金属材料热处理变形的影响因素与控制措施初探

＊田 景

（山东第一医科大学（山东省医学科学院）山东 271000）

前言

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，以供参考。

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[1]。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

(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[3]。

(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[4]。

(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.金属材料热处理变形的控制措施

(1)金属材料热处理减轻变形的有效原则

在金属材料的热处理加工中，为了更好地控制金属材料的变形，要遵循几个原则，一是科学性原则，科学性原则是指热处理方法的科学性，以科学的理念与技术手段为依托，科学的选择设备、原料、淬火介质，而不是想当然地随意发挥，唯有如此，才能将变形质量在合理范围内，确保金属工件发挥出应用的作用；二是实用性原则，金属材料属于不可再生资源，虽然我国地域广袤资源丰富，但是对金属的需求与消耗量极大，所以在热处理过程中要坚持资源节约最大化利用的原则，减少不必要的浪费，这就需要在热处理过程中密切关注材料的变化，通过减少变形来实现资源利用最大化，尤其是在金属材料的热处理加工过程中，通过合理有效地使用材料，加强处理中的质量控制来实现环境保护，促进社会可持续发展的目标；三是便捷操作原则，金属材料热处理方式要尽可能简便易操作，这样能降低复杂过程的不确定性。同时，也要优化操作流程，尽可能地简化热处理变形控制策略，有序有效地进行热处理工作[5]。

(2)科学选择淬火介质

淬火是金属材料热处理的核心内容，淬火介质的选择以及淬火实施的规范度会对金属材料变形产生直接的影响。基于此，就需要针对金属材料的实际材质，结合热处理加工的具体要求，对淬火介质进行科学的选择，当前，淬火介质主要有水和油，在淬火操作实施中要密切关注水温与油温的变化，水温控制在55℃至65℃间，油温控制在60℃至80℃之间，温度控制在合理范围内的同时，确保金属材料热处理质量[6]。

(3)科学选择冷却方法

冷却也是影响金属材料变形的重要因素，因此，科学的选择冷却方法是保证金属材料降低变形可能性的重要手段，在金属材料的热处理工艺中，要控制好冷却速度，单介质淬火与双介质淬火要分别选择不同的冷却形式，以避免淬透性受影响而导致金属材料在热处理中变形[7]。

(4)有效加工

热处理环节往往会牵涉到机械加工，需要采用夹具进行辅助处理加工，在保证淬火合格率的前提下，要注意留有夹具的余量，这样能有效保证经过热处理后的金属工作的质量；除此之外，为处理金属材料的变形提供保证，在加工时，要对夹具进行合理选择，对加工作业人员进行相应的技能培训，提升其专业技能水平以及质量意识，对金属材料的变形规律有正确的认知，确保其在加工过程中作业规范，以降低热应力不均衡而造成金属材料变形的几率[8]。

4.结束语

金属材料是现代工业、建筑、农业、船舶制造、国防及科学技术等部门使用最广泛的材料，来源丰富、性能优良、品种多、性能各异，能满足各行各业不同的要求，但如果金属材料在热处理过程中质量控制不过关，导致金属材料变形以及其它问题的产生，就会使得所制造的零件不能满足产品使用要求，或是影响整体的使用，甚至可能会造成重大的经济的损失。所以，必须采取有效的控制手段预防金属材料在热处理中发生变形现象，一是要加强对热处理工艺的研究，不同的金属材料匹配相应的热处理实施工艺；二是对热处理过程进行全面的监控，确保温度、时间、操作规范；三是加强对生产人员的专业技能的提升，确保其技术水平与质量意识适应新时代发展下对金属材料生产加工的高要求。除此之外，还要通过合格的检测手段，依据可靠性和适用性的原则选择合适的方法，准确获取金属材料的成分、组织、性能，从而达到高效、准确的检验目的，并在此基础上通过不同的加工方法，使金属材料的某些性能获得进一步的改善，从而扩大其使用范围，更好地为人民的生产生活服务。