金属材料热处理变形的影响因素与控制

2019-02-10刘旭升

世界有色金属 2019年13期

刘旭升

（商洛学院，陕西商洛 726000）

金属复合材料与传统金属材料相比，有着明显的优势，如质量轻、抗压能力强、延展性好等，相信机械制造行业中将大范围普及金属复合材料，因此复合材料已经逐渐代替传统的单一金属材料被更广泛的应用于机械制造中。金属材料热处理，本质上就是加工金属材料的工艺，经过各个环节热处理，提高金属材料的各项性能，通过热处理的金属材料制作成的机械设备，可以强化抗磨损性能，延长设备使用寿命。但金属材料热处理过程中容易出现变形问题，变形严重时直接造成材料开裂，影响到材料质量，文章就此展开论述。

1 金属材料热处理变形的主要因素

机械设备生产中零部件作为主要组成部分，直接影响到设备制造质量。零件设计、选材时要考虑综合性能，这对产品热处理提出更高要求。金属材料热处理时型变为较为常见，也是处理过程中较难克服的问题。造成金属材料热处理变形的问题可以分成两点。

（1）内应力塑性变形原因。金属材料部件热处理时，需要经过加热、保温及冷却三个阶段。加热与冷却过程中容易出现不均匀的情况，金属材料固态相变不同时，使得材料内部出现一定内应力。受到内应力作用影响，金属工件产生塑性变形。实际中依据应力原因分成热应力塑性与组织应力变形两种。前者主要集中在加热与冷却环节中，后者热处理时内部相变时间差异造成的。

（2）热处理比容变形原因。金属材料构件热处理时，受到金属内部组织相不同，相变时容易出现体积、尺寸等微小变形。比容变形与很多因素存在关系，如材料内部含碳量、铁素体含量等。对比比容变形与内应力变形，呈现出变形方向不确定性。通常组织结构呈现出均匀的，不同方向上的比容变形相同。此时，材料比容变形和热处理次数及工艺之间并不存在明显关联。

2 金属材料热处理技术操作基本原则

金属材料热处理过程中遵循基本原则，减少热处理变形发生的可能，为类似研究提供借鉴。

（1）操作科学合理原则。金属材料构件热处理时，要保证热处理操作的科学性，选择合适的热处理工艺，依据金属材料属性并对其全面检测，获得详细、准确的金属材料各项指标。在此基础上制定完善的工艺标准与流程，因此热处理要保证技术支持，全面监督技术流程，保证热处理工艺的规范性与科学性，实现控制热处理形变的目的。

（2）良好生产环境原则。保证加工生产质量的原则之一就是良好生产环境，进行机械生产的工厂通常设置在城郊附近，这样不会影响到城市生态环境。只有消除环境因素的影响才能控制热处理变形控制，减少材料热处理过程中出现变形的可能。同时，提升工厂硬件水平，发挥先进生产设备的优势，降低材料热处理难度，促进生产水平提升。

（3）熟练操作基本原则。通过提升操作人员技术水平的方式提高加工生产水平，同时引入先进生产设备，并组织技术人员定期参与培训。提升技术人员操作水平，可以帮助技术人员了解金属材料的各项性能指标，并选择合适的热处理工艺，对热处理工艺流程进行规范与优化，提升金属材料构件生产质量，降低热处理形变的可能。

3 控制金属材料热处理变形的具体措施

金属材料和热处理工艺较为复杂，要求操作者全面分析金属材料与热处理工艺，并合理运用热处理工艺，控制材料热处理中的应力，避免影响到金属构件质量，夯实机械设备的基础。

（1）预处理环节质量控制。金属材料构件通过正火处理后，可以提升材料均匀性与结构完整性，这样可以最大程度减少热处理引发的内应力，最大程度减少材料变形的可能。实际材料加工时，通过退火处理的方法减少材料热处理过程中可能的变形，达成优化热处理工艺效果，促进金属材料热处理工艺效果的提升。

（2）淬火环节的质量控制。金属材料热处理环节的核心内容就是淬火工艺及选择，直接影响到整个材料热处理的效果。如果淬火环节选择的淬火介质不合理，会造成实际淬火时材料内部应力出现异常性改变，进而影响到材料的结构与形状。材料热处理过程中，控制各个环节的质量，避免操作失误的出现，要求技术人员及时创新与革新。此外，材料淬火过程中要对冷却速度进行调整，保证淬火时材料变形量不会大幅度增加。同时，常用的淬火介质种类较多，主要包括水和油。在使用水油进行淬火时，当水油的温度在450℃～550℃之间时，其冷却速度为500℃/s，当水油的温度降低到250℃～350℃时，其冷却速度为280℃/s。使用盐水作为淬火介质，会让冷却速度提升，通常盐水的冷却速度是水油的2倍，使用盐水作为淬火介质时，应该根据金属材料对冷却速度的要求，合理的控制淬火介质的温度，进而避免因冷却速度过快造成的金属材料变形。

（3）选择合适的冷却方法。在对不同金属材料使用热处理工艺时，应该根据金属材料的不同属性，选择更加适合的淬火方法，淬火方法较为常见的有单液淬火法和双液淬火法。而使用双液淬火法是利用冷却速度较高的淬火介质进行金属材料的冷却，当金属材料达到350℃左右时，在放入另一种冷却速度较慢的淬火介质，最终让金属材料达到常温。使用双液淬火法可以更加准确的控制金属材料的冷却速度，进而避免冷却速度过快造成的变形问题。

（4）热处理其他注意事项。加热和冷却过程中的不同方式对工件的形状有不同的影响。根据工件的实际情况，选择夹紧方式和夹具类别，以减少工件由于热应力不均匀变形。另外，在实际应用过程中，根据应用要求和夹紧方式的特点已经改变。如果在热处理过程中处理金属材料，则必须在热处理之前留在加工过程中，以确保热处理期间材料变形量足够。热处理完成后，工件必须根据其实际变形规律进行加工，以促进材料变形率的进一步提高。同时，在热处理过程中，变形值必须满足工件的要求和要求，并根据实际变形来确定工艺的尺寸。