金属材料热处理变形因素及控制措施分析

朱国华 曹昌怀 卢健

摘 要：在多个工业行业生产体系中，都需要对金属材料进行热处理，以改变材料形状，满足后续生产流程要求。但是在进行热处理操作时，通常会出现不同形式的变形问题，进而对材料质量和后续加工带来负面影响。本文在简要概述金属材料种类与性能基础上，分析热处理变形的主要影响因素，并结合技术要求提出对应的控制措施，以此为相关生产管理提供参考。

关键词：金属材料;热处理;变形;控制措施

在工业生产体系不断复杂，新型工业产品类型朝着多元化方向发展背景下，对金属材料热处理变形控制提出更高要求。通过有效的控制措施，不仅能够有效提升企业整体生产水平，推动生产工艺优化，还能够适应时代发展要求，减少工业生产中材料损耗，降低工业生产对周边环境的污染。

1、金屬材料的种类与性能

1.1 金属材料的性能分类

在工业生产领域中，金属材料具有较为广泛的应用，但是初级金属材料必然无法满足生产体系要求，这就需要通过热处理形式，确保金属材料的硬度、强度、形状和耐腐蚀性等，都能够到达生产工艺要求。在当前技术条件下，金属材料的性能被分为使用性能和工艺性能两种形式，前者主要包括化学性能、物理性能和力学性能等基础性能，这也是金属材料实际应用中选材和设计的基本依据;后者则是指金属材料在实际加工中所体现出的性能，例如可锻性、热处理性能、铸造性等[1]。两种性能的分类不同，对金属材料在不同产品生产中的应用效果具有直接影响。

1.2 金属材料性能评价指标

对于不同的金属材料而言，使用性能和工艺性能的子性能是交叉存在的，例如具有相同物理性能的金属，在热处理性能上可能具有较大差异。因此在实际选用过程中，对金属材料性能的研究和分析，主要侧重于三个指标：硬度、耐久性、疲劳性。硬度是金属材料选型的基本指标，是指金属本身所具备的基本抗击能力，不同的硬度参数，使得金属材料使用场景有着较大差异。耐久性同样是金属材料的主要性能指标，其主要体现在金属材料在不同使用环境下的耐腐蚀能力，在实际应用中，腐蚀现象只能通过技术处理减轻而无法根本消除。疲劳性则是指材料在持续应力条件作用下所具有的抗负荷能力，或者是长时间内无异常断裂的能力[2]。对于多种金属材料而言，这些指标的具体参数都可以通过热处理技术提升，由此使得热处理成为金属材料生产应用中不可或缺的环节。

2、金属材料热处理变形的影响因素

2.1 温度因素

热处理本身就是通过对应的温度条件调整，对金属材料进行初步加工。在温度发生不同程度变化时，会导致金属材料出现不同程度的变形。尤其是在工件本身出现受热不均情形时，不同部位的实际变形还存在较为明显差异。同时，在热处理环节结束后，随着热处理温度自身变化，金属工件温度也会随之发生明显下降，在温度条件发生对应变化时，热应力和组织应力也会不断降低，会直接导致金属工件出现变形现象。

2.2 淬火介质因素

在当前金属材料热处理加工工艺中，所应用的技术更加复杂，所选用的淬火介质形式和具体操作要求也具有明显偏差。不同的金属材料在进行热处理时，所需要选择的淬火介质有明显差异，对淬火操作流程中所需要的搅拌方式、搅拌速度具有不同要求。同时，金属工件的稳定性也对热处理效果具有明显影响。只有确保各方面参数选择和技术要求都满足操作规范要求的情形下，才能够确保热处理质量达到设计要求，满足工件后续装配和产品生产质量要求。

2.3 预处理效果

在金属材料进行热处理加工前，需要采用正火方式进行预处理，也就是将金属构件加热到Ac3温度30～50℃范围内，并保持恒定温度时段后再出炉空冷[3]。有效的正火处理，能够较好的提升金属材料强度和韧性，避免构件在热处理和后续加工使用过程中出现开裂。但是正火处理对场地和处理工艺操作水平都具有较高要求，在处理不当的情形下，将会对材料内部组织性能产生影响，进而出现不同程度的变形现象。同时，在金属材料需要进行焊接作业时，正火处理效果欠佳，还会导致材料内部产生魏氏组织，造成更为严重的变形现象。

2.4 作业人员技能水平

当前生产工艺体系下，金属材料的热处理流程还是以人工作业模式为主，虽然企业层面已经根据生产要求明确热处理操作流程规范，但是在实际操作过程中，作业人员的技能水平依然会对热处理效果产生重要影响。尤其是在作业人员责任心不足，操作不规范的情形下，对金属工件变化的关注度不足，会导致变形明显加剧，进而导致热处理失败，影响到后续生产流程和企业经济效益的实现。

3、金属材料热处理变形的控制措施

3.1 依照相应原则进行热处理

金属材料的热处理是企业生产流程管理的基本内容，在热处理工艺应用中，应当坚持如下方面的基本原则：首先是坚持科学性原则，也就是根据材料本身性质和工件使用要求，选择合适的热处理工艺、处理设备和淬火介质，将变形现象控制在基本要求范围内，确保处理效果能够满足后续工艺流程要求。其次是要坚持实用性原则，以绿色、节能、环保理念为指导，通过材料变形质量控制，减少金属资源浪费，为企业生产创造良好的经济效益和社会效益。再次是要坚持操作便利性原则，也就是通过操作过程的优化，降低热处理过程中负面因素影响，有效提升整体操作水平，满足热处理的经济性要求。

3.2 优化淬火介质选择与操作

通过淬火介质选择与操作的优化，提升操作流程的规范性，能够更好的控制变形现象。在当前淬火工艺实施中，主要是采用水和油为基础介质。在操作流程中，通常是将水温控制在55～65℃之间，油温度控制在60～80℃之间。对于技术人员来说，应当结合不同金属材料热处理变形规律研究，通过定性分析和定量分析相结合的方法，对温度控制范围进一步细化，将温度变化幅度控制在5℃甚至是更低范围内，以此不仅能够更好的提升热处理质量，还能够实现淬火操作工艺水平提升，满足精细化生产管理要求。

3.3 科学选择冷却方法

冷却方法选择和操作流程的控制，对变形质量控制具有重要影响，在实际操作过程中，需要根据金属材料自身特性，合理控制冷却速度和冷却时间。尤其是对于部分经过优化的合金材料，可以通过小件试验的方式，分析单介质淬火或双介质淬火的实际效果，分析不同形式淬火作业后实际冷却效果的差异，进而对冷却流程进行优化，以有效避免金属材料的变形。

3.4 提升作业人员技能水平

针对当前多数企业热处理工序中作业人员因素方面的问题，企业应当对整体管理流程进行优化，首先选择合适的辅助夹具，确保夹具保留一定的余量，确保金属材料的热处理效果。在日常管理工作中，应当重视作业人员的培训和考核工作，确保工作人员能够严格依照操作规范处理各个流程。对于热处理过程中出现的共性问题，应当深入分析问题产生的原因，并采取对应的措施进行处理，对处理流程进行调整优化，实现变形现象的合理控制。

4、结束语

金属材料热处理变形的有效控制，不仅对企业生产经济效益具有直接性影响，同时对工业生产社会效益和环保效益也具有直接性影响。因此在当前相关企业生产管理中，应当强化对相关技术的研究，构建更加规范的操作体系，以此才能够确保变形现象得以有效控制，更好的提升金属材料性能，为工业生产水平提升起到更加积极的促进作用。

参考文献

[1]田景.金属材料热处理变形的影响因素与控制措施初探[J].当代化工研究，2021（11）：19-20.

[2]徐红梅.金属材料热处理变形及开裂问题研究[J].冶金与材料，2021，41（02）：39-40.

[3]薛勇.金属材料热处理工艺以及技术发展趋势探索[J].设备管理与维修，2021（06）：75-76.