金属材料热处理形变的影响因素及预防措施

史媛媛

（湖南劳动人事职业学院，湖南 长沙 410100）

作为金属合金的主要组成成分，有色金属、黑色金属均具有明显的亮黑色质感，在特殊作用情况下，该类型金属材料能够长久保持延展性与导热性能力。随着经济社会的不断发展，装备制造产业正面临着极大的转型与升级压力，如何在保障金属合金材料应用能力的同时，制造出更多的可加工原料型材，已经成为了各大制造类企业的主流发展方向。金属合金之所以能够成为装备制造工业与机械制造领域的核心应用材料，与金属材料可塑性强、耐久性高、价格适中等优良特性条件具有不可分割的关系[1]。在金属材料的可塑性加工过程中，最常用的就是热加工处理技术，金属热处理加工可使金属材料变成应用设计所需的规格和形状，但也存在一些无法克服的缺点，例如因温度处理不当，造成金属材料本身的性质受到损害，造成待加工零件的机械强度水平不断下降，最终使得金属设备的质量与运行能力受到影响，对企业造成无法预料的损失[2]。因此，在金属材料的热处理加工过程中，必须准确掌握零件结构温度形变与加工方案之间的内在联系，在精确控制金属材料加工尺寸数值的同时，遵照高标准约束制度进行后续的生产与加工。

1 热处理金属材料的形变影响因素

全面分析金属材料热处理过程中所发生的变形因素，能够帮助企业理清金属材料热处理流程与各类操作工艺的具体实施技术要点，以此为基础制定具有针对性的处理措施，不但能够对金属材料的变形程度进行有效控制，也可为金属材料热处理形变量控制工作的开展奠定坚实的发展基础。

受到结构特性、自身密度构成、外界因素等加工条件的影响，金属材料在热处理过程中会展现出冷热分布不均、不等时性等形变特点。从宏观角度来看，金属材料热处理可分为加热、保温、冷却三个处理流程，在确保金属材料均匀受热的情况下，由于外界温度值的明显变化，金属物质内部结构的受力情况也会随之发生改变，从而增大了金属材料出现热处理形变的风险性水平。其次这种形变情况的发生几率较高，每进行一个热处理加工，金属材料的内部应力结构都会随之发生改变，且材料自身的形变量水平始终与其所受的热处理频率保持正向相关的物理关系。最后，由内应力塑性原因所引起的热处理形变不会对金属材料自身的物理性能产生影响，换句话说，这种外界热处理形变的作用对象仅限于金属材料的本体结构。

从实际操作流程来看，为更好保障热处理技术的实施质量与水平，实现对金属材料属性水平的大幅提升，可将热处理工艺细化成正火、淬火、回火、退火等多个施工方面，且在正式操作的过程中，需要根据金属材料所属种类对所采用的处理操作进行及时调整，并收集大量的数据信息与处理参数，以便于对淬火、正火等工艺流程进行及时且有效的调整。

2 金属材料热处理形变控制技术

随着热处理金属应用需求量的增加，如何针对原有工艺中存在的各项问题进行改善与优化，已经成为了相关加工企业的主要研究方向，基于此针对金属材料的热处理形变控制技术展开研究。

（1）增设金属材料的热变形预处理环节。就现有研究成果来看，大部分金属材料的形变问题都会直接表现在热处理工艺的实际操作环节中，但却不仅仅只有不当的热处理环节才会导致严重的金属材料形变问题。

（2）优化现有的金属材料淬火处理工艺。淬火处理是一种极为常见的金属材料热处理形变加工工艺，在处理过程中，外界因素、温度介质等条件的不当都会对形变作用力造成影响，从而使得金属材料内部的结构连接形式发生改变，这也是导致金属材料出现不可逆热处理弯曲形变量的主要原因。为了解决这一问题，需要专业性研究参与人员针对金属材料的淬火处理工艺进行重点研究，这就需要专业人员在实际操作过程中，充分认识到淬火热处理工艺的应用重要性，从而实现对金属材料热性形变比例的有效控制。针对此问题，在未来的淬火处理实施过程中，应以水油混合物作为中间介质，通过添加适当盐、碱等物质的方式，使热处理形变温度得到有效控制，从而加快由热固型金属材料到热塑型金属材料的转换速率。该方法能够较好控制金属材料热处理形变过程中的降温变化速率，不但能够有效解决淬火操作所带来的金属材料形变问题，也可使金属类材料自身的形变性能得到较好保护。

图1 金属材料的淬火处理工艺

（3）完善并更新原有的冷却方式。分析现有的金属材料热处理工艺可知，在实际加工过程中，最常见的金属材料冷却方式主要包含分级淬火、单液淬火两种。其中，单液淬火方法的应用范围相对较为广泛，是最易实现的自动化金属材料热处理冷却方式，但由于其不能直接达到预期的冷却速率，间接导致了不同程度的金属材料热处理形变问题，基于此可将传统的单液淬火方式转换为间接性的分析淬火方式，首先将高温金属材料静置于硝烟之中，当其温度快速下降后，改用淬火速率相对较慢的方式进行冷却处理，从而使原有的金属材料冷却方式可在短时间内实现预期的淬火处理目标。受到合金元素纤维方向及碳化物形状等物理条件的影响，金属材料在热处理过程中也会对淬火冷却工艺产生一定的抵制作用。为解决此问题，大多数金属加工类企业重新规定了“原始组织”这一定义，且在现代处理工艺中，金属材料热处理通常需要借助多种化学方法，且经过处理后金属材料原始组织的物理性能也会更加具有规律性。因此可认为，经过热处理形变加工后的金属材料，其结构表面的耐磨性、耐热性等属性能力都会得到大幅提升。

3 预防金属材料热处理形变的有效措施

预防并减少金属材料热处理形变量是一个相对复杂的过程，需要施工企业工作人员充分认识到影响金属材料产生形变作用的因素，并针对各项影响条件进行定向改进。

（1）完善金属材料热处理前的准备工作。根据金属材料热处理工艺方式的不同，材料结构所表现出的属性特征也会有所不同，如热处理过程中退火、正火等多方面的差异性，都会直接影响金属材料的形变量水平。因此，在实施金属材料热处理工艺之前，应仔细分析与材料结构体相关的处理要求，在对处理温度进行有效控制的同时，实现对金属材料的正火操作与处理。

（2）科学应用金属材料的热处理淬火工艺。淬火工艺作为金属材料热处理过程中的核心构成环节，不仅扮演着关键的形变量控制角色，也对金属型材物理属性的表现能力造成了严重影响。一旦使用了不合理的淬火工艺介质，会导致金属材料内部的应力表现强度不断增大，从而使得材料结构自身的结构与表现性状受到破坏。为更好应对这种情况，应控制金属材料热处理过程中淬火工艺所出现的失误次数，这就需要相关工作人员在熟悉现阶段所使用淬火工艺技术的同时，对具体的淬火操作步骤进行科学化管理。在对金属材料进行淬火冷却的过程中，需要对淬火工艺的实施速度进行合理化控制与调节，若淬火处理的实施速度过快，将会造成金属材料表面出现不均匀冷却的情况，从而使得金属材料的热处理形变量不断增加。大多数情况下，热处理淬火工艺使用水油混合物作为主要隔离介质，当水温处于550℃～650℃之间时，热处理淬火工艺的冷却效果最好，因此对于淬火工艺的实际实施速度应进行适度提升。

（3）选择有效的金属材料热处理冷却方法。常见的双液淬火冷却方式，需要在金属材料热处理温度达到既定数值水平时，将处理材料快速放置于冷却速度相对较快的物理介质之中，并使其表现温度值快速下降至300℃左右，然后再将其转入至冷却速度更低的物理介质中，进行二次冷却处理。因此，针对不同的热处理要求，只有对金属材料的热处理淬火冷却方法进行有效选择，才能最大化提升冷却工作的实际施工水平与施工质量。

图2 金属材料的热处理冷却方法

（4）金属材料热夹持方式。从某些角度来看，夹持方式也会对金属材料的热处理形变量造成影响。因此，为收获到良好的金属材料热处理施工效果，应在原有夹持方式的基础上进行多次选择。

4 结束语

针对金属材料在热处理过程中所表现处理的形变因素进行分析与讨论，不但能够帮助施工企业对金属材料的制造工艺进行科学化控制，也能较好保证金属材料的实际应用效果，在提升金属制造类企业材料生产能力的同时，对热处理形变后金属材料的产品质量进行严格控制，从而在一定程度上促进相关企业的长久性发展，实现对金属材料的合理保护。