金属材料热处理变形的影响因素与控制策略

张永军

（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 730207）

金属合金分为有色金属和黑色金属两种，显示亮黑色的质感，具有一定的导热性能和延展性。随着我国经济社会的快速发展和装备制造产业的升级，金属合金材料的加工和应用也越来越多。之所以机械制造和装备制造工业广泛的应用金属合金作为主要的材料，就是因为金属合金具有可塑性好，价格合适和耐久性高等优良特性。在可塑性的加工过程中，我们比较常用的就是热加工，金属热加工可以使金属变成我们想要的形状和规格，但是也存在着一些缺点，比如说不当的温度处理，可能会伤害到金属本身的性质，导致加工的零件和机械的强度降低，影响设备的运行和质量，对企业造成不可估量的损失。所以在金属合金的热加工过程中一定要掌握好机加工和温度变形间的有机联系，精确地控制好加工过程中的范围和尺寸，按照高标准进行生产，可以避免很多问题的出现[1]。这也是提高后续设备质量品质的有效管控方法，是我国工业进步的和发转的趋势。在这篇文章中我们对金属合金热处理过程中容易出现的问题和出现问题的影响因素展开了分析，并且讨论了一些符合实际的解决办法，保证了金属材料热加工过程中的效率和质量。

1 金属材料热处理过程中变形的种类

金属合金在热加工过程中发生形变是不可避免的，在多数的加工工艺过程中，会产生两种类型的形变。一种是比容形变，这种形变和金属材料中碳元素和一些微量的金属元素有关，通过研究人员的探究发现，金属合金材料的比容形变是普遍存在的，和铁素体、游离碳和比容变化的差有不可分割的关联。金属合金材料的比容形变具有各向同性，也就是说在一块均质的金属内部，在进行热加工的过程中，金属材料向不同方向上发生着相同的形变。发生比容形变后的合金会发生尺寸大小的明显变化；另一种金属材料热处理过程中的变形是内应力塑性形变，这种形变产生的原因是金属块的温度不均匀导致的，具体来说就是在热加工过程中金属块的不同位置温度不均匀，导致不同部位的冷却速度也不同，因此随着温度的下降，金属的不同位置发生着不尽相同的热胀冷缩相应，这种原因产生的不良形变就是热应力塑性形变。

2 热处理过程中影响金属材料变形的因素

2.1 冷处理过程的影响

在金属加工过程中应用热处理时，往往会出现低温回火，还有就是时效性的，这两种情况的产生都会造成金属材料的变形，对金属加工产生不利的影响因素。时效性的发生和低温回火的存在会是金属合金材料发生碳的析出和马氏体的分解[2]。在后续的加工过程中，如在淬火时，金属中的奥氏体转换成马氏体，导致金属的变形和体积形变，对材料的质量和制造的设备的可靠性产生不良的影响。

2.2 应力的影响

金属材料都具有特定的密度，在热加工的过程中，由于受热不均会导致金属材料的变形。一般情况下，金属的热加工要先进行加热，然后处于一段时间的保温期，之后在进行热加工。然而在加热和保温时，材料的内外以及不同的位置会产生温度的差别，这就导致了不同位置状态的不同，当低温处还是硬的状态时，高温处已经变软，这种应力的不同就会使材料产生不良的变形[3]。

2.3 原始组织影响

金属热处理过程中受到合金元素纤维方向和碳化物形状等的影响，金属材料会在淬火时产生一定的影响。这些就是原始组织的影响，在现代的热处理过程中一般都加入了化学方法，在化学方法处理后，金属材料的原始组织会变得更加的有规律。因此，就会使热变形的程度变小并且使金属表面的耐磨性等性质得到提高。

2.4 淬火的影响

金属材料加工的过程中，淬火是一个必不可少的操作。淬火可以使材料的性质发生改变，是材料的硬度变高，抗腐蚀性能变强等。在淬火的过程中一定要选择合适的淬火介质，可以控制金属材料的形变程度，这对提升加工品质是至关重要的。

2.5 预处理的影响

预处理可以在一定程度上消除应力，是金属材料热加工过程中经常采取的处理方式，如果没有进行预冷，在材料进行正火时就会产生冷堆的情况，内部和表面的温差会产生极大地变形，从而影响热处理的效果，也会使加工出的产品品质出现问题。

3 金属材料热处理技术使用过程中需要遵守的原则

随着近年来金属材料使用趋于频繁，为了提高应用金属材料以后的成效，热处理技术被逐渐应用于金属材料。金属材料热处理技术虽然对金属材料的使用效果有一定的提升，但金属材料在热处理过程中会出现变形的状况，因此会对热处理过程应用于金属材料造成一定的阻碍。为了有效地避免金属材料热处理变形现象的发生，金属材料热处理技术使用过程中需要遵守一定的原则。

3.1 规范操作原则

金属材料热处理技术使用过程中，热处理变形现象的发生会大大降低热处理技术的优越性。而在金属材料热处理时变形现象的发生的部分原因可以归结为工作人员操作失误。因此应用热处理技术处理金属材料时，工作人员应提前进行培训以具备有关金属材料方面的专业知识。首先工作人员针对不同的金属材料选用不同的热处理技术，选定适宜的热处理技术后便可以规划详细、规范的热处理流程，使热处理后的金属材料性能更优。其次，设立相应的监督机制，确保工作人员热处理操作的规范性。

3.2 减少环境干扰原则

金属材料热处理技术的施工环境要求相对严苛，既要保护外部环境也要减少外部环境对金属材料热处理变形的影响，这样热处理后的金属材料实用性才会达到最好。现阶段，我国金属材料处理选址大多均在偏僻的郊外，遵循了减少环境干扰的原则，在大大提高企业的生产效率的同时减少金属材料热处理变形状况。

3.3 人员定期培训原则

从事金属材料热处理的工作人员规范操作需要依靠工厂对工作人员进行阶段性的培训，以加强工作人员对金属材料热处理知识的认知和巩固，在保障工作人员对金属材料热处理技术的熟练程度同时使企业可持续健康发展。

4 金属材料热处理变形的控制策略

4.1 改进淬火工艺

热处理技术应用于金属材料的工艺过程中，淬火是其中重要且关键的一个环节。熟练操作淬火工艺对金属材料热处理技术的应用是非常重要的。传统的淬火工艺已经不能满足人们对于生产技术的要求，随着社会的发展被逐步淘汰。淬火工艺中使用的淬火介质主要有油和水等，针对不同金属材料选用合适的淬火介质来控制金属材料热处理变形状况。如今，淬火工艺的改进与革新成为企业急需解决的问题，企业应该引起高度的关注并在合适的热处理技术上合理调控温度，从而避免淬火工程中出现的麻烦提高淬火效率。在大多数情况下，淬火介质为水时的水温为55℃～65℃，淬火介质为油时的油温为60℃～80℃，将淬火速率调控在正常范围内，有效避免金属材料热处理变形。

4.2 改进冷却工艺

金属材料热处理工艺中，除了淬火工艺以外，冷却工艺的合理改进对金属材料热处理变形现象的降低也起到关键性的作用。热处理过程冷却工艺的操作需严格按照制定的方案实施，从而大大避免冷却过程中热变形现象的出现。不同的淬火方式需要不同的冷却方式。在金属材料热处理淬火过程中，使用较多的是单介质淬火和双介质淬火，分级淬火等方式。以双介质淬火为例进行说明，金属材料使用双介质淬火方式进行淬火冷却，冷却过程分两个阶段进行。首先，将淬火后的金属部件放入快速冷却介质中冷却，这时金属部件温度快速下降到300℃，而后经过短时间的保温阶段，将淬火后的金属部件放入慢速度冷却介质中冷却，实现金属材料的两次冷却。两次冷却过程因冷却速度的差别所选用的冷却介质也会不同。冷却工艺中，对热变形影响最大的部分是快速冷却，因为快速冷却会提高金属内的拉力。

4.3 合理加工

金属材料热处理技术应用过程中，离不开机械设备的使用。运用机械设备进行加工时，要将金属材料热变形量考虑在内，从而对金属材料进行合理加工并有效增加淬火后的合格品数。在加工金属材料过程中，需要对金属材料的加工需要和金属本身特点进行充分的了解，从而选用机械夹装的方式。工作人员要正确认识到各种金属材料的形变规律，运用相应的热处理措施，保障金属材料热处理的正确实施。通过对金属材料热处理变形值的估量，从而降低金属材料的热处理变形。

5 结语

现代社会中，金属材料的应用已经遍及人们生活的方方面面。金属材料的改进革新伴随科学技术的发展在不断变化。现在，将热处理技术用于金属材料已经非常普遍，但紧随着这一技术革新的同时也带来新的问题，即在金属材料热处理过程中金属材料产生的变形问题。文章通过介绍金属材料热处理过程中变形的种类和影响因素分析，明确了金属材料热处理技术使用过程中需要遵守的原则和控制策略研究，更加充分的对金属材料热处理变形有了了解。通过文章分析知道了金属材料热处理流程在实施的过程中，要对金属材料和热处理工艺两者均有足够充分的了解，从而保障工艺的质量并有效避免金属材料热处理变形现象的发生。金属材料热处理变形影响的主要环节包括淬火过程、冷却过程和加工过程等，所以热处理过程中温度的控制至关重要。金属材料热处理技术效率高的企业会在竞争激烈的市场中占得一席之地。不仅会提高企业的知名度和利润率而且在一定程度上减少了资源的浪费并保护社会环境。