金属材料热处理变形控制措施探析

摘 要 金属材料具有延展性、导电性、传热性等特征，为了获得金属材料更加优秀的性能，人们通常采用热处理的方式对材料进行改性，使材料的性质和性能得到提高。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。然而，如果处理不当，就会影响金属材料的性能，最终影响零部件机械质量。在特定温度下的热处理和淬火过程中，金属的分子发生改变。但是应为这种改变，材料可能会发生一些不期望的形变，本文讨论了热处理过程中金属变形的原因和简单地应对方法，以期为金属材料热处理解决实际生产中的问题。

关键词 金属材料;热处理;变形影响因素;控制策略

金属合金分为有色金属和黑色金属，呈亮黑色织构，具有一定的导热性和延展性。随着我国经济社会的快速发展和装备制造业的升级换代，金属合金材料的加工和应用越来越多。金属合金具有良好的塑性、适宜的价格和较高的耐久性，是机械制造业和装备制造业广泛应用的主要材料。在材料加工过程之中，我们比较常用的是热处理，金属热处理可以得到我们需要的组织和结构，但也存在一些缺点，比如温度处理不当，可能会破坏金属本身的性质，导致被加工零件和机械强度降低，影响设备的运行和质量，使企业受到可计量损失的影响。因此，在金属合金热处理过程之中，必须掌握加工与温度变形的有机关系，准确控制加工过程之中的范围和尺寸，按高标准生产，才能避免许多问题。这也是提高后续设备质量的有效控制方法，是我国工业进步和发展的趋势。分析了金属合金热处理过程之中存在的问题及其影响因素，探讨了一些切实可行的解决办法，以保证金属材料在热处理过程之中的效率和质量。

1金属材料热处理过程中变形的种类

金属合金在热处理过程之中不可避免地会发生变形。在大多数加工过程之中，有两种类型的变形。一种是比体积变形，它与金属材料之中的碳元素和一些微量金属元素有关。通过研究人员的研究发现，金属合金材料的比体积变形具有普遍性，这与铁素体、游离碳和比体积变化的差异密切相关。金属合金材料的比体积变形是各向同性的，即在均质金属之中，在热处理过程之中，金属材料在不同方向之上具有相同的变形。合金经过比体积变形之后，尺寸发生明显变化，另一种金属材料在热处理过程之中的变形为内应力塑性变形，这是由于金属块温度不均匀引起的。具体来说，在热处理过程之中，金属块不同位置的温度不均匀，导致不同零件的冷却速度不同。因此，随着温度的降低，不同位置的金属发生了不同的热膨胀和冷缩。由此引起的不良变形是热应力塑性变形。

2金属材料热处理变形的影响因素

2.1 冷处理过程的影响

在金属加工之中进行热处理时，经常发生低温回火和时效。这两种情况都会引起金属材料的变形，对金属加工产生不利影响。时效和低温回火的发生会导致碳的析出和马氏体的分解[1]。在随后的加工过程之中，如淬火过程之中，金属之中的奥氏体转变为马氏体，导致金属变形和体积变形，对材料质量和制造设备的可靠性产生负面影响。

2.2 应力的影响

在热处理过程之中，加热不均匀会导致金属材料变形。一般来说，热处理是在热处理一段时间之后进行的。然而，在加热保温过程之中，材料上下及不同位置会产生温差，从而导致不同的位置状态。当低温较硬时，高温部分变软，不同的应力会使材料产生不良变形。

2.3 原始组织影响

金属热处理过程中受到合金元素纤维方向和碳化物形状等的影响，金属材料会在淬火时产生一定的影响。这些就是原始组织的影响，在现代的热处理过程中一般都加入了化学方法，在化学方法处理后，金属材料的原始组织会变得更加的有规律。因此，就会使热变形的程度变小并且使金属表面的耐磨性等性质得到提高。

2.4 淬火的影响

淬火是金属材料加工之中的一项基本操作。淬火可以改变材料的性能，如材料的硬度和耐腐蚀性。在淬火过程之中，必须选择合适的淬火介质来控制金属材料的变形程度，这对提高加工质量至关重要。

2.5 预处理的影响

预处理的效果能在一定程度之上消除应力，这是金属材料热加工过程之中常用的处理方法。如果不进行预冷，材料正火时会出现冷堆，上下温差会大幅度变形，影响热处理效果，造成加工产品质量问题。

3金属材料热处理技术使用过程中需要遵守的原则

随着近年来金属材料使用趋于频繁，为了提高应用金属材料以后的成效，热处理技术被逐渐应用于金属材料。金属材料热处理技术虽然对金属材料的使用效果有一定的提升，但金属材料在热处理过程中会出现变形的状况，因此会对热处理过程应用于金属材料造成一定的阻碍。为了有效地避免金属材料热处理变形现象的发生，金属材料热处理技术使用过程中需要遵守一定的原则。

3.1 规范操作原则

金属材料热处理技术使用过程中，热处理变形现象的发生会大大降低熱处理技术的优越性。而在金属材料热处理时变形现象发生的部分原因可以归结为工作人员操作失误。因此应用热处理技术处理金属材料时，工作人员应提前进行培训以具备有关金属材料方面的专业知识。首先工作人员针对不同的金属材料选用不同的热处理技术，选定适宜的热处理技术后便可以规划详细、规范的热处理流程，使热处理后的金属材料性能更优。其次，设立相应的监督机制，确保工作人员热处理操作的规范性。

3.2 减少环境干扰原则

金属材料热处理技术的施工环境要求相对严苛，既要保护外部环境也要减少外部环境对金属材料热处理变形的影响，这样热处理后的金属材料实用性才会达到最好[2]。现阶段，我国金属材料处理选址大多均在偏僻的郊外，遵循了减少环境干扰的原则，在大大提高企业的生产效率的同时减少金属材料热处理变形状况。

3.3 人员定期培训原则

从事金属材料热处理的工作人员规范操作需要依靠工厂对工作人员进行阶段性的培训，以加强工作人员对金属材料热处理知识的认知和巩固，在保障工作人员对金属材料热处理技术的熟练程度同时使企业可持续健康发展。

4金属材料热处理变形的控制策略

4.1 改进淬火工艺

热处理技术应用于金属材料的工艺过程中，淬火是其中重要且关键的一个环节。熟练操作淬火工艺对金属材料热处理技术的应用是非常重要的。传统的淬火工艺已经不能满足人们对于生产技术的要求，随着社会的发展被逐步淘汰。淬火工艺中使用的淬火介质主要有油和水等，针对不同金属材料选用合适的淬火介质来控制金属材料热处理变形状况。如今，淬火工艺的改进与革新成为企业急需解决的问题，企业应该引起高度的关注并在合适的热处理技术上合理调控温度，从而避免淬火工程中出现的麻烦，提高淬火效率。在大多数情况下，淬火介质为水时的水温为55℃ ～65℃，淬火介质为油时的油温为60℃ ～80℃，将淬火速率调控在正常范围内，有效避免金属材料热处理变形。

4.2 改进冷却工艺

金属材料热处理工艺中，除了淬火工艺以外，冷却工艺的合理改进对金属材料热处理变形现象的降低也起到关键性的作用。热处理过程冷却工艺的操作需严格按照制定的方案实施，从而大大避免冷却过程中热变形现象的出现。不同的淬火方式需要不同的冷却方式。在金属材料热处理淬火过程中，使用较多的是单介质淬火和双介质淬火，分级淬火等方式。以双介质淬火为例进行说明，金属材料使用双介质淬火方式进行淬火冷却，冷却过程分两个阶段进行[3]。首先，将淬火后的金属部件放入快速冷却介质中冷却，这时金属部件温度快速下降到300℃，而后经过短时间的保温阶段，将淬火后的金属部件放入慢速度冷却介质中冷却，实现金属材料的两次冷却。两次冷却过程因冷却速度的差别所选用的冷却介质也会不同。冷却工艺中，对热变形影响最大的部分是快速冷却，因为快速冷却会提高金属内的拉力。

4.3 合理加工

金属材料热处理技术应用过程中，离不开机械设备的使用。运用机械设备进行加工时，要将金属材料热变形量考虑在内，从而对金属材料进行合理加工并有效增加淬火后的合格品数。在加工金属材料过程中，需要对金属材料的加工需要和金属本身特点进行充分的了解，从而选用机械夹装的方式。工作人员要正确认识到各种金属材料的形变规律，运用相应的热处理措施，保障金属材料热处理的正确实施。通过对金属材料热处理变形值的估量，从而降低金属材料的热处理变形。

5结束语

现代社会中，金属材料的应用已经遍及人们生活的方方面面。金属材料的改进革新伴随科学技术的发展在不断变化。现在，将热处理技术用于金属材料已经非常普遍，但紧随着这一技术革新的同时也带来新的问题，即在金属材料热处理过程中金属材料产生的变形问题。文章通过介绍金属材料热处理过程中变形的种类和影响因素分析，明确了金属材料热处理技术使用过程中需要遵守的原则和控制策略研究，更加充分的对金属材料热处理变形有了了解。通过文章分析知道了金属材料热处理流程在实施的过程中，要对金属材料和热处理工艺两者均有足够充分的了解，从而保障工艺的质量并有效避免金属材料热处理变形现象的发生。金属材料热处理变形影响的主要环节包括淬火过程、冷却过程和加工过程等，所以热处理过程中温度的控制至关重要。金属材料热处理技术效率高的企业会在竞争激烈的市场中占得一席之地。不仅会提高企业的知名度和利润率而且在一定程度上减少了资源的浪费并保護社会环境。

参考文献

[1] 李跃光.金属材料热处理变形的影响因素与控制策略[J].建筑工程技术与设计，2018（15）：4188.

[2] 胡娟.金属材料热处理变形的影响因素与控制策略[J].建筑工程技术与设计，2018，（25）：3784.

[3] 钱文勇，钱宏义，周炳欣.金属材料热处理变形的影响因素与控制策略[J].军民两用技术与产品，2018（22）：189，203.

作者简介

闫志明，男，河北省张家口人;毕业院校：河北联合大学轻工学院，专业：材料成型及控制工程专，学历：本科，现就职单位：北京北齿（黄骅）有限公司，研究方向：齿轮热处理。