影響金屬材料熱處理變形的因素及減小措施研究

　　在金屬材料加工制造的過程中應(yīng)用熱處理技術(shù)，主要的目的是為了促進(jìn)材料自身性能的提高，確保金屬材料可以滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際需求。而熱處理過程在提高金屬材料性能的同時(shí)，也不可避免的產(chǎn)生熱處理變形，使工件的尺寸發(fā)生偏離，給后續(xù)機(jī)械加工造成困難，嚴(yán)重者甚至?xí)构ぜ?bào)廢。作為熱處理工藝員，必須采取切實(shí)可行的方法將金屬材料熱處理的變形控制在允許的范圍之內(nèi)。

　　《有色金屬·選礦部分》雜志為專業(yè)科技期刊。主要反映有色金屬選礦專業(yè)的最新科研成果和前沿動態(tài)，發(fā)表高水平的學(xué)術(shù)論文。《有色金屬·選礦部分》雜志的編輯方針或辦刊風(fēng)格可歸納為：堅(jiān)持質(zhì)量第一，在報(bào)道技術(shù)進(jìn)步、理論研究和學(xué)術(shù)思想方面，尊重學(xué)者、專家，注重科學(xué)性;在介紹國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)、科研成果方面，講究實(shí)用性;在組織技術(shù)交流、總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)方面，重視及時(shí)性;在宣傳國家發(fā)展有色金屬工業(yè)方針和有關(guān)技術(shù)政策上，要有針對性，并有別于一般報(bào)紙。

　　1 金屬材料熱處理變形影響因素

　　在進(jìn)行金屬材料的熱處理時(shí)，通常會因?yàn)椴牧献陨淼拿芏取⒔Y(jié)構(gòu)以及外部因素的影響，而出現(xiàn)冷熱分布不均勻的的狀況。一般情況下金屬材料的熱處理主要分為加熱、保溫以及冷卻三部分內(nèi)容，由于金屬材料受熱及冷卻時(shí)，隨著溫度的變化，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力也會隨之發(fā)生改變，從而增加了金屬材料變形的幾率。大多數(shù)情況下，在進(jìn)行金屬材料的熱處理時(shí)，都會出現(xiàn)因?yàn)椴牧蟽?nèi)部應(yīng)力分布不均勻而造成的變形，也就是通常所說的內(nèi)應(yīng)力塑性變形。這種變形最顯著的特點(diǎn)是，不僅其方向性非常顯著，而且發(fā)生頻率也相對較高。

　　金屬材料內(nèi)部應(yīng)力結(jié)構(gòu)會隨著金屬材料熱處理的次數(shù)而發(fā)生改變，也就是說金屬材料進(jìn)行熱處理的次數(shù)越多，內(nèi)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的變化也就越明顯，正是因?yàn)槭艿竭@樣的影響，從而導(dǎo)致了金屬材料的結(jié)構(gòu)與形狀都出現(xiàn)了顯著的變化。但是金屬材料內(nèi)應(yīng)力塑性變形并不會影響到金屬材料本身，這種變化只是針對于材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行內(nèi)應(yīng)力塑性變形實(shí)際的分析后發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致金屬材料內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的因數(shù)有很多種，而不同因素引發(fā)的變形方式也不同。

　　在金屬材料熱處理過程中比較常見的內(nèi)應(yīng)力塑性變形主要有組織應(yīng)力變形和熱應(yīng)力變形兩種。金屬材料處于溫度環(huán)境下進(jìn)行加熱冷卻處理時(shí)，必須要掌握金屬材料的熱應(yīng)力變形，否則無法實(shí)現(xiàn)金屬材料的組織應(yīng)力變形，也就是說，金屬材料自身的淬透性、材料形狀以及加熱冷卻方式直接決定著組織應(yīng)力變形。經(jīng)過分析內(nèi)應(yīng)力塑性變形的種類和特點(diǎn)后發(fā)現(xiàn)，雖然在實(shí)際的操作過程中，已經(jīng)掌握了對金屬材料的加熱、保溫以及冷卻等技術(shù)和工藝，但是經(jīng)過實(shí)際的操作發(fā)現(xiàn)，在金屬材料熱處理的過程中還必須充分的重視正火、淬火、回火以及退火等工藝，才能從根本上保證金屬材料熱處理的質(zhì)量與水平不斷的提高。在金屬材料熱處理的過程中，必須根據(jù)材料種類的不同進(jìn)行操作流程的調(diào)整和變化，同時(shí)對材料熱處理過程中的相關(guān)信息數(shù)據(jù)和參數(shù)及時(shí)的收集和整理。由于目前我國針對金屬材料熱處理工藝的溫度控制與檢測能力還較為薄弱，無法準(zhǔn)確的控制材料熱處理過程中溫度檢測的精度，所以造成了金屬材料的結(jié)構(gòu)在熱處理的過程中受到損壞。同時(shí)金屬材料內(nèi)部的不容差異也很大。如果熱處理過程中沒有嚴(yán)格的按照要求進(jìn)行溫度控制的話，也會導(dǎo)致比容變形的出現(xiàn)，并由此增加了金屬材料熱處理發(fā)生變形的幾率。

　　2 減小金屬材料熱處理變形所遵循的主要原則

　　對于金屬材料熱處理而言，采取科學(xué)合理的措施和手段才能有效的減小變形量。同時(shí)確保金屬材料在熱處理過程中滿足相關(guān)的工藝和技術(shù)要求，也就是說，在進(jìn)行金屬材料熱處理的過程中，必須在科學(xué)精神、科學(xué)手段以及科學(xué)理念的指導(dǎo)下，以現(xiàn)有的金屬材料熱處理技術(shù)為基礎(chǔ)，減少熱處理過程中變形現(xiàn)象的出現(xiàn)。同時(shí)在進(jìn)行熱處理變形量降低操作時(shí)必須嚴(yán)格遵守相關(guān)的操作規(guī)程。一般情況下，金屬材料的熱處理的場地都會選擇城市的近郊作為操作場地，同時(shí)其實(shí)際操作的環(huán)境也較為簡陋，從而無法在熱處理的過程中科學(xué)合理的處理整個(gè)過程中出現(xiàn)的變形現(xiàn)象，為了徹底改變這一現(xiàn)狀，必須在金屬材料熱處理變形降低方案的應(yīng)用過程中，最大限度的降低變形量方案的容錯(cuò)率，并采取科學(xué)合理的措施降低外部因素對熱處理變形量造成的影響。從而為金屬材料熱處理工藝水平與質(zhì)量的有效提升，奠定良好的基礎(chǔ)。科學(xué)合理的進(jìn)行金屬材料熱處理工藝技術(shù)的應(yīng)用，對于促進(jìn)企業(yè)加工的金屬材料制品品質(zhì)的提升，以及金屬材料加工工藝的順利實(shí)施都有積極的促進(jìn)作用。

　　3 減小金屬材料熱處理變形的有效措施

　　控制金屬材料熱處理變形量的過程相對較為復(fù)雜，相關(guān)操作人員必須對金屬材料變形量產(chǎn)生的因素與熱處理過程中的關(guān)系進(jìn)行科學(xué)合理的分析，并以此為基礎(chǔ)，采取科學(xué)合理的方式與工藝進(jìn)行熱處理操作，才能確保在整個(gè)處理過程中有效的控制應(yīng)力對材料變形造成的影響，為金屬材料熱處理質(zhì)量的提高奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　3.1 金屬材料熱處理的預(yù)處理要科學(xué)合理

　　實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過正火處理的金屬材料，不僅可以促進(jìn)材料自身結(jié)構(gòu)的完整性與均勻性提高，同時(shí)也會降低材料內(nèi)部應(yīng)力對金屬材料造成的影響，對降低熱處理過程中變形量有著極為重要的作用。為了提高金屬材料減小熱處理變形的效果，也可以選擇進(jìn)行退火工藝，最終實(shí)現(xiàn)對金屬材料熱處理過程中變形量的有效控制，促進(jìn)金屬材料熱處理水平的不斷提高。

　　3.2 金屬材料熱處理淬火工藝的科學(xué)應(yīng)用

　　淬火工藝是金屬材料熱處理工作中最核心的步驟，而且具有極為重要的作用，假如使用的淬火介質(zhì)不合理的話，就會造成金屬材料內(nèi)部應(yīng)力的變化失調(diào)，最終造成材料的結(jié)構(gòu)與形狀受到影響。因此必須在進(jìn)行金屬材料熱處理的過程中，盡可能的減少淬火階段可能出現(xiàn)的失誤，這就要求相關(guān)工作人員必須積極的進(jìn)行淬火工藝的改革和創(chuàng)新。在進(jìn)行金屬材料淬火冷卻的過程中，必須科學(xué)合理的調(diào)節(jié)冷卻的速度，才能確保金屬材料在淬火的過程中，降低材料變形量的增加。水和油是較為常用的淬火介質(zhì)。為了確保冷卻的效果以及淬火速度，一般情況下水溫應(yīng)該控制在55 ～ 65℃。如果使用油作為淬火介質(zhì)的話，油溫一般在60 ～ 80℃，必須提高淬火的速度，才能確保最終的冷卻效果。科學(xué)合理的進(jìn)行金屬材料淬火介質(zhì)和速度的選擇應(yīng)用，不僅可以有效的降低金屬熱處理對材料內(nèi)部應(yīng)力造成的影響，同時(shí)也有效控制了金屬材料的變形量。

　　3.3 金屬材料熱處理中冷卻方法的科學(xué)選擇

　　目前，針對金屬材料熱處理的方式主要有雙液淬火、單液淬火等方式，而所謂的雙液淬火主要是將金屬材料放入冷卻速度相對較高的介質(zhì)當(dāng)中，使其溫度可以在短時(shí)間內(nèi)迅速的下降至300℃左右，然后再將其放入冷卻速度低的介質(zhì)中進(jìn)一步冷卻。而單液淬火則指的是利用單一的介質(zhì)進(jìn)行材料的冷卻處理，雖然這種方式可以促進(jìn)淬火工作效率的提升，但是卻無法控制淬火的速度。金屬熱處理經(jīng)淬火后的冷卻環(huán)節(jié)對金屬變形也有極大的影響。如果金屬在熱處理過程中冷卻速度過快的話，就會造成金屬表面冷卻的不均勻，而這就增加了金屬的拉應(yīng)力，最終導(dǎo)致工件變形量的增加。必須在確保金屬強(qiáng)度不受影響的情況下，采用預(yù)冷以及分級降溫的方式進(jìn)行金屬材料熱處理的冷卻，才能從根本上降低金屬冷卻不均勻?qū)е碌慕饘賰?nèi)部應(yīng)力組織的變化。

　　3.4 科學(xué)合理的選擇裝夾方式和夾具

　　在加熱、冷卻過程中裝夾方式的不同，加工件形狀受到的影響也就不同。必須根據(jù)零件的實(shí)際情況進(jìn)行裝夾方式和夾具的選擇，才能降低因?yàn)闊釕?yīng)力的不均勻所造成的工件變形。而且在實(shí)際應(yīng)用的過程中可以根據(jù)應(yīng)用的要求和特點(diǎn)對裝夾的方式進(jìn)行改變。

　　3.5 機(jī)械加工

　　如果金屬材料在加工的過程中進(jìn)行熱處理，必須要在熱處理前的機(jī)械加工過程中，留有一定的加工余量，以確保熱處理過程中材料的變形量余地足夠。熱處理完成之后，進(jìn)行工件加工時(shí)，必須根據(jù)其實(shí)際的變形規(guī)律，促進(jìn)材料淬火變形合格率的進(jìn)一步提升。同時(shí)在熱處理過程中，所出現(xiàn)的變形值必須要滿足工件的規(guī)定和要求，并根據(jù)實(shí)際的變形量進(jìn)行加工工序的尺寸確定。

　　4 結(jié)束語

　　深入的研究和探討金屬材料熱處理過程中的變形因素，不僅實(shí)現(xiàn)了對金屬材料加工制造過程中變形的科學(xué)控制，同時(shí)也充分的將熱處理技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)加工過程中，對于我國金屬材料生產(chǎn)能力以及產(chǎn)品質(zhì)量的提升具有積極的促進(jìn)作用，從根本上確保了我國相關(guān)產(chǎn)業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。