金属材料热处理变形的影响因素与控制策略

刘敬波 张贵峰

【摘  要】在对金属材料进行热加工中，使材料的性能更加稳定，经过热处理的材料，在加工成零部件中，使性能更加出色，更能符合机械零部件性能的要求。可是在热加工中，金属材料容易发生问题，比如变形，金属材料的外观变形，对机械零部件的加工是致命的影响。因此，本文着重解决在对金属材料热加工中影响变形的原因，以及解决办法，以此来

提高在金属材料加工当中的难题。

【关键词】金属材料;热处理;变形因素;控制策略

1金属材料热处理变形的相关内容概述

1.1金属材料热处理的发展历程

从可追溯的历史来看，远在青铜器时代，热处理的效应就已逐渐为人们所认识和掌握。在我国商代，就出现了经过再结晶退火而形成的金箔制品。1863年，英国金相学家揭示了钢铁的六种不同金相组织，并证明了在加热和冷却的环境下，其组织会发生一定的变化从而呈现出差异化的性能。而英国人奥斯汀率先研究出的铁碳相图则奠定了现代金属材料热处理工艺的理论基础。同时，为了避免金属材料的氧化和脱碳，还出现了相应的热处理保护方法，从而确保了金属材料的某些优良特性不会因为热处理工艺而丢失。进入20世纪，以工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳、等离子场热处理技术、激光和电子束技术的应用为标志的各种金属材料热处理工艺及应用得到了突飞猛进的发展。

1.2金属材料热处理工艺的特点

其是机械制造中的一种重要工艺，其一般不会大幅改变工件的整体外形和材质特性，而是通过调整工件内部的细微组织或改变金属表面的化学成分，从而改进工件的内在品质，达到提升工件特定性能的目的。为使得各种类型、材质的金属工件具有所需的物理、化学和力学性能，除合理选用材料和成型工艺外，正确的选择热处理工艺是必要的。它对于产品的性能起到了十分重要的作用。

2金属材料热处理变形的影响因素

2.1时效、冷处理

冷处理会促使残留奥氏体转化成马氏体，进一步造成金属材料体积增大;低温回火和时效会对金属材料变形带来两种影响，一种是马氏体分解、碳化物析出造成金属材料体积变小;一种是出现应力松弛影响，进而使得金属材料引发畸变。

2.2原始组织、应力状态

（1）相关原始组织在金属材料淬火前往往会对金属材料变形带来一定影响，诸如碳化物数量、形态及合金元素的偏析、锻造产生的纤维方向等。通常有效的调质处理，可实现对金属材料变形量绝对水平的有效缩减，促使金属材料淬火变形更为规律，进一步达到控制变形的目的。（2）化学热处理主要是为了改善金属材料表层相关性能，诸如提高金属材料表层抗氧化性、提高金属材料表层耐磨性等。然而，化学热处理层深度有限，要想确保渗透层充分发挥作用，经化学热处理后，仅可开展磨削加工处理，而对于一般金属材料而言，化学热处理变形校正开展难度更大。

3金属材料热处理变形控制应遵循的原则

3.1科学性原则

金属材料热处理变形控制目标的达成，应当极力遵循科学性原则，唯有自科学层面对金属材料热处理变形的影响因素、热处理工作工艺要求及热处理工艺与金属材料属性相互间关系等开展全面系统的分析，方可尽可能确保金属材料热处理变形控制工作能够符合当前金属材料热处理工艺的相关技术标准，唯有基于科学性原则的指导，技术人员方可依托现阶段技术条件，达成金属材料热处理变形控制策略的科学有效应用。

3.2易操作原则

通常情况下，金属材料热处理工艺会选址于城市近郊开展操作，由于此类操作场地条件有限，无法达成金属材料热处理变形控制的科学精细处理操作要求，为了应对该种局面，金属材料热处理变形控制方案及相关技术在应用期间，就务必要提升金属材料热处理变形控制方案的容错率，最大限度地减轻金属材料热处理变形控制工作所受外部环境的影响。

3.3实用性原则

作为人类改造大自然中必不可少的一项社会行为，金属材料热处理在自然环境改造中起到了至关重要的作用，历经从无到有、从小到大的一系列过程。在应用期间，对应需求的各式各样金属材料、技术成本在各项资金投入中占据极高比例。所以，金属材料热处理变形控制策略务必要秉承实用性原则，尽可能缩减金属材料加工企业在该方面的人力、物力投入，进而可将更多的精力予以其他方面，推进热处理工艺的科学有效应用，提高金属材料品质，促进金属材料热处理工艺的有序开展。

4金属材料热处理变形的控制策略

4.1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。

4.2淬火处理工艺

金属热处理中較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℃。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。

4.3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。

4.4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。

4.5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。

5结束语

总而言之，金属材料热处理变形的影响因素及控制策略研究探讨，有助于金属材料制造与加工企业达成对金属材料热处理变形量的科学有效控制，进一步确保热处理工艺在生产实践中的高效应用。

参考文献：

[1]史超.金属材料热处理变形的影响因素及控制策略.南方农机，2018，49.19.158.

[2]张发海.金属材料热处理变形的影响因素与控制策略.现代制造技术与装备，2018.10.146+150.

[3]高静，申志敏.金属材料热处理变形的影响因素与控制策略.应用能源技术，2017.06.12-14.