赵敏

摘要：随着我国经济的快速发展，工业生产能力迅速提高，对机械精度和性能的要求越来越高。在实际工件制造过程中金属热处理工艺必不可少，其在改善材料各种性能的同时，不可避免地会出现热处理变形问题，会对金属工件的强度、精度、传输功率、振动、使用寿命等方面产生重要的影响。基于此，主要从金属材料热处理变形的影响因素入手，提出了相应的改进措施。

关键词：金属材料;热处理;变形;影响因素;控制

引言

热处理工艺是使各种金属材料获得优良性能的重要手段，但在处理过程中金属材料不可避免地会产生或多或少的变形，而变形则会对机械加工的后续工作产生至关重要的影响。目前要达到完全不变形是不可能实现的，但要尽量将变形量控制在允许的范围内。本文主要针对金属材料热处理变形的影响因素进行分析探讨，并提出有针对性的改进措施，旨在更好地促进金属材料加工领域的可持续发展，提高行业核心竞争力。

一、金属材料热处理过程中变形的种类

金属合金在热加工过程中发生形变是不可避免的，在多数的加工工艺过程中，会产生两种类型的形变。一种是比容形变，这种形变和金属材料中碳元素和一些微量的金属元素有关，通过研究人员的探究发现，金属合金材料的比容形变是普遍存在的，和铁素体、游离碳和比容变化的差有不可分割的关联。金属合金材料的比容形变具有各向同性，也就是说在一块均质的金属内部，在进行热加工的过程中，金属材料向不同方向上发生着相同的形变。发生比容形变后的合金会发生尺寸大小的明显变化;另一种金属材料热处理过程中的变形是内应力塑性形变，这种形变产生的原因是金属块的温度不均匀导致的，具体来说就是在热加工过程中金属块的不同位置温度不均匀，导致不同部位的冷却速度也不同，因此随着温度的下降，金属的不同位置发生着不尽相同的热胀冷缩相应，这种原因产生的不良形变就是热应力塑性形变。

二、热处理过程中影响金属材料变形的因素

1.温度的测量与控制

温度是热处理工艺规范中非常重要的工艺参数。若温度测量不准确，热处理工艺规范就得不到有效执行。温度的测量与控制对于保证产品的质量至关重要，其也是影响变形的关键因素。目前，我国针对金属材料热处理工艺的温度控制与检测能力还较为薄弱，无法准确地控制材料热处理过程中温度检测的精度，因而造成了金属材料结构在热处理过程中受到了损坏。

2.应力的影响

金属材料都具有特定的密度，在热加工的过程中，由于受热不均会导致金属材料的变形。一般情况下，金属的热加工要先进行加热，然后处于一段时间的保温期，之后在进行热加工。然而在加热和保温时，材料的内外以及不同的位置会产生温度的差别，这就导致了不同位置状态的不同，当低温处还是硬的状态时，高温处已经变软，这种应力的不同就会使材料产生不良的变形。

3.淬火的影响

金属材料加工的过程中，淬火是一个必不可少的操作。淬火可以使材料的性质发生改变，是材料的硬度变高，抗腐蚀性能变强等。在淬火的过程中一定要选择合适的淬火介质，可以控制金属材料的形变程度，这对提升加工品质是至关重要的。

4.预处理

在对金属材料进行热处理之前，为了彻底消除应力，一般都需要进行预处理。通常情况下，预处理采用的都是正火处理方式，受场地的限制，正火工艺的冷却过程多为堆叠冷却，由此容易导致加热炉内的金属材料冷却不均匀，进而造成组织不均，当对金属材料进行热处理时，变形则会不一致。除此之外，正火硬度过高、混晶、大量索氏体或魏氏组织等都会进一步增大热处理变形的可能性。

三、金属材料热处理变形应对措施

1.控制热处理温度

在金属热处理过程中，由于温度对金属材料变形有着重要影响，所以必须加强对炉内温度的精确控制，以满足热处理工艺的需要。具体方法：（1）提高炉内温度均匀性，特别是保证工件加热阶段的温度均匀性，有助于减小变形。（2）确保不同部位的零件以相同的速度升温，也能有效控制变形。（3）在加热前先进行预热，减少因升温过快而引起的温度分布不均匀，从而避免由此造成的变形。（4）在温度超过Ac3后，温度升高而导致内应力加大，增加了变形的可能性，此时降低工艺温度，缩短热处理时间，都会减少变形量。

2.减少热处理过程中的残余应力

由于残余应力对工件的形状、尺寸和性能有着极为重要的影响，故应加大研究力度，减少金属材料热处理过程中产生的残余应力。实现方法：（1）根据金属材料的不同性质，在其中添加一定比例的合金元素，不仅能够使金属材料的抗应力性能得到优化，还能延长金属材料的使用寿命，使其更好地适应热处理工艺的要求。（2）金属材料热处理前，需对金属材料本体缺陷进行处理，加大检测力度，如存在表面粗糙、划伤、裂纹等不利因素，应采用焊接、高温塑变等方式对金属材料进行修复，防止其在淬火过程中因热胀冷缩的作用力而引起变形或开裂，为后续的金属材料热处理提供保障。

3.合理淬火

在金属材料热处理工艺中，淬火是核心内容，会对变形产生直接影响。在实际热处理流程中，要高度重视工艺技术创新，降低淬火失误率。一旦淬火介质不合理，极易导致金属材料内应力失衡严重，最终造成变形问题。就淬火介质来看，主要包括水和油，因此必须要重视温度控制，以降低热处理变形几率。一般情况下，将水温控制在55℃-65℃之间，油温控制在60℃-80℃之间，保证淬火速度合理，改善冷却效果，确保金属材料热处理变形量得到明显减少。

4.改进冷却工艺

不同的淬火方式需要不同的冷却方式。在金属材料热处理淬火过程中，使用较多的是单介质淬火和双介质淬火，分级淬火等方式。以双介质淬火为例进行说明，金属材料使用双介质淬火方式进行淬火冷却，冷却过程分两个阶段进行。首先，将淬火后的金属部件放入快速冷却介质中冷却，这时金属部件温度快速下降到300℃，而后经过短时间的保温阶段，将淬火后的金属部件放入慢速度冷却介质中冷却，实现金属材料的两次冷却。两次冷却过程因冷却速度的差别所选用的冷却介质也会不同。冷却工艺中，对热变形影响最大的部分是快速冷却，因为快速冷却会提高金属内的拉力。

5.有效加工

在金属材料热处理过程中，机械加工环节需要保证余量存留的合理化，为金属材料变形量提供充足保证，淬火合格率也能够得到明显提升。由于夹装工具不同会对金属材料形状产生影响，因此在金属材料热处理操作过程中，要明确加工零件的要求及特点等情况，对夹装方式进行合理化选择，降低热应力不均衡而造成变形的几率。若金属材料加工过程中需要采取热处理措施，则需要保证金属材料具备形变的条件。要对金属材料变形规律形成正确认识，保证淬火变形合格率，切实提升金属材料质量，依據加工工件技术要求来衡量金属材料变形值，确保变形处于合理范围内。

结束语

综上所述，金属材料热处理变形受多种因素影响，每种因素变化都会或多或少地影响其变形度。因此，在选择热处理变形的控制方法时应具体问题具体分析，因地制宜，因时制宜，通过改进热处理工艺技术，采用科学合理的方式，才能确保在整个热处理过程中有效地控制应力对材料变形造成的影响，保证热处理产品的质量和合格率。

参考文献

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