材料造成影響。在現代金屬制造行業中，已經在金屬材料的熱處理過程中加入了相應的化學元素，可以將金屬材料的原始組織變得更有規律，金屬材料在熱處理過程中的形變及開裂問題已經得到了有效控制[3]。

1.4 淬火的影響

淬火是金屬材料的熱加工過程中必不可少的環節之一。淬火可以有效提高金屬材料的性質、硬度、耐用性等。由于部分金屬制造廠沒有根據金屬的自身特性及使用功能選擇合適的淬火介質，因此導致了金屬材料在淬火過程中出現變形及開裂問題。

1.5 預處理的影響

在金屬材料的熱處理中，預處理是廣泛使用的一種處理方式，它可以有效消除金屬材料的應力。如果沒有進行良好的預處理工作，那么會導致金屬材料出現冷堆情況，從而影響熱處理的整體效果，導致加工出的金屬產品質量不過關。

2 金屬材料熱處理技術使用過程中需要遵守的原則

金屬材料的熱處理是一把“雙刃劍”，金屬材料進行熱處理可以有效提高其使用效果及各種性能，但如果熱處理操作不當，將會對金屬材料造成不可逆的損傷。為了有效提高金屬熱處理的效率，避免金屬材料出現變形及開裂問題，在對金屬材料進行熱處理時應遵循以下幾個原則。

2.1 規范操作原則

金屬材料在熱處理的過程中出現變形及開裂問題會大大降低其使用效率，給企業帶來額外額經濟損失。目前來說，人工操作失誤時金屬材料熱處理過程中出現變形及開裂問題的主要原因。因此，企業應提高金屬材料熱處理人員的專業知識水平，普及金屬材料熱處理的操作規范流程，并要求工人在對金屬材料進行熱處理之前充分了解不同金屬的特性，制定科學合理的熱處理計劃，并且建立健全的熱處理監督機制，確保熱處理人員能夠按照操作規范進行操作。

2.2 減少環境干擾原則

對于金屬材料的熱處理來說，對外界環境的要求較為苛刻，在進行金屬材料熱處理的過程中，要嚴格控制工作環境，避免其對金屬材料的形變造成太多的影響。金屬材料熱處理廠在選址時應遵循減少環境干擾原則，盡量選在在偏僻的郊外，這樣可以在保證工業廢料對人民群眾的生活造成的影響最小化的同時，保證金屬材料熱處理的質量。

2.3 人員定期培訓原則

金屬制造企業應遵循人員定期培訓原則，對從事金屬熱處理的工作人員進行定期的金屬知識、先進的熱處理工藝知識的培訓學習，從而加強金屬熱處理人員的工作水平及安全意識，在保證生產效率的基礎上實現金屬制造企業的可持續發展[4]。

3 金屬材料熱處理變形問題及開裂問題的解決措施

3.1 改進淬火工藝

作為金屬材料熱處理中的重中之重，淬火工藝是重要的工作環節。精湛的淬火工藝對于控制金屬材料的變形及開裂問題來說是十分重要的。隨著現代社會中金屬材料的用途愈發廣泛，對金屬材料的要求也越來越高，傳統的淬火工藝已經無法滿足時代需求。通常來說，淬火工藝中的介質主要是油和水，不同的金屬材料與其不同的用途來說所使用的淬火介質也有所不同。目前企業為了改善金屬材料在熱處理中出現的變形及開裂問題，急需對淬火工藝進行改進。可以對熱處理環節的淬火工藝介質進行溫度控制，并尋找新材料的淬火介質；還可以對淬火速度加以改進，不斷實驗，找到可以將金屬材料變相及開裂問題降到最低的淬火方法。

3.2 改進冷卻工藝

除了改進淬火工藝外，在金屬熱處理過程中，對冷卻工藝的合理改進對于減少金屬變形及開裂問題也起著關鍵性的作用。不同的金屬材料不僅需要不同的淬火工藝，同樣需要不同的冷卻工藝。在金屬材料的熱處理過程中，一般有兩種冷卻工藝：單液冷卻和雙液冷卻。以雙液冷卻為例，在金屬材料使用雙液冷卻工藝進行淬火冷卻的過程中，冷卻過程可以分為兩個階段[5]。第一，在快速冷卻介質中對淬火后的金屬材料進行冷卻，金屬材料的溫度在該階段會迅速降至300攝氏度左右；第二，在經歷了短暫的保溫階段后，將金屬材料從快速冷卻介質中取出，放入慢速冷卻介質中進行冷卻，因為金屬材料需要經過兩次冷卻，因此，對這兩種冷卻介質的選擇應合理，從而保證金屬材料不會在冷卻過程中出現變形及開裂問題。

3.3 采取措施減少金屬材料熱處理過程中的殘留應力

金屬材料之所以在熱處理過程中出現變形及開裂問題，就是由于其在熱處理過程中產生的殘余應力是表面張力變小，最終出現變形及開裂問題。因此，為了減少金屬表面的變形及開裂問題，熱處理工作人員應采取相應的措施減少金屬材料在熱處理過程中的殘留應力。最常見的辦法即在熱處理過程中向金屬材料中添加額外的元素，使其擁有更強的表面張力，使其順利完成熱處理操作[6]。另外，在進行熱處理之前時，要對金屬原材料進行仔細的檢查，對于有缺陷的金屬原材料要及時淘汰，避免因此自身結構受損導致的金屬材料變形及開裂。

3.4 合理進行機械加工

機械設備是金屬材料熱處理中的第一生產力。在運用機械設備對金屬材料進行加工處理時，要充分考慮金屬的形變范圍，從而調整機械設備對金屬材料的操作力度。這就需要熱處理人員不僅有熟練的機械設備操作技巧，同時也要有對各種金屬材料性質的熟練掌握。熟練掌握各種金屬的形變規律是機械操作人員的工作基礎，是減少金屬材料在熱處理中變形及開裂問題的重要保障。

4 結語

綜上所述，國家及社會的發展離不開各種金屬材料的支持，而金屬材料的加工及處理離不開熱處理技術。金屬材料的特點不同，熱處理過程中對其產生的影響也有所不同。而良好的熱處理工藝可以最大程度上發揮金屬材料的價值；熱處理操作不當會導致金屬材料出現變形及開裂。因此，在對金屬材料的熱處理過程中，需要嚴格遵守金屬材料熱處理原則，嚴格把控熱處理工藝的質量，從而最大程度上降低金屬材料的熱處理浪費，減少企業的生產成本。另外，金屬材料的熱處理人員也應加強自身的專業技能水平，熟練掌握各種工藝的操作重點及各種金屬的特性，并不斷豐富自身的金屬材料學知識、熱力學知識，才能在日常的實際熱處理工作中，采取有效措施避免金屬材料在熱處理過程中出現變形及開裂現象，保障企業的正生產，促進國家、社會的穩定進步。