基于金属材料热处理变形及开裂处理技术

张艳

蒂森克虏伯罗特艾德（徐州）环锻有限公司 江苏徐州 221004

金属材料具有延展性、导电性、传热性等特征，具备一定的光泽，一般分为黑色金属、有色金属以及特殊金属三大种类，由于其良好的性能，导致其常常被用到机械制造领域机械制造中，一些金属材料在进行热处理之后会完善其自身的性能，提升设备的运行效果，这也是机械制造领域选用金属材料的最大原因，但是如果处理不当，就会影响金属材料的性能，以及机械设备的质量，最终直接影响机械的使用效果，对企业的健康生产极为不利[1]。

1 影响因素分析

在淬火之前，金属材料会受到关联原始组织的影响，包括碳化物数量、形态以及合金元素纤维方向等。在调质处理后，热处理是变形得以缩减，金属材料淬火变形更具规律性，便于控制热处理变形。化学热处理方式的应用，能够对金属材料表层部分性能加以改善，比如提升表层抗氧化功能以及耐磨性等。化学热处理深度应当处于标准范围内，若保证实现渗透层，需要在化学热处理后进行磨削加工，由于金属材料性能较差，很难处理化学热处理过程中的变形问题。

2 变形与开裂处理

在变形和开裂的预防处理过程中，首先需要遵循以下几项基本原则：其一，科学性原则，任何一项控制和处理措施的应用都要具备良好的科学性，只有这样才能发挥良好的处理效果；其二，易操作性原则，针对金属材料制定的变形和开裂控制措施要尽可能的便于操作，以免由于操作难度较大而难以达到预期的控制和处理效果；其三，实用性原则，这一原则是指要减少变形与开裂预防和处理的人力物力，并避免对金属材料完成热处理后的品质造成影响，确保热处理工艺发挥应有作用效果，为之后的加工制作奠定良好基础。

2.1 做好处理前预处理

热处理的正火与退火将对金属产生的变形造成很大影响。在正火过程中，由于温度相对较大，通常为900℃左右，会使金属内部变形明显增加，对此，在热处理开始前和过程中都需要做好温度控制，如升温速度不可过快，过快的升温速度也会导致金属零部件的变形，同时也要保证热处里炉内金属零件的均匀分布，避免同一零部件加热和保温过程中温差较大。通过实践，进行正火的热处理炉内耐热支撑的磨损程度或平整度以及耐热支撑的分布均匀性、间距大小，对与之直接接触的零部件的变形影响非常大，所以设计炉内耐热支撑时需要综合考虑零部件尺寸及壁厚，同时也要对热处理炉内耐热支撑的磨损程度或者说平整度进行及时有效的监控。

2.2 做好淬火处理

淬火冷却在热处理中是一道重要工序，如果在这一环节中所用淬火介质不合适，将使金属内部应力大幅增加，导致金属内部产生变形与破坏。对此，为了对热处理过程中淬火的有效控制，避免操作不当，需要从现有工艺方法入手，做好淬火处理。首先，在淬火冷却过程中，需要对淬火的速度进行严格控制，如果淬火的速度超出标准要求，则会使金属冷却无法达到均匀，导致金属产生变形。通常情况下，水、油为最常用淬火介质，其在550℃-650℃的温度范围内的冷却速度为600℃/s，即便是在200℃-300℃的温度条件下，也能有270℃/s以上的冷却速度。在这一过程中，金属材料正完成马氏体转变，如果冷却的速度太快，将使金属产生变形或开裂。若在水中添加一定量盐、碱，还能进一步加快冷却速度，比如在550℃-650℃的温度范围内的冷却速度达到1100℃/s，但在200℃-300℃的温度条件下，冷却速度基本保持不变，基于此，盐水与碱经常用于碳钢冷却，但这也是导致金属变形和开裂的主要原因。另外，淬火后的金属零部件需要尽快入炉进行回火，避免淬火裂纹的产生。

2.3 保证零件结构配置的合理性

在金属热处理及其冷却过程中，金属零件结构也会对其变形造成影响。因金属中厚度较大的部分冷却速度较慢，而厚度较小的部分冷却速度较快，所以实际生产中，应减小薄厚差。为对过渡区中因应力集中产生的变形与开裂进行有效控制，需要使零件的界面保持均匀；未对由于冷却速度不均造成的变形进行控制，还需要使零件结构与其材料成本保持对称。零件结构设计时，需要尽量避免棱角和沟槽的产生。另外，在零件薄厚交界处与台阶处还要进行圆角的设置来过渡，对于厚度不均匀程度较大的零件，可通过预留加工量来有效处理[2]。

2.4 采用合适的装夹方式

为对金属在热处理过程中产生的变形进行有效控制，应保证加热与冷却的均匀性，使金属的热应力保持均匀，使生成的组织，其应力处在相对均匀的状态，为了达到这一效果，需要使用合理可行的装夹方式。比如，对盘类工件而言，需要和油面始终保持垂直，而对轴类工件而言，需要使用立装的方法。

3 结语

在我国机械领域的生产和发展进程中，企业管理者为了强化金属材料的质量和性能，逐步引用了热处理技术，希望能够通过这一技术强化金属材料的运用效果，优化企业生产环境。对金属材料在进行热处理后产生的变形进行影响因素与处理方法的分析研究，能为金属材料加工制作提供可靠参考依据，尽可能减少变形与开裂的产生，使热处理这一工艺得到良好应用[3]。