金属材料热处理变形问题与开裂问题的解决方案探究

2019-12-14李磊

中国金属通报 2019年11期

李磊

（新余钢铁集团股份有限公司，江西新余 338000）

金属材料热处理就是改变固态金属的形态，按照其特定的工艺制造需求进行加热、保温或者冷却，同时还需要在机械以及化学作用下，改变金属材料的内部结构以及性能，从而保证所生产的金属产品能够符合制造要求。

1 金属材料热处理工艺的优点

为有效提升金属材料的各项性能，需要给予热处理加工，从而在多重方式的淬炼下，最大化降低金属材料中出现的网状碳化物等相关杂质，同时也能够对金属颗粒进行细化，进而将金属材料的内应力消除彻底，最大化提升金属材料的强度以及韧性，保证金属材料能够更好的应用于工业生产中。同时金属材料热处理能够帮助金属材料塑型，原子结构在受到热应力以及重力势能的作用下，其原子结构就会被破坏，从而减弱了金属材料的塑型难度。在工程生产上，就可以根据实际生产情况，对金属材料实施再塑型，从而将其应用于精密细致的机械零件加工中。此外，金属材料热处理具有延长金属材料使用寿命的特点，且能够全面提升金属材料的力学性能，从而避免金属材料出现表面损伤或者局部塑性形变，以及金属材料断裂现象。并且热处理能够最大化减少应金属材料负荷运转出现的其他问题，基于此，金属材料的整体使用寿命也会有所延长，工业生产成本减少，保证各企业获得更多的经济收益[1]。

2 热处理变形开裂的原因

在对金属材料进行热处理时，会因尺寸以及形状改变导致出现变形现象，而导致此种现象的主要原因就是金属材料热处理时工件内部产生应力。内应力可以分为组织应力以及热应力，两种应力共同作用就会导致金属材料工件变硬，如果作用力超过应力变形极限，就会导致金属材料出现永久变形。

2.1 热处理原因

在对金属材料进行热处理时，可以采用冷却以及加热两种方式，在热处理操作时，金属材料会因热胀冷缩造成体积变化。金属材料工件如果处于淬火温度时，工件屈服强度就会有所降低，塑性提升，当内应力大于屈服强度时，就会导致金属材料出现塑性变形[2]。

2.2 组织应力原因

金属材料工件组织应力中，切向应力较轴向应力大，且与金属工件的表层较为接近。金属工件的表面会受到拉应力作用，而其内部主要受到压应力作用。组织应力在淬火过程中，会有形变以及开裂现象出现，造成此种现象的主要原因就是热处理操作时会受到组织应力以及热应力的作用。此外，金属材料在热处理过程中，会受到组织应力影响外，还会受到金属材料的介质、冷却速度以及成分、形状的影响[3]。

3 金属热处理变形与开裂的解决方案

3.1 金属钢材

在制造金属工件过程中，需要依据热处理效果选用。一般情况下，高淬透性合金钢以及碳钢、微变形刚较为常用。高淬透性合金钢多应用于大截面尺寸以及形状较为复杂的工艺中，而微变形刚多用于形状复杂且有较高轻度要求的金属工件制造中。合金钢多用于例如Cr12MnV易淬裂以及变形的工件中。

3.2 对加热温度进行控制

在热处理过程中，需要根据合金材料淬透性的不同，选择低温淬火温度，从而有效提升工件的淬硬效果。对于高弹合金钢制造的工件，需要根据工件的不同，适当调高淬火温度，从而保证MS点残留的奥氏体量得以降低。例如针对于Cr12MoV合金，其属于高硬度工件模具，在制造过程中，为避免有弧形裂纹出现，需要选择1040℃的淬火温度。

3.3 冷却方式

在合金工件的热处理中，最为重要的生产工艺就是淬火冷却，因其会直接对工件的质量产生影响。在淬火工艺上，需要选择用热油以及冷油，相比而言，在淬火时，热油对工件变形的影响会较冷油小，且温度多在80℃~120℃之间即可。此外，热处理过程中的淬火搅拌形式以及搅拌的速度会直接影响变形的程度。对于金属而言，其冷却速度较快，但是却不均匀，由此，会有很大的应力出现，从而变形以及开裂的几率会更大。

例如，在冷处理方式选择时，需要考虑金属材料的尺寸以及大小，同时与原材料的微观原子结构进行分析，例如表1，为某工程热处理工作的金属材料尺寸。

表1 某工程热处理工作的金属材料尺寸

3.4 对锻造以及预热处理进行控制

合金工件淬火前期，如果给予适当的处理，就会在很大程度上减少变形的影响。例如，某些高碳工具钢制造工件，在热处理过程中，需要确保制造淬火以及锻造工艺的合理性，从而最大限度减少金属材料中出现的网状碳化物以及偏析均匀现象。

而对于一些制造标准较高的工件，就需要做好应力退火、正火以及调试处理工作，从而有效降低热处理过程中出现的工件表面开裂以及合金变形现象。在淬火冷却时，需要重点选好介质，水和油是重要介质。需要将水温控制在550℃~650℃之间，从而提升冷却速度。冷却速度高，在200℃~300℃之间，冷却速度下降快，会导致金属变形。