金属材料热处理变形的影响因素与控制策略

张发海

（江苏安全技术职业学院，徐州 221011）

金属材料热处理主要是在进行原料加工时使用，从而提高金属材料的性能，确保金属材料能够最大化利用，满足人们对金属材料的需求。不过，金属材料热处理过程中经常会出现变形的情况，当金属材料热处理出现变形时，材料的有关功能效果也会发生一定的不利影响。因此，探究金属材料热处理变形的影响因素与控制策略有重要现实意义。

1 金属材料热处理变形的影响因素

1.1 时效与冷处理

金属材料热处理时会有低温回火的情况，低温回火与时效会造成两种金属变形的情况，分别为马氏体分解和碳化物析出，使金属材料的体积减小，出现变形大的情况；还有应力松弛影响，这种情况会造成金属材料出现畸形的状态。其中，冷处理的方式会造成残存金属材料中的奥氏体逐步转变为马氏体，使金属材料体积发生变化，最终出现变形。

1.2 原始组织与应力状态

金属材料在淬火前会受到有关联的原始组织的影响，最常见的是碳化物的数量、碳化物的形态、合金元素产生的纤维方向等，都会带来一定影响。经过行之有效的调质处理，可以缩减其对金属材料热处理时的变形情况，使金属材料的淬火变形有一定的规律性，最终可以控制金属材料的热处理变形。

还有一种化学热处理方式，主要作用是改善金属材料表层的一些性能，使金属材料发挥更好的效果。如化学热处理可以提升金属材料表层抗氧化功能、耐磨性能等。但需要注意的是，化学热处理的深度在一定范围内，如果保证实现渗透层，在进行化学热处理后，就要进行磨削加工[1]。通常情况下，金属材料性能较差，化学热处理过程中出现的变形情况相对难处理。

2 金属材料热处理变形的控制策略

金属材料在进行热处理时，通常会出现各种情况的变形，使金属材料的加工会出现诸多不利影响。当今社会的金属材料热处理应用要求较高，要想适应社会发展趋势，就需要不断深化改革创新，通过使用先进的科学技术手段以及取得成功的经验等加以支持，最终实现合理控制金属材料热处理变形问题。当前，如何控制金属材料热处理变形，笔者有以下几种见解。

2.1 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。

2.2 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。

2.3 适当的冷却方式

最常见的冷却方式有分级淬火法、单液淬火法和双液淬火法等，其中，单液淬火法容易实现自动化，却难以满足淬火冷却速度需要，容易出现变形；双液淬火法是将金属材料加热，在冷却到速度较高的介质中，直到温度在300℃左右，再迅速转至另一种介质中，使金属材料温度达到常温状态。分级淬火法主要将受热的金属材料置于温度较高的硝烟浴中，保温处理3min左右，直到金属材料室内外温度统一[3]。

2.4 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。

2.5 装夹方式要合理

控制金属材料热处理变形情况，要保证金属材料加热和冷却时都能达到均匀或误差在允许范围内的状态，保证金属应力均匀，产生均匀的组织应力。可以通过使用装夹方式夹具，运用垫圈、支撑垫圈等确保应力均匀。

2.6 机械加工要重视

金属材料进行热处理后，就需要开展机械加工，加工过程中要遵循金属材料变形规律，采用收缩端预胀孔、反变形等方式控制金属材料的变形，紧接着进入加工制造的最后阶段。此时，要注意热处理变形有一定的规定值，在加工处理前对工序尺寸进行检测和修正，提升金属材料热处理效率。

3 结语

通过探讨金属材料热处理变形影响因素和控制策略，能够科学有效地解决金属材料加工企业进行热处理时出现的变形情况，保证热处理工艺的具体运用。金属材料热处理相关工作人员，要继续不断探究，根据实践经历总结经验，对金属材料热处理变形的影响因素有全面的认识，并遵循科学原则，结合当下技术工艺发展状况，探索出更好地处理金属材料热处理变形问题的方法，从而促进金属材料热处理工作高效进行。