金属材料热处理变形的影响因素与控制措施初探

姜传坤

【摘  要】金属材料是工业生产、社会生活中不可或缺的重要材料，对推动社会的发展，助科技进步，以及提升广大人民群众的生活质量起到了重要的促进作用。随着技术的进步，对金属材料的性能要求也越来越高，尤其是一些特殊领域的金属材料应用，对硬度、强度、形状、耐腐蚀度等都有严格的要求。因此，加强热处理工艺的改进与提升，采取有效的控制措施避免金属材料的变形就成为当前金属材料加工行业需要特别重视的问题。本文就金属材料在热处理过程中常出现的变形现象以及变形原因进行深入分析，并就金属材料热处理变形的预防和控制措施进行简单阐述。

【关键词】金属材料;热处理变形;影响因素;控制措施

1.金属材料热处理变形的主要原因

随着工业化水平的显著提升，对金属零部件的整体性能以及质量要求越来越高，金属材料的加工生产技术与管理过程也越来越先进和完善，但是金属材料在热处理中的变形问题一直是影响其质量的主要问题，引发金属材料变形的原因主要表现在两个方面：一是内应力塑性变形，金属材料在热处理时首先要加热至一定的温度，然后才能进行下一步的操作，但是由于工艺、技术、设备以及金属材质的原因有可能会出现加热不均的情况，就会导致金属工件出现变形，而在这个加工过程中会产生一定的内应力。在金属工件加工处理过程中，温度的上升与下降会使得金属工作处于塑性条件下，在这种条件下就会因为温度的变化而出现塑性变形现象。这是因为热胀冷缩的原理会对金属工件产生直接的影响，在业内将这种现象称之为塑性变形;除了塑性变形之外，还会出现比容变形现象，金属工件由于金属特性的不同，所需要加工的形状、硬度要求也就有一定的差异。但是在热处理过程中，不同相的比容会出现差异，这种差异会对工件的尺寸、形状产生直接的变化，这与金属本身所含的碳元素含量有关，当金属工件中的合金元素，或是碳元素处于游离状态时就会出现比容变化而导致变形。

2.金属材料热处理变形的影响因素

2.1温度变化造成的影响

所谓热处理，顾名思义，合适的温度是进行热处理的重要前提，但同时，温度也是导致金属工作变形的主要影响因素，温度影响金属工件变形主要是因为在热处理过程中，有工件受热不均匀而发生的变形，此外，当金属工作在热处理加工时温度降到一定的点时，被处理的金属工件高温强度会随着温度的下降而减少，相应的热应力以及组织应力也在降低，这种温度的变化就会导致金属工件出现变形现象。

2.2淬火介质所造成的影响

金属材料的材质极为丰富，不同的金属材料在进行热处理加工时，需要选择不同的淬火介质，在无数的实践中证明了淬火介质对金属工件变形的影响是显性的，淬火介质的质量、介质的搅拌方式、介质的搅拌速度等对金属工件的稳定性都有着直接的影响。所以，淬火介质的选择，以及在热处理过程中科学、规范的操作对于保证金属工件的质量尤为关键。

2.3预处理造成的影响

金属材料在热处理加工之前，必须先经过一道预处理工序，预处理的主要目的在于最大程度的消除金属应力。当前的预处理形式都是采用正火方式进行，但是正火处理方式会受到场地的限制，而且正火处理多采用堆冷的处理工艺，这种处理方式容易导致加热炉内的金属材料冷却不均匀，从而进一步导致内部组织不均，从而发生变形现象。除此之外，正火不当还会使金属材料产生魏氏组织，从而进一步增大了热处理变形的可能性。

2.4作业人员的影响因素

尽管当前对金属热处理工艺的实施要点与重点做出了明确的规定与指导，但是在实际的操作过程中还是会受人为因素的影响而导致加工过程的不规范，使金属工件变形，具体表现在操作过程中没有严格按照规范作业，疏忽大意且责任心不强，没有在处理过程中对金属工件的变化进行密切关注，对存在的问题没能及时发现，也就无法保证最终金属材料热处理的质量。

3金属材料热处理工艺中材料变形的控制措施探究

3.1谨遵三大原则，理性控制热处理变形：（1）遵守科学性的原则，就是采用科学的管理方法（科学精神、科学手段和科学理念）来应实施金属材料的热处理等。（2）操作简化原则，根据不同的环境和工况，制定优化热处理操作流程，降低工艺实施过程中操作失误率，切实提高容错率，从而实现热处理变形目标控制。（3）遵循实用性的原则，科学利用各种途径汇总整理实用的工艺操作方法，秉持實用性为根本，减少浪费，节约材料降低成本，保证热处理的有效性。通过保证质量实现实用性原则的最大化。

3.2合理选用合适的冷却介质，最常见的淬火介质就是水和油。水，其优点众多，但缺点也较为突出，水在500℃～600℃区间处于蒸汽膜阶段，冷却速度不够快。当金属材料温度在100℃～300℃时，水处于沸腾阶段，冷却能力过强，导致材料马氏体转变速度过快、内应力增大，当应力超过临界值时将使试样产生变形甚至开裂。因此，可通过在水中添加不同原料以达到克服水作为淬火介质的缺点。一般在水中添加食盐或碱等方式，可提高水溶液在高温区的冷却能力。另一种常用的冷却介质就是矿物油（机油、变压器油或柴油等），可通过不同配比混合使用，达到提升特性温度来增加淬火油在高温区的冷却能力，从而减少材料变形。

3.3加强热处理工艺中温度环节的精确把控，可有效减低热处理变形目标的影响。热处理工艺的特性来看，整个工艺其实就是一个温度变化调整处理。热处理主要利用加热炉来实现温度的控制，炉内温度是热处理工艺实现的重要参数之一。温度升高会使材料内部均匀性下降，从而引起变形量的加大，由此看出，温度均匀性可有助于减低材料变形量。通过不同方法和措施保证加热炉内材料各个部分均匀受热，并按要求提升至指定温度，使其达到渗碳要求，可以减小热处理变形，从而减小变形散差。切实落实各工艺阶段温度的精确控制，细化金属内部晶粒的措施，改变晶粒排列，提高金属材料的强度，从而减少变形。

3.4减少热处理产生的残余应力。热处理过程中由于塑性变形产生残留的应力，因为不能完全消除，会破坏金属材料表面的保护膜，残余应力值越高表现出有害就越大，会降低试样的实际抗拉强度或屈服强度，还会降低疲劳极限，缩短试样寿命造成脆性断裂。残余应力会导致试样在淬火时因热膨胀而产生应力集中，试样可能因而产生严重变形或开裂，为了避免热处理失败，就要求炉内温度温差不能超过±20℃/小时，保温时间不宜过长和过快，在热处理升温过程中要有缓慢升温阶段，也要有缓慢冷却阶段，这种方法是消除残余应力的有效方法。对此类有缺陷的试样也可以在热处理之前预先采取适当的修复措施。

4结语

工业生产制造业的高速发展，离不开需要高质量、高性能的材料，热处理的运用越来越广泛，已经不单单是一种材料处理手段，而是实现高性能、高经济工业企业所必须的科技。本文所述热处理影响因素分析及部分措施介绍，只是冰山一角，还需企业投入更多精力与人力，研究解决该工艺实施工过程中的问题，针对不同的材料，全面考虑其应用领域，总结探析出更加全面的解决方案。

参考文献：

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