浅谈金属材料热处理变形的影响因素与控制策略

吕旺兴

【摘  要】随着近年来我国经济的转型升级以及人们对产品消费升级的需要，对各类产品的品质提出了更高的要求。而作为各类工业品或消费品中重要组成部分的金属材料应用十分广泛，已渗透到国民经济的各行各业之中。为了提升金属材料的相关性能，则需要通过采用加热、冷却等适当方式的处理来实现金属合金内部结构及组织的变化，从而达到某一特定的目的。在这个过程当中，金属材料不可避免的要发生细微的形状变化。如何控制和确保其变化在一定的程度范围内，则直接对产品的强度、使用寿命和精度等都起到了决定性的影响，而成为大家关注的焦点。

【关键词】金属材料;热处理变形;影响因素;控制策略

中图分类号：TG157文献标识码：A

1、金属材料的特殊性能

金属材料的性能决定了其应用范围和应用的合理性。具体来说，金属材料的性能分为四个方面：力学性能、化学性能、物理性能、工艺性能。金属材料在载荷作用下的力学性能称为力学性能或力学性能。常用的机械性能有强度、塑性、硬度、冲击韧性、多重冲击抗力和疲劳极限等。化学性能是用来反映一种材料和各种化学试剂发生化学反应的可能性和反应速度大小的相关参数。在金属的化学性质中，尤其是耐蚀性在金属的腐蚀疲劳损伤中起着重要的作用。物理性质是材料本身特有的特性以及可以承受热、电、磁等作用所表現的能力。如密度、熔点、导热性、导磁性、导电性、热膨胀性等。工艺性能是指材料适应实际生产工艺所要求的能力，也可以称工艺性能为加工性能。工艺性能往往是由多种因素的综合作用决定。

2、造成金属材料热处理变形的主要因素

2.1金属材料内部成分与应力的影响因素

在金属材料热处理加工过程中，金属材料内部的组织成分也是引起金属材料变形的影响因素之一，在淬火或城中，金属材料内部成分会出现变化，一些碳化物被析出，这样会减小金属材料的整体体积，同时也会改变金属材料的原始强度，最终引起金属材料变形量提高，金属材料出现变形的问题。对金属材料进行热处理可以提高金属的抗氧化能力，并且提高金属材料的抗磨损能力，利用热处理技术改变金属强度的同时，也会在热处理的过程中提高金属的应力，当应力超出金属材料的屈服强度时，金属就会出现变形。另外在热处理的加工过程中，应力产生的位置也有所不同，不能平衡金属材料中应力的分布，也是造成金属材料热处理变形的原因之一。

2.2时效处理阶段引发金属变形的因素

在对金属材料进行时效处理的阶段，需要将经过固溶热处理的金属材料放在高于常温的环境中静置，让金属材料逐渐析出其中的碳化物，进而提高金属的硬度，但是在析出碳化物的过程中，金属材料可能会出现体积变小的问题。另外在金属材料温度下降，的过程中，金属内的应力会逐渐变小，随着应力减小，金属也可能会出现变形的可能。

3、金属材料热处理技术的操作原则

3.1保证操作的科学性

金属材料热处理工作需要保证操作的科学性，热处理操作应该建立在科学的基础上，根据不同属性的金属材料，合理的做出检测分析，保证金属材料信息获取的准确性、完整性。掌握了准确的分析数据后，再制定相应的工艺标准和工艺流程。金属材料热处理工作需要保证充分的技术支持，技术人员应该对工艺流程加以监督，根据情况给予相应的技术指导，进而保证热处理工艺的规范性和科学性，最终实现提高金属材料热处理变形控制水平的目的。

3.2营造良好的生产环境

良好的生产环境是保证加工生产质量的基础之一，从事金属材料加工生产的工厂往往需要建立在城市的近郊，这样才不会对城市环境产生影响。为了提高金属材料热处理变形控制能力，必须消除环境因素造成的影响，这样才能更好的控制金属材料的应力，最终减少金属材料变形问题的发生。应该提高工厂的硬件支持水平，保障生产中有先进的设备支持，进而降低热处理难度，保障加工各个环节的工艺质量，最终达到提高加工生产水平的目的。

4、金属材料热处理变形的控制策略

4.1热处理前进行预处理

实际上，金属材料出现变形并不单单是热处理时才会出现，其他工艺如正火、退火等都会造成金属变形。在进行金属材料热处理时，由于正火中温度较高，容易造成金属材料的内部组织变形，因此，可以先进行预处理，控制温度的正火处理最适当。做好正火处理工作后，可适当选择相同温度的淬火处理方式，加强金属内部结构均匀性，实现控制变形目标。除此之外，还刻意通过打开退火工艺，根据金属材料自身组织特征，选择适当的退火工艺。退火工艺的应用能够降低金属材料受温梯度的影响，在金属材料在处理期间控制其变形，这种方式还能对金属材料的热处理质量水平提供保障。

4.2淬火处理工艺

金属热处理中较重要的一项环节就是淬火处理工艺，在这一过程中如果引入淬火介质不适合，会造成金属材料内部应力增加，进而造成内部应力变形。要想处理淬火处理中出现的问题，就需要技术人员充分重视淬火处理工艺，并从现有工艺出发，进行适当的淬火处理工艺。通常情况下，金属材料淬火冷却过程中，要合理控制淬火速度，当淬火速度过快将会造成冷却不均匀，金属材料也容易变形。淬火常用的介质为水油，当水温在500～600℃时，冷却速度可以在每秒550℃，当水温在200～300℃时，冷却速度可以选择每秒约270℃。这一过程中金属材料会出现马氏体转变，当冷却速度较高时，会造成金属材料变形。当在水中加入相当量的碱或盐时，冷却速度将会迅速提升，比如，上述的水温在500～600℃时，冷却速度可以在每秒550℃迅速变化为每秒1100℃[2]。因此，水、盐水以及碱水在碳钢淬火冷却时作为介质的情况较多，但也可能会出现变形和开裂的状况。

4.3零件结构合理配置

金属材料热处理和冷却时，还会受到零件结构影响，进而产生变形的情况。金属材料较厚的地方冷得慢，薄处冷得快，在实际生产中要减少薄厚差异，尽可能控制过渡区域内应力集中产生的变形情况。当金属材料出现开裂状况时，要采取措施确保零件截面的均匀分布，科学控制冷却速度不均匀而造成的变形。零部件和材料组织成分要呈现对称性，才能更好地确保应力的均匀性。因此，在设计零部件时，要避免有沟槽及棱角出现，造成薄厚不均匀的情况。

结束语

综上所述，金属材料热处理技术是提高金属材料性能的重要加工技术，控制好热处理中的各个工艺环节的工作质量，减少金属材料热处理变形的发生，有利于企业节省成本，进而提高企业的收益，促进企业的进一步发展。随着社会的发展、科技的进步，城市建设和工业生产对金属材料的质量要求更高，需要金属材料具备更高的强度及耐久度，这也就需要金属生产加工企业有着更高的技术水平，这样才能满足市场需求。因此，提高金属材料热处理技术水平是至关重要的，也是企业为了更好的应对未来市场首先要做到的。

参考文献：

[1]张红霞.金属材料热处理变形的影响因素和控制策略[J].世界有色金属，2019（02）：150+154.

[2]史超.金属材料热处理变形的影响因素及控制策略[J].南方农机，2018，49（19）：158.

[3]王利荣.浅谈金属材料热处理变形的影响因素及控制策略[J].世界有色金属，2018（02）：226-227.

[4]吴江涛，潘海宏，王云龙，杨学山.金属材料热处理变形的影响因素与控制策略[J].世界有色金属，2017（19）：236+238.

[5]高静，申志敏.金属材料热处理变形的影响因素与控制策略[J].应用能源技术，2017（06）：12-14.

（作者身份证号码：330621198111294257）