金属材料热处理变形及开裂问题研究

李怀宇

摘 要：与传统金属材料相比，金属复合材料具有重量轻、延展性好等优点。金属复合材料也广泛应用于机械制造企业。机械制造企业在实际产品制造过程中使用金属复合材料可以有效地延长机械产品的使用寿命，但在金属复合材料的应用中还存在许多问题。金属复合材料的应用对操作熟练程度和生产环境提出了更高的要求。金属材料不规范的热处理环境也容易导致材料变形。企业必须重视金属材料的热处理工艺，避免机械制造过程中对金属材料质量的影响。

关键词：金属材料;热处理;变形;开裂问题;措施

1金属材料性能与热处理技术的关系

1.1金属耐久性与热处理应力

在应用过程中，如果金属材料在较长的时间内持续遭受外力，或者在较长的时间内处于易腐蚀的环境中，就会有开裂或者其他变化产生，所以研究金属耐久性与热处理应力之间的关系非常有意义。在实际热处理金属材料时，热处理应力及大小会对金属材料自身的耐久性产生很大影响，在这种条件下，只有尽量缩小各种热处理剩余应力对金属材料的影响，才能使金属材料的质量和耐久性得到更好的提升。

1.2金属材料疲劳性与热处理温度

在加工处理金属材料时，科学利用整体加工过程与热处理技术，可以在很大程度上提升金属产品的性能以及质量。在实际加工过程中，一旦在短时间快速冷却，金属材料可能因为受到过大的应力而出现断裂情况。为有效预防这类现象，在加工金属材料时工作人员应合理控制热处理温度，在合理范围内不断调整温度、找出温度的最佳值，使金属材料拥有更好的疲劳性。

2影响热处理变形的因素及优化措施

2.1影响热处理变形的因素

在实际工业生产中，采用了淬火、正火、回火、退火等多种热处理工艺。热作用是它们共同的基本过程，由加热、保温和冷却三个阶段组成。在實践中，整个过程可以用热处理周期、保温时间、冷却速度、加热速度、加热温度和保温时间等参数来描述。在热处理过程中，需要使用各种类型的加热炉。这些化学热处理炉（如回火、淬火、基本热处理退火、除氧、渗铝、脱氢或铬、氨、渗碳等）也进行了关键的技术热处理工作。因此，在热处理过程中，应严格控制炉内温度，重视温度测量。

在热处理工艺的相关规范中，对温度的要求非常严格。如果温度测量精度不够，就不能保证热处理工艺规范的有效实施，这将在不同程度上降低产品质量。准确的温度测量和控制可以有效地保证热处理过程的质量，减少金属材料的变形。

2.2减少热处理变形的措施

2.2.1保证加热顺序和冷却顺序的合理性

根据不同零件的结构特点，有针对性地规划零件的热处理顺序，可以在一定程度上减小热处理变形，抵消各零件热处理在相互作用下产生的变形，最终达到减小变形的目的。

2.2.2准备热处理

高正火硬度、魏氏组织、大量索氏体或混晶会改善锻件内孔的变形，可采用等温淬火或控温正火处理。

2.2.3采用合理的冷却方式

在影响变形的各种因素中，金属淬火后的冷却过程也非常重要。与冷油淬火相比，热油淬火能更有效地控制变形，一般采用100℃±20℃时的温度℃.由于油的冷却能力，变形也会发生变化，淬火油的混合速度和方式也会影响变形。金属热处理冷却速度较快。如果冷却不均匀，就会产生与冷却不均匀成正比的应力，产品变形更严重。

2.2.4选择合适的介质

在满足产品硬度要求的前提下，合理使用油基介质。相关研究表明，在相同条件下，油基介质需要较长的冷却时间，而水基介质的冷却时间相对较短。而且，与油基介质相比，水基介质的冷却特性更容易受到水温变化的影响。在相同的热处理条件下，油基介质淬火后的变形小于水基介质。

2.2.5采用机械化加工技术

金属材料热处理加工过程要求较高的规范性，因此机械制造企业可以采用机械化加工技术处理其中较为简单的环节，进一步提高操作工艺的规范性。建筑企业也能够将更多的人力与物力投入到金属材料的性能分析环节。同时，技术人员进行热处理加工过程要作出余量预留，为变形预留一定范围，减小金属材料变形最终造成的影响。

3热处理工艺及技术

3.1常用的热处理工艺

金属热处理的一般工艺包括退火、正火、淬火和回火。退火是将材料加热到能引起内部结构变化的临界温度，然后用炉冷却。正火也是一个类似的过程，但是正火的冷却是在空气中进行的，这样可以缩短冷却时间，达到更高的生产效率。淬火不同于退火和正火。它需要将被加热的材料保持一定的时间，然后尽快用油或水冷却。用这种方法加工的金属具有较高的硬度和脆性，在金属材料中会形成淬火应力，导致金属开裂。因此，在实际应用中，应与回火处理相协调。回火是将淬火后的金属重新加热到临界温度，然后用空气冷却。

3.2特殊热处理工艺

（1）激光热处理技术。近年来，激光以其穿透力强、亮度高等优点得到了广泛的应用。在金属热处理技术中，在处理一些硬度较高的金属材料时，利用激光技术可以很好地完成相应的工作。在实际应用中，人们大多借助计算机对激光热处理过程进行控制，使其具有较高的自动化程度，有效地提高了处理效率。

（2）真空热处理技术。在金属材料的处理中，真空热处理技术也得到了广泛的应用。它主要是通过真空环境对金属进行热处理，效率高，因此在节约时间和成本方面具有优势。另外，利用该技术可以有效控制加工过程中的有毒废气，具有良好的环保效果。

（3）薄层渗透化学处理技术。该技术是利用化学处理对金属材料进行加工，从而对金属材料进行薄层渗透，使材料具有较高的韧性。由于该技术只能完成对材料表面薄层的渗透，不仅可以提高金属材料的性能，而且可以提高处理效率。

（4）超硬涂层技术。在当前金属材料的热处理中，超硬涂层技术得到了广泛的应用。采用该技术可以在很大程度上提高金属表面的硬度，延长材料的使用寿命。另外，该技术可以使材料具有更高的综合性能，从而优化材料的利用效果。目前，超硬涂层技术的应用需要计算机的辅助。该技术对材料加工过程有较好的监控效果，能有效提高最终加工效果。

（5）利用CAD（ComputerAidedDesign，计算机辅助设计）进行的热处理。这种金属热处理技术在现阶段也较为先进，能够将金属热处理过程通过计算机进行仿真模拟，通过现代智能的方法来取得热处理的效果。这种金属热处理过程能够科学地预见最终的结果，并且对过程中可能出现的问题进行分析、技术处理，能够避免很多不必要的麻烦。

（6）振动时效处理工艺。这种工艺主要是运用振动的原理来开展金属材料热处理。在处理完成后会明显提高金属材料的稳定性，同时有效避免材料变形的情况。

结论

金属材料的热处理工艺可以有效地提高金属材料的性能，社会各界对金属材料热处理工艺的重视程度也在不断提高。机械制造企业应合理控制金属材料热处理的各个环节，了解金属材料热处理变形的影响因素，采取合理措施控制金属材料热处理变形，从而提高工艺材料热处理操作工艺的使用质量。

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