金屬材料熱處理變形的影響因素分析及應(yīng)對(duì)

沙慧麗

（濟(jì)寧市技師學(xué)院，山東 濟(jì)寧 272000）

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)金屬產(chǎn)品的質(zhì)量提出了新的要求，而金屬材料熱處理技術(shù)的運(yùn)用，可以有效提升金屬材料的穩(wěn)定性，也可以強(qiáng)化材料的性能，所以對(duì)金屬材料熱處理變形影響因素的分析至關(guān)重要，只有明確影響因素才能更好地規(guī)避金屬材料熱處理中存在的問題，進(jìn)而提升金屬材料的使用效率，推動(dòng)金屬加工制造業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 金屬材料熱處理的概述

1.1 金屬材料熱處理的概述

所謂金屬材料熱處理，就是將金屬材料通過(guò)一定的速度加熱，達(dá)到預(yù)定溫度之后進(jìn)入保溫狀態(tài)，之后進(jìn)行預(yù)定冷卻處理，屬于一種綜合性的制造工藝，通過(guò)這種工藝來(lái)讓金屬材料達(dá)到預(yù)期的組織與性能。金屬熱處理是現(xiàn)代加工制造業(yè)中比較常見的一種工藝方式，這種方式相對(duì)于其他金屬加工工藝來(lái)講，可以保障處理過(guò)程中，金屬工件外在的形狀與整體的化學(xué)成分不發(fā)生轉(zhuǎn)變，通過(guò)對(duì)內(nèi)部顯微組織的改變，來(lái)改善金屬工件在使用上的性能。這種工藝的特點(diǎn)是對(duì)金屬工件的內(nèi)在質(zhì)量做出改變，并非肉眼可以看出來(lái)的外在改變。通過(guò)金屬材料熱處理的方式，可以讓金屬工件達(dá)到力學(xué)、物理學(xué)等在性能上的要求。比如鋼材材料，鋼鐵自身的顯微組織相對(duì)較為復(fù)雜，所以通常會(huì)使用熱處理工藝來(lái)對(duì)其控制與處理，采用熱處理的方式來(lái)轉(zhuǎn)變鋼鐵材質(zhì)的性能，并賦予不同的使用性能。

1.2 金屬材料熱處理的工藝

金屬材料熱處理工藝在實(shí)際使用中通常有三個(gè)環(huán)節(jié)，分別是加熱、保溫以及冷卻，在部分加工中也會(huì)使用加熱與冷卻兩個(gè)環(huán)節(jié)，這些過(guò)程之間是相互銜接來(lái)作業(yè)的。首先就是加熱，在實(shí)際金屬熱處理的加熱環(huán)節(jié)中，進(jìn)行加熱的方式也經(jīng)過(guò)不斷演變與更新，比如早期通常會(huì)使用煤炭、木炭的形式來(lái)加熱，后期使用液體或者氣體燃料加熱，也有使用電力加熱的，電力相對(duì)來(lái)講更容易控制，而且不會(huì)造成環(huán)境污染的問題，加熱可以直接進(jìn)行，也可以采用熔融的鹽、金，通過(guò)浮動(dòng)粒子的方式來(lái)間接加熱，在加熱過(guò)程中，金屬工件直接暴露在空氣之中，所以容易出現(xiàn)氧化、脫碳等現(xiàn)象，這也就無(wú)法保障熱處理之后金屬工件的性能，通常在金屬材料熱處理的環(huán)節(jié)中，會(huì)使用可控氣氛、真空、熔融鹽等來(lái)加熱，對(duì)加熱溫度的控制是對(duì)金屬工件性能與質(zhì)量提供保障的重要方式。

金屬材料性能的轉(zhuǎn)變需要一定的時(shí)間，由此，在針對(duì)金屬工件加熱達(dá)到預(yù)定的溫度之后，還應(yīng)該做好保溫，保障內(nèi)外溫度之間保持一致，這樣才能讓顯微組織發(fā)生轉(zhuǎn)變。但運(yùn)用高能密度加熱或者是表面熱處理的時(shí)候，加熱的速度相對(duì)較快，所以通常沒有保溫的時(shí)間，但在化學(xué)熱處理的時(shí)候，預(yù)定的保溫時(shí)間就會(huì)相對(duì)較長(zhǎng)，具體的保溫時(shí)間需要根據(jù)金屬材料熱處理的目的來(lái)進(jìn)行選擇。最后一個(gè)環(huán)節(jié)就是冷卻的工藝，在實(shí)際金屬材料熱處理過(guò)程中的冷卻工藝也有明顯的不同，這種不同主要是從冷卻速度控制方面體現(xiàn)。通常來(lái)講退火的冷卻速度相對(duì)較為緩慢，正火的時(shí)候冷卻的速度就相對(duì)加快，如果是淬火的冷卻速度就會(huì)更快，但也會(huì)因?yàn)榻饘俨牧蠠崽幚淼牟牧?、目的等方面的不同要求?lái)進(jìn)行選擇，比如空硬鋼在進(jìn)行冷卻工藝的時(shí)候，通常就會(huì)使用正火一樣的冷卻速度，以此來(lái)進(jìn)行淬硬。

2 金屬材料熱處理變形的影響因素

在金屬材料熱處理實(shí)際操作的過(guò)程中，熱處理變形的表現(xiàn)形式有很多，比如：體積或者尺寸上的變形，形狀上的變形等等，主要出現(xiàn)變形的原因有內(nèi)應(yīng)力與比容變形兩種，其中內(nèi)應(yīng)力變形主要是金屬材料受到不同的因素導(dǎo)致內(nèi)部組織出現(xiàn)不均勻而產(chǎn)生的變化，而比容變形就是材料自身結(jié)構(gòu)具有多樣化特點(diǎn)，組織比容也都不同，通過(guò)對(duì)金屬材料的熱處理工藝，受到溫度的影響，就容易造成外形發(fā)生改變。造成金屬材料熱處理變形的因素有很多，以下對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析。

2.1 金屬材料成分造成變形

在針對(duì)金屬材料進(jìn)行熱加工處理的過(guò)程中，金屬材料自身的內(nèi)在成分會(huì)造成熱處理過(guò)程發(fā)生變形，比如：在淬火階段，金屬材料內(nèi)部成分會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，這也就容易導(dǎo)致其中存在的碳化物出現(xiàn)析出的現(xiàn)象，由于碳化物的因素，造成金屬材料整體的體積出現(xiàn)減少，也會(huì)影響到金屬材料在使用上的強(qiáng)度變化，進(jìn)而出現(xiàn)變形的問題，這種情況較為常見。同時(shí)，在對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理的過(guò)程中，對(duì)金屬材料的抗氧性也會(huì)起到增強(qiáng)的效果，但在加熱過(guò)程中熱處理的工藝使用也容易影響金屬材料的應(yīng)力變化，如果金屬材料自身的應(yīng)力要明顯高于金屬材料的屈服強(qiáng)度，金屬材料變形也就成為必然的現(xiàn)象了。

2.2 機(jī)械加工因素造成變形

在對(duì)金屬材料進(jìn)行加工的過(guò)程中，機(jī)械加工不可避免，但機(jī)械加工的過(guò)程也容易造成金屬材料的變形現(xiàn)象，比如針對(duì)細(xì)長(zhǎng)類的金屬部件進(jìn)行加工的時(shí)候，切削量就會(huì)直接影響到金屬的應(yīng)力，造成在淬火的過(guò)程中金屬材料出現(xiàn)變形現(xiàn)象。而且熱處理工藝的過(guò)程中，機(jī)械場(chǎng)地也會(huì)影響到金屬材料的變形現(xiàn)象，比如：冷卻的過(guò)程中，就容易出現(xiàn)材料堆冷現(xiàn)象，影響加熱爐內(nèi)金屬材料的冷卻效果等等。人員對(duì)機(jī)械的操作也容易造成金屬材料的變形情況，比如違規(guī)操作、操作失誤等現(xiàn)象就會(huì)直接影響到熱處理的效果，進(jìn)而導(dǎo)致金屬材料出現(xiàn)變形的現(xiàn)象。

2.3 溫度把控因素造成變形

金屬材料在開展熱處理的過(guò)程中，對(duì)溫度的把控有著較為嚴(yán)格的要求，如果溫度控制出現(xiàn)問題，就會(huì)直接造成金屬材料加工變形，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致金屬材料開裂的問題。比如，在實(shí)際施工的過(guò)程中，沒有按照相關(guān)規(guī)定來(lái)對(duì)溫度測(cè)量，直接按照經(jīng)驗(yàn)來(lái)開展金屬材料的熱處理工作，就會(huì)導(dǎo)致金屬材料經(jīng)過(guò)熱處理后直接出現(xiàn)報(bào)廢的問題。同時(shí)，金屬熱處理的環(huán)節(jié)中，有低溫回火的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程中就應(yīng)該對(duì)溫度作出嚴(yán)格的把控，嚴(yán)格關(guān)注低溫回火的時(shí)效性，都在就會(huì)直接造成金屬材料的變形，也不利于金屬材料的質(zhì)量。

3 金屬材料熱處理變形應(yīng)對(duì)原則

金屬材料熱處理在工業(yè)制造業(yè)中較為常見，為了更好地規(guī)避金屬材料熱處理中出現(xiàn)的變形現(xiàn)象，應(yīng)該嚴(yán)格按照相應(yīng)原則進(jìn)行操作，以此來(lái)保障金屬材料熱處理的科學(xué)性與有效性。

3.1 操作規(guī)范性

在金屬材料熱處理作業(yè)中，需要嚴(yán)格按照工藝的操作規(guī)范開展，從規(guī)范性操作的角度來(lái)規(guī)避熱處理過(guò)程中出現(xiàn)的變形現(xiàn)象。在金屬材料進(jìn)行熱處理的時(shí)候，人員的違規(guī)操作、按照經(jīng)驗(yàn)操作、失誤操作等等，都會(huì)直接影響到金屬材料熱處理的效果，所以，應(yīng)該以規(guī)范化的操作標(biāo)準(zhǔn)來(lái)約束操作人員的行為，根據(jù)金屬材料特點(diǎn)與熱處理的目的，來(lái)科學(xué)地選擇適合的熱處理技術(shù)，以此來(lái)降低在熱處理過(guò)程中金屬材料出現(xiàn)變形的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，在應(yīng)該嚴(yán)格按照規(guī)章制度進(jìn)行操作，在對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理之前需要做好對(duì)金屬材料的測(cè)評(píng)工作，嚴(yán)格按照檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)制定相應(yīng)的熱處理方式，通過(guò)規(guī)范化的操作流程與科學(xué)化的操作方式，來(lái)對(duì)金屬材料熱處理方案優(yōu)化，以此來(lái)保障金屬材料在熱處理環(huán)節(jié)中的性能與質(zhì)量。此外，還應(yīng)該在工作中結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，來(lái)對(duì)現(xiàn)有制度、操作流程優(yōu)化與更新，對(duì)工作中的操作細(xì)節(jié)嚴(yán)格把控管理，以此來(lái)保障操作的規(guī)范性。更應(yīng)該以專門的監(jiān)督部門來(lái)開展監(jiān)督，保障在實(shí)際作業(yè)的環(huán)節(jié)中，熱處理工作人員可以嚴(yán)格按照操作細(xì)則與流程來(lái)開展規(guī)范操作。

3.2 環(huán)境安全性

在針對(duì)金屬材料開展熱處理的過(guò)程中，也需保障操作環(huán)境的安全性與環(huán)保性，由于機(jī)械制造業(yè)自身會(huì)造成噪音、廢氣等方面的污染，所以在城市布局規(guī)劃中，這種機(jī)械制造業(yè)通常位于城市的邊緣或者遠(yuǎn)郊地段，這也就在一定程度上對(duì)城市居民生活環(huán)境起到了保護(hù)的效果，避免污染源對(duì)居民的危害。同時(shí)這種城市布局也會(huì)讓機(jī)械加工擁有更為良好的生產(chǎn)環(huán)境，保障金屬材料熱處理工藝效果，更可以規(guī)避環(huán)境因素造成的金屬材料熱處理過(guò)程中出現(xiàn)的變形。環(huán)境安全性與環(huán)保型是保障金屬材料熱處理的前提，所以機(jī)械制造業(yè)在進(jìn)行選址的過(guò)程中也應(yīng)該充分遵循這一原則。

3.3 人員專業(yè)性

人員專業(yè)性是保障金屬材料熱處理的基礎(chǔ)，由于人員是開展熱處理工藝的重要人員，如果單一通過(guò)自身的經(jīng)驗(yàn)來(lái)開展熱處理作業(yè)，無(wú)法對(duì)金屬材料熱處理的工藝質(zhì)量提供保障。同時(shí)，現(xiàn)階段的機(jī)械制造業(yè)快速發(fā)展，工藝更新?lián)Q代的速度更是不斷加快，這也對(duì)金屬材料熱處理的操作人員提出了全新的要求，需要通過(guò)對(duì)操作人員的培訓(xùn)，來(lái)保障其規(guī)范性、專業(yè)性的操作，并確保技術(shù)的與時(shí)俱進(jìn)。此外，還應(yīng)針對(duì)相關(guān)工作人員進(jìn)行金屬材質(zhì)方面的培訓(xùn)，讓其可以對(duì)不同的金屬材料進(jìn)行清晰地了解，才能更好地開展金屬材料的熱處理作業(yè)，從根本上保障金屬材料熱處理的質(zhì)量。

4 金屬材料熱處理變形應(yīng)對(duì)措施

4.1 做好熱處理的準(zhǔn)備工作

在金屬材料的熱處理過(guò)程中，應(yīng)該在準(zhǔn)備階段做好嚴(yán)格的把控，打好提前量來(lái)規(guī)避變形的情況，這就需要重視預(yù)處理環(huán)節(jié)的工作，保障金屬材料熱處理過(guò)程中分子結(jié)構(gòu)的改善，通過(guò)熱處理的方式來(lái)均勻的改善金屬材料的使用性能。針對(duì)金屬材料做好測(cè)評(píng)工作，針對(duì)不同金屬材料的性質(zhì)做好處理方案，規(guī)避金屬材料受到自身內(nèi)在成分因素所造成的變形現(xiàn)象。在實(shí)際操作的過(guò)程中，相關(guān)的技術(shù)人員應(yīng)該嚴(yán)格按照不同金屬材料的操作標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)熱處理工藝科學(xué)的選擇，并在前期的準(zhǔn)備階段，來(lái)規(guī)避溫度與工藝對(duì)金屬材料所產(chǎn)生的變形影響，最大程度地降低發(fā)生變形的概率，為金屬材料的熱處理奠定良好基礎(chǔ)。

4.2 對(duì)工藝環(huán)節(jié)做好嚴(yán)格把控

針對(duì)金屬材料熱處理技術(shù)來(lái)講，對(duì)工藝環(huán)節(jié)做好嚴(yán)格的把控，可以從根本上降低金屬材料出現(xiàn)變形的問題。首先就是嚴(yán)格把控淬火的環(huán)節(jié)，其可以直接影響到金屬材料的質(zhì)量變化，這就需要技術(shù)人員學(xué)習(xí)先進(jìn)的熱處理技術(shù)，并將其運(yùn)用到實(shí)際操作中，通過(guò)對(duì)先進(jìn)的理念來(lái)對(duì)淬火環(huán)節(jié)優(yōu)化，不斷降低金屬材料在熱處理過(guò)程中出現(xiàn)的變形?，F(xiàn)階段，在金屬材料熱處理過(guò)程中較為常見的淬火介質(zhì)就是水與油，在實(shí)際淬火的環(huán)節(jié)中，需要工作人員對(duì)溫度做好嚴(yán)格的控制，將水與油的溫度做好嚴(yán)格把控，保障水的溫度在55℃～65℃之間，而油的溫度控制在60℃到80℃之間，只有對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的控制，才能充分保障在熱處理過(guò)程中，金屬材料可以均勻受熱，這也為后續(xù)的工序提供了保障，實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬材料性能的提升。

其次就是從冷卻的環(huán)節(jié)做好把控，由于金屬材料的種類不同，所選擇的冷卻方式也會(huì)出現(xiàn)不同，所以在金屬材料冷卻環(huán)節(jié)過(guò)程中，應(yīng)該針對(duì)不同金屬材料的情況，對(duì)冷卻方式作出科學(xué)的選擇。這就需要相關(guān)的技術(shù)人員對(duì)金屬材料充分的了解與掌握，明確不同金屬材料所需要的不同淬火技術(shù)，比如常見的單介質(zhì)淬火、分級(jí)淬火等等，由于不同的淬火技術(shù)所涵蓋的冷卻技術(shù)是不同的，而不同的冷卻技術(shù)均由不同的優(yōu)缺點(diǎn)，比如：?jiǎn)谓橘|(zhì)淬火優(yōu)勢(shì)在于自動(dòng)化的水平相對(duì)較高，在工藝實(shí)施的時(shí)候，整體的效果較為明顯，但實(shí)施的過(guò)程中，在冷卻速度方面存在劣勢(shì)，難以對(duì)速度作出有效地控制與管理。比如分級(jí)淬火技術(shù)的運(yùn)用，有點(diǎn)在于可以對(duì)盈利進(jìn)行降低，更好地對(duì)金屬材料的結(jié)構(gòu)完整性提供保障，但劣勢(shì)在于需要借助堿液、鹽液等，所以這一技術(shù)的成本相對(duì)較高。所以在對(duì)冷卻方式進(jìn)行選擇的時(shí)候，應(yīng)該充分結(jié)合金屬材料的特點(diǎn)來(lái)科學(xué)選擇，進(jìn)而規(guī)避金屬材料在熱處理中出現(xiàn)的變形。

4.3 有效運(yùn)用機(jī)械化加工技術(shù)

針對(duì)不同的金屬材料開展熱處理作業(yè)，作業(yè)的流程有著固定性的順序，由于不同金屬材料的性質(zhì)存在差異，所以針對(duì)不同金屬材料的熱處理作業(yè)方面，也應(yīng)該對(duì)流程與工序進(jìn)行差異化的對(duì)待。熱處理是金屬材料進(jìn)行加工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但金屬材料自身的特殊性，導(dǎo)致機(jī)械加工的工序?qū)饘俨牧系奶幚硇Чa(chǎn)生影響。所以在機(jī)械加工的過(guò)程中，應(yīng)該做好對(duì)余量的處理，通過(guò)對(duì)變形范圍來(lái)對(duì)工序做好研究，比如：經(jīng)過(guò)熱處理后的金屬材料，變形程度超出了預(yù)定的范圍，就需要針對(duì)變形的因素做好分析，并及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施進(jìn)行解決，這也為后續(xù)熱處理的開展提供的借鑒。同時(shí)，針對(duì)金屬材料熱處理的過(guò)程中，也應(yīng)該對(duì)零件結(jié)構(gòu)做到科學(xué)的配置，重點(diǎn)關(guān)注金屬零件的結(jié)構(gòu)，嚴(yán)格按照生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)對(duì)金屬材料控制。在實(shí)際加工生產(chǎn)的環(huán)節(jié)中，更應(yīng)該避免出現(xiàn)應(yīng)力集中的問題，以此來(lái)規(guī)避零件變形的情況。在冷卻速度方面，還應(yīng)該對(duì)金屬零件的對(duì)稱性保障，從設(shè)計(jì)階段入手，來(lái)規(guī)避溝槽等的出現(xiàn)。在材料的交界處進(jìn)行選擇上，需要更應(yīng)該從設(shè)計(jì)的角度來(lái)保障對(duì)零件結(jié)構(gòu)科學(xué)的配置，從而達(dá)到對(duì)熱處理過(guò)程中，金屬材料變形問題的有效控制。

5 結(jié)語(yǔ)

在對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理的過(guò)程中，會(huì)受到諸多因素的影響，導(dǎo)致金屬材料出現(xiàn)變形的現(xiàn)象，面對(duì)這一問題，應(yīng)該從準(zhǔn)備階段、工藝環(huán)節(jié)以及機(jī)械加工技術(shù)幾個(gè)角度做好嚴(yán)格的控制。并不斷提升相關(guān)技術(shù)人員的專業(yè)性，從人員操作的角度提高重視，進(jìn)而達(dá)到對(duì)金屬材料熱處理全過(guò)程的高效控制，規(guī)避熱處理過(guò)程中出現(xiàn)金屬材料變形的概率，保障加工過(guò)程中零件的質(zhì)量與性能，為金屬加工制造業(yè)的發(fā)展提供良好的保障與支撐，更好地推動(dòng)金屬加工制造業(yè)的全面發(fā)展。