金属材料热处理变形的影响因素与控制策略分析

2019-12-21戴云鹏

商品与质量 2019年41期

戴云鹏

营口普惠职业健康技术咨询有限公司辽宁营口 115000

热处理工艺早已拥有上千年的历史，我国人民群众对于热处理工艺有着丰富的实践经验。随着热处理工艺的不断细化以及金属材料种类的持续增加，热处理工艺的实际应用呈现出了多样化的发展趋势，即不同性质、不同用途的金属材料需要采用不同的热处理工艺，且加工方式和加工时间也不尽相同。因此，在使用热处理技术时，应当根据金属材料的组成成分合理选择热处理工艺，把握好金属材料与热处理工艺之间的必然关系，才能从根本上避免热处理变形的事件发生。

1 金属材料与热处理

从热处理工艺的发展历程来看，我国早在4000年前就拥有使用热处理工艺的历史，领先同期的世界各国。而到了近现代，在改革开放的带动之下，我国的工业实力得到了飞速的增长，新型的金属材料和热处理工艺层出不穷，进而切实推动着我国的钢铁业、金属制造业、工业快速发展[1]。在工业生产当中，铜、铁、铝三种金属材料的使用频率最高，而单纯使用某种金属材料则会容易受到材料自身性能的缺陷，因而由多种金属材料构成的合金材料成为了工业生产中的主流。从合金材料的组成方式来看，其主要包括内部空间粒子排列和金属与原子的排列两种。这其中，空间原子排列往往与金属性能之间相互挂钩，而实现二者联系的主要途径就是热处理工艺。从热处理工艺的本质来看，其强调使用特殊的介质来对金属实现加热的目的，并在特定的环境下对金属进行冷却，最终实现金属性能的改变。热处理工艺具有一定的复杂性，加工过程中涉及到多种元素的变更。需要注意的是，一旦热处理过程中出现金属元素受影响的情况下，金属材料的最终性能也会随之发生改变，导致无法满足实际的使用需求[2]。

2 影响因素分析

2.1 时效和冷处理

当对金属材料进行冷处理之后，金属材料中残留的奥氏体会转变为马氏体，而正是因为马氏体的存在，金属材料才会出现体积增大的情况[3]。在低温回火的过程当中，金属材料变形后会出现以下两种后果：一是马氏体对碳化物形成分解作用，进而导致金属材料的体积没有增大反而缩小。二是金属材料受到应力作用影响而松弛，最终呈现出畸形变化的情况。

2.2 原始组织的应力状态

金属材料的原始组织在热处理过程中的变化明显，其主要包括碳化物总量、形态、纤维方向等，而控制金属材料原始组织的变化程度则可以实现对于金属材料变形量的有效控制。在实际当中，调质处理的方法具有较高的实用性，同时也能够控制金属材料热变形的发展规律，最终达到控制热变形的效果。但需要注意的是，热处理工艺对于金属材料的作用程度有效，为保证热处理的渗透效果，就必须对金属材料进行初步的磨削加工。

3 金属材料热处理变形控制的原则

3.1 科学性原则

金属材料的热处理加工需要严格遵循科学性的基本原则，基于科学角度对不同性质金属材料的热反应进行判断，详细探究不同温度、降温速度下的金属材料变形效果，明确认识到二者之间的必然联系性，最终在这一基础上制定相应的热处理工艺标准。

3.2 易操作原则

从金属材料加工企业的发展现状来看，多数金属材料加工企业所具备的生产条件较差，无法在现场对金属材料进行精密化处理。同时，过于复杂化的热处理工艺将会影响到金属材料加工企业的生产效率和经济效益。因此，在制定金属材料热处理工艺控制方案时，方案的易操作性往往是企业主要的考虑内容，其主要包括错误率控制、容错率控制及外部环境影响控制。此外，整个操作流程和环节需要尽量简洁化，确保操作人员能够在短时间内熟练掌握相关的控制技巧，进而实现在短期内批量生产的最终目标。

3.3 实用性原则

实用性原则是金属材料热处理变形控制的基础所在。为实现控制、加工工艺的提升，企业往往会在前期阶段投入大量的资源，并侧重于研发高实用性的控制技术。其目的是在后续生产环节当中可以有效控制人力、物力投入，进而实现对于生产成本的控制。

4 金属材料热处理变形的控制策略

4.1 做好前期预处理

实践证明，正火阶段和退火阶段是容易出现金属变形的主要阶段。正火阶段的温度较高，故金属内部容易变形，因而正火阶段的温度控制就成为了关键所在。其次，为了保证正火处理的效果能够达到预期的程度，就必须结合不同金属材料的特性，选择特定的退火工艺，进而实现对于温度梯度对金属材料的负面影响，严格控制变形问题。

4.2 淬火处理的控制

淬火工艺是金属材料热处理工艺的核心环节。首先，淬火时需要密切关注冷却区间的淬火速度，如将550℃的冷却速度控制在1100℃/s。而在淬火冷却介质的选择方面，则需要结合金属材料的特性进行选择，常用的冷却介质包括水、盐水和碱水等。鉴于水介质在550℃阶段的冷却速度约为600℃/s，故等到200℃阶段后其具体的冷却速度依然较高，理论上可以达到270℃/s。在这一阶段当中，一旦冷却速度过快，金属材料中的马氏体转变过程会受到影响，最终导致金属材料变形或者出现开裂的问题。而适当添加盐和碱则可以有效实现冷却速度的增加，保证温度下降至200℃阶段后金属材料的具体冷却速度可以保持不变。