基于金属材料热处理变形及开裂处理技术

李建国，陈艳辉

（1.郴州市中马汽车空调有限公司，湖南 郴州 423000；2.郴州市职业技术学院，湖南 郴州 423000）

对金属材料实施热处理，能有效改善其性能，满足后续制造加工要求。但金属材料在热处理过程中容易产生变形和开裂，影响后续加工制作时的正常使用。因此，有必要根据变形与开裂的影响因素，制定有效的预防及处理技术措施。

1 影响因素分析

金属材料经冷处理后，会使残留下来的奥氏体变为马氏体，导致金属的体积有所增加；而低温回火与时效将对金属变形造成以下两种影响：其一，马氏体分解且碳化物不断析出，导致金属的体积减小；其二，应力松弛，导致金属发生畸变[1]。

原始组织对金属有变形约束作用，通过调质处理，能对金属设计变形量进行控制，确保淬火变形变得规律，实现对变形的有效控制。热处理的目的在于对金属性能进行改善，包括抗氧化性及耐磨性。但热处理有效深度有限，为了使渗透层发挥应有作用，需在热处理以后进行磨削加工，这对金属而言，其变形纠正难度相对较大。

2 变形与开裂处理

在变形和开裂的预防处理过程中，首先需要遵循以下几项基本原则：其一，科学性原则，任何一项控制和处理措施的应用都要具备良好的科学性，只有这样才能发挥良好的处理效果；其二，易操作性原则，针对金属材料制定的变形和开裂控制措施要尽可能的便于操作，以免由于操作难度较大而难以达到预期的控制和处理效果；其三，实用性原则，这一原则是指要减少变形与开裂预防和处理的人力物力，并避免对金属材料完成热处理后的品质造成影响，确保热处理工艺发挥应有作用效果，为之后的加工制作奠定良好基础[2]。

2.1 做好处理前预处理

热处理的正火与退火将对金属产生的变形造成很大影响。在正火过程中，由于温度相对较大，会使金属内部变形明显增加，对此，在热处理开始前，需做好温度控制。通过实践，完成正火处理以后，可采用等温淬火这一方法来保证金属内部达到均匀，实现对变形的有效控制。另外，为保证正火处理达到良好效果，根据材料结构特征，对退火工艺进行科学合理的选取，以此温度梯度对金属造成的影响，使热处理过程中的变形得到有效控制，实现对处置质量及水平的有效改善[3]。

2.2 做好淬火处理

淬火冷却在热处理中是一道重要工序，如果在这一环节中所用淬火介质不合适，将使金属内部应力大幅增加，导致金属内部产生变形与破坏。对此，为了对热处理过程中淬火的有效控制，避免操作不当，需要从现有工艺方法入手，做好淬火处理。首先，在淬火冷却过程中，需要对淬火的速度进行严格控制，如果淬火的速度超出标准要求，则会使金属冷却无法达到均匀，导致金属产生变形。通常情况下，水油为最常用淬火介质，其在550℃～650℃的温度范围内的冷却速度为600℃/s，即便是在200℃～300℃的温度条件下，也能有270℃/s以上的冷却速度。在这一过程中，金属材料正完成马氏体转变，如果冷却的速度太快，将使金属产生变形或开裂。若在水中添加一定量盐、碱，还能进一步加快冷却速度，比如在550℃～650℃的温度范围内的冷却速度达到1100℃/s，但在200℃～300℃的温度条件下，冷却速度基本保持不变，基于此，盐水与碱经常用于碳钢冷却，但这也是导致金属变形和开裂的主要原因。

因此，在实际的淬火工艺过程中，需要尤其做好冷却，使用事宜的冷却介质[4]。

2.3 保证零件结构配置的合理性

在金属热处理及其冷却过程中，金属零件结构也会对其变形造成影响。因金属中厚度较大的部分冷却速度较慢，而厚度较小的部分冷却速度较快，所以实际生产中，应减小薄厚差。

为对过渡区中因应力集中产生的变形与开裂进行有效控制，需要使零件的界面保持均匀；未对由于冷却速度不均造成的变形进行控制，还需要使零件结构与其材料成本保持对称。零件结构设计时，需要尽量避免棱角和沟槽的产生。另外，在零件薄厚交界处与台阶处还要进行圆角的设置来过渡，对于厚度不均匀程度较大的零件，可通过预留加工量来有效处理[5]。

2.4 采用合适的装夹方式

为对金属在热处理过程中产生的变形进行有效控制，应保证加热与冷却的均匀性，使金属的热应力保持均匀，使生成的组织，其应力处在相对均匀的状态，为了达到这一效果，需要使用合理可行的装夹方式。比如，对盘类工件而言，需要和油面始终保持垂直，而对轴类工件而言，需要使用立装的方法。

针对且科学合理的使用垫圈，能起到保证应力分布均匀的作用，如支承垫圈与叠加垫圈。

2.5 加强机械加工控制

金属材料完成热处理后还要进行机械加工，根据金属材料具有的变形规律，可使用反变形方法及收缩端预胀孔方法，以此对金属材料由于热处理产生的变形进行控制。与此同时，在进入到最后一道工序后，需要对热处理造成的变形的允许量进行适当调整，变形量要根据上一道工序相应的加工尺寸进行明确和调整。对此，应根据金属材料自身变形规律，在热处理开始前做好对尺寸的预先修正，进而提高热处理质量，使经过热处理后的金属材料能够达到要求。

3 结束语

综上所述，对金属材料在进行热处理后产生的变形进行影响因素与处理方法的分析研究，能为金属材料加工制作提供可靠参考依据，尽可能减少变形与开裂的产生，使热处理这一工艺得到良好应用。

对相关技术人员，应持续研究和总结相关经验，明确热处理过程中变形控制需要遵循的基本原则，并根据热处理的具体情况，通过做好处理前预处理、做好淬火处理、保证零件结构配置的合理性、采用合适的装夹方式、加强机械加工控制，使经过热处理以后的金属材料其变形量处在允许的范围内，并防止开裂现象的发生。