李永祥 方健

摘要：热处理是金属材料加工的主要工艺环节，能够有效提升金属材料制作产品的质量与使用寿命，满足金属材料零构件加工制作需求。在实际过程中，对金属材料进行热处理，会在金属内部留下残余应力，引起金属制作表面开裂等问题。因此，本次研究根据金属热处理及残余应力本身，对金属热处理残余应力与开裂时效之间的相关性进行分析，把握这一相关性，提出针对残余应力、开裂失效的应对措施，有效解决这一问题，提升金属热处理加工对产品质量，同时也为金属加工行业的发展提供有价值的参考资料。

关键词：金属;热处理;残余应力;开裂失效;相关性

随着现代工业制造业的快速发展，各个行业对金属材料的需求量逐渐增加，对金属产品的品质与性能要求也日益提高，如何提升金属产品的整体品质，满足人们的需求，是进一步提升工业制造业水平的主要方向。在实际过程中，金属的热处理是极为重要的环节，也是促使金属内部产生热处理残余应力的环节，残余应力的存在容易引起金属产品表面的开裂失效，降低金属产品品质。工作人员要加强对热处理残余应力与开裂失效的之间关系的把握，灵活运用这层关系，加强对金属件的处理力度，精准调整参数，灵活实用技术，从而改善表面开裂失效情况[1]。

一、金属热处理及残余应力概述

金属材料的热处理是常见的金属加工工艺，具体程序包括：退火、正火、淬火、回火，需要控制金属材料加热到温度临界点，暂缓一段时间之后继续进行加工处理。通过热处理工艺，能够有效提升金属材料的整体性能，一些网状碳化物、细小的颗粒物会残留在金属上，消除金属的内部应力，从而提升金属材料的强度与韧性，促使其能够满足工业制造业中的不同零部件加工需求。采用热处理工艺，还可以有效提升金属材料的力学性能，辅助材料更换的抵御局部变形情况，减少开裂[2]。

残余应力就是指金属材料通过热处理工艺之后，热应力与相变应力叠加之后形成的应力，也可以称为内应力。残余应力可以细化分为宏观残余应力与微观残余应力，前者会引起金属材料的变形，后者会作用于金属内部。残余应力是金属经过热处理之后仍然保留在金属材料内部的应力，在不同的热处理加工条件之下，其呈现出不同的情况，是一种极为不稳定的因素，会降低金属的抗疲劳性能、抗开裂性能，缩短金属材料的使用周期。

二、金属热处理残余应力与开裂失效相关性

根据上述概述可以看出，残余应力是金属热处理加工之后残留的不稳定因素，其会引起金属材料抗开裂性能的降低，也就是会引起金属材料表面出现裂缝与开裂失效的情况。关于热处理残余应力与开裂失效之间的内在相关性，可以分别从如下两方面来看。

一方面，残余应力会引起金属材料的开裂失效。在实际过程中，热处理残余应力引起金属材料的开裂失效，其原因是多样的，从拉应力的角度来看，当金属材料内部存在残余应力，会出现多向应力同时存在的局面，若其中的最大应力为拉应力，则金属材料会出现开裂失效。从残余应力的体系角度来看，与其他的体系一样，残余应力的体系也存在临界值，若金属材料所承受的应力总值小于临界值，则不会出现开裂;若金属材料所承担的应力总值大于临界值，则会出现开裂。从材料角来看，不同金属的金属材料其内部产生残余应力的情况不同，也会出现不同的开裂情况。一般情况下，纯金属很少会由于残余应力出现开裂，而合金这一金属材料则极容易出现开裂，这是由于合金中存在各种微小偏析成分。由此可见，存在越多杂质的金属材料越容易由于残余应力而出现开裂的情况[3]。

另一方面，金属热处理残余应力引起的开裂，由于不同的残余应力情况会出现不同的开裂影响。在金属产品的使用过程中，其承受的工作应力与残余应力叠加，会促使金属产品的残余应力重新分布，出现二次变形的情况。且金属产品使用过程中，会受到工作环境中温度因素、介质因素与残余应力的影响，促使金属产品的抗开裂能力、抗腐蚀能力有所下降。从拉应力角度来看，拉应力是开裂的必然条件，拉应力引起的裂纹扩展速度会直接影响金属材料的开裂失效;若拉应力较大，则会加速金属材料的裂纹产生，促使金属材料发生开裂。可以说，拉应力越大，金属材料的使用周期较短。从残余应力角度来看，金属材料表面残余应力控制裂纹的萌生，对于金属的开裂失效具有重要影响。局部应力是外部应力与残余应力的总和，若局部应力对于临界值，则金属产品不会开裂，若局部应力超过临界值，则会发生开裂;若残余应力大于负荷应力，也会引起金属材料的开裂失效。

三、金属热处理残余应力与开裂失效相关性对策

（一）加强对金属件的处理

为了利用残余应力与开裂失效相关性，提升金属产品质量，建议要加强对金属件的处理，优化设计金属材料的加工工艺流程。在这一环节，工作人员要充分考虑多种因素，分析热处理引起的形变问题，采用校直的方法应对工件变形。若不能够依靠校直方法处理，则需要保证金属工件具备充足的加工余量，避免出现由于热处理不当引起的工件变形。在设计环节，需要在满足金属工件加工目标的情况下，适当保留截面力量的均匀分布，避免在热处理之后出现内部残余应力分布不均匀的情况[4]。

（二）精准调整参数与技术

为了利用残余应力与开裂失效相关性，提升金属产品质量，建议要保证热处理工艺参数的精准性，加强对冷却技术的应用。热处理工艺技术参与包括加热速度、加热温度、保温时间与冷却速度，工作人员需要计算金属加工工件的厚度，根据加工目标的性能需求，选择合适的冷却速度与保温速度，保证金属材料能够在被制作成为工件的过程中有均匀的组织转变时间，适当降低金属工件中的残余应力留存量。之后，要加强对冷却技术的使用，可以根据金属材料的尺寸、微观原子结构、金属材料的材质（合金、纯金属、含纤维金属等）选择不同的冷却技术[5]。

（三）采取残留应力的解决措施

为了利用残余应力与开裂失效相关性，提升金属产品质量，要采取针对性措施适当减少金属材料中的残余应力，以此降低发生开裂失效的概率。在金属的热处理环节，由于多种因素影响会产生内部残余应力，大量的残余应力积聚会破坏金属表面保护膜，引起金属的变形与开裂，造成不必要的浪费。为了解决这一问题，工作人员可以在加工环节适当在金属材料中加入不同性质的合金元素;还可以对金属材料本身的缺陷进行处理，解决实际问题。另外，工作人员还要对热处理过程中的温度、环境湿度等进行控制。

结语：

综上所述，金属热处理残余应力是引起金属产品表面开裂失效的主要原因，也会降低金属产品的整体质量。在金属热处理环节，残余应力一种金属材料的不稳定状态，且金属材料类型不同、加工条件不同、热处理工艺不同，所引起的残余应力也会发生变化。这就需要工作人员结合金属热处理的具体工艺与情况，把握残余应力与开裂失效之间的关系，精准调整热处理的工艺参数，对残余应力采取针对性解决措施，有效减少材料的浪费，提升金属加工生产效率。

参考文献：

[1]周永强.35CrMo钢圆柱销纵向开裂原因分析[J].金属热处理，2021，46（04）：239-242.

[2]徐红梅.金属材料热处理变形及开裂问题研究[J].冶金与材料，2021，41（02）：39-40.

[3]戚玉轩.金属材料热处理过程变形及开裂问题分析[J].冶金与材料，2020，40（05）：168-169.

[4]張均红.浅析金属材料热处理过程变形及开裂问题[J].中国金属通报，2020（09）：172-173.

[5]赵梅春，孙志辉.金属材料热处理变形及开裂问题研究[J].世界有色金属，2019（15）：148+150.