金属材料热处理变形的影响因素分析及应对

沙慧丽

（济宁市技师学院，山东 济宁 272000）

随着社会的快速发展，工业生产中对金属产品的质量提出了新的要求，而金属材料热处理技术的运用，可以有效提升金属材料的稳定性，也可以强化材料的性能，所以对金属材料热处理变形影响因素的分析至关重要，只有明确影响因素才能更好地规避金属材料热处理中存在的问题，进而提升金属材料的使用效率，推动金属加工制造业的可持续发展。

1 金属材料热处理的概述

1.1 金属材料热处理的概述

所谓金属材料热处理，就是将金属材料通过一定的速度加热，达到预定温度之后进入保温状态，之后进行预定冷却处理，属于一种综合性的制造工艺，通过这种工艺来让金属材料达到预期的组织与性能。金属热处理是现代加工制造业中比较常见的一种工艺方式，这种方式相对于其他金属加工工艺来讲，可以保障处理过程中，金属工件外在的形状与整体的化学成分不发生转变，通过对内部显微组织的改变，来改善金属工件在使用上的性能。这种工艺的特点是对金属工件的内在质量做出改变，并非肉眼可以看出来的外在改变。通过金属材料热处理的方式，可以让金属工件达到力学、物理学等在性能上的要求。比如钢材材料，钢铁自身的显微组织相对较为复杂，所以通常会使用热处理工艺来对其控制与处理，采用热处理的方式来转变钢铁材质的性能，并赋予不同的使用性能。

1.2 金属材料热处理的工艺

金属材料热处理工艺在实际使用中通常有三个环节，分别是加热、保温以及冷却，在部分加工中也会使用加热与冷却两个环节，这些过程之间是相互衔接来作业的。首先就是加热，在实际金属热处理的加热环节中，进行加热的方式也经过不断演变与更新，比如早期通常会使用煤炭、木炭的形式来加热，后期使用液体或者气体燃料加热，也有使用电力加热的，电力相对来讲更容易控制，而且不会造成环境污染的问题，加热可以直接进行，也可以采用熔融的盐、金，通过浮动粒子的方式来间接加热，在加热过程中，金属工件直接暴露在空气之中，所以容易出现氧化、脱碳等现象，这也就无法保障热处理之后金属工件的性能，通常在金属材料热处理的环节中，会使用可控气氛、真空、熔融盐等来加热，对加热温度的控制是对金属工件性能与质量提供保障的重要方式。

金属材料性能的转变需要一定的时间，由此，在针对金属工件加热达到预定的温度之后，还应该做好保温，保障内外温度之间保持一致，这样才能让显微组织发生转变。但运用高能密度加热或者是表面热处理的时候，加热的速度相对较快，所以通常没有保温的时间，但在化学热处理的时候，预定的保温时间就会相对较长，具体的保温时间需要根据金属材料热处理的目的来进行选择。最后一个环节就是冷却的工艺，在实际金属材料热处理过程中的冷却工艺也有明显的不同，这种不同主要是从冷却速度控制方面体现。通常来讲退火的冷却速度相对较为缓慢，正火的时候冷却的速度就相对加快，如果是淬火的冷却速度就会更快，但也会因为金属材料热处理的材料、目的等方面的不同要求来进行选择，比如空硬钢在进行冷却工艺的时候，通常就会使用正火一样的冷却速度，以此来进行淬硬。

2 金属材料热处理变形的影响因素

在金属材料热处理实际操作的过程中，热处理变形的表现形式有很多，比如：体积或者尺寸上的变形，形状上的变形等等，主要出现变形的原因有内应力与比容变形两种，其中内应力变形主要是金属材料受到不同的因素导致内部组织出现不均匀而产生的变化，而比容变形就是材料自身结构具有多样化特点，组织比容也都不同，通过对金属材料的热处理工艺，受到温度的影响，就容易造成外形发生改变。造成金属材料热处理变形的因素有很多，以下对其进行简单的分析。

2.1 金属材料成分造成变形

在针对金属材料进行热加工处理的过程中，金属材料自身的内在成分会造成热处理过程发生变形，比如：在淬火阶段，金属材料内部成分会发生转变，这也就容易导致其中存在的碳化物出现析出的现象，由于碳化物的因素，造成金属材料整体的体积出现减少，也会影响到金属材料在使用上的强度变化，进而出现变形的问题，这种情况较为常见。同时，在对金属材料进行热处理的过程中，对金属材料的抗氧性也会起到增强的效果，但在加热过程中热处理的工艺使用也容易影响金属材料的应力变化，如果金属材料自身的应力要明显高于金属材料的屈服强度，金属材料变形也就成为必然的现象了。

2.2 机械加工因素造成变形

在对金属材料进行加工的过程中，机械加工不可避免，但机械加工的过程也容易造成金属材料的变形现象，比如针对细长类的金属部件进行加工的时候，切削量就会直接影响到金属的应力，造成在淬火的过程中金属材料出现变形现象。而且热处理工艺的过程中，机械场地也会影响到金属材料的变形现象，比如：冷却的过程中，就容易出现材料堆冷现象，影响加热炉内金属材料的冷却效果等等。人员对机械的操作也容易造成金属材料的变形情况，比如违规操作、操作失误等现象就会直接影响到热处理的效果，进而导致金属材料出现变形的现象。

2.3 温度把控因素造成变形

金属材料在开展热处理的过程中，对温度的把控有着较为严格的要求，如果温度控制出现问题，就会直接造成金属材料加工变形，严重的会导致金属材料开裂的问题。比如，在实际施工的过程中，没有按照相关规定来对温度测量，直接按照经验来开展金属材料的热处理工作，就会导致金属材料经过热处理后直接出现报废的问题。同时，金属热处理的环节中，有低温回火的过程，这个过程中就应该对温度作出严格的把控，严格关注低温回火的时效性，都在就会直接造成金属材料的变形，也不利于金属材料的质量。

3 金属材料热处理变形应对原则

金属材料热处理在工业制造业中较为常见，为了更好地规避金属材料热处理中出现的变形现象，应该严格按照相应原则进行操作，以此来保障金属材料热处理的科学性与有效性。

3.1 操作规范性

在金属材料热处理作业中，需要严格按照工艺的操作规范开展，从规范性操作的角度来规避热处理过程中出现的变形现象。在金属材料进行热处理的时候，人员的违规操作、按照经验操作、失误操作等等，都会直接影响到金属材料热处理的效果，所以，应该以规范化的操作标准来约束操作人员的行为，根据金属材料特点与热处理的目的，来科学地选择适合的热处理技术，以此来降低在热处理过程中金属材料出现变形的风险。同时，在应该严格按照规章制度进行操作，在对金属材料进行热处理之前需要做好对金属材料的测评工作，严格按照检测数据来制定相应的热处理方式，通过规范化的操作流程与科学化的操作方式，来对金属材料热处理方案优化，以此来保障金属材料在热处理环节中的性能与质量。此外，还应该在工作中结合实际经验，来对现有制度、操作流程优化与更新，对工作中的操作细节严格把控管理，以此来保障操作的规范性。更应该以专门的监督部门来开展监督，保障在实际作业的环节中，热处理工作人员可以严格按照操作细则与流程来开展规范操作。

3.2 环境安全性

在针对金属材料开展热处理的过程中，也需保障操作环境的安全性与环保性，由于机械制造业自身会造成噪音、废气等方面的污染，所以在城市布局规划中，这种机械制造业通常位于城市的边缘或者远郊地段，这也就在一定程度上对城市居民生活环境起到了保护的效果，避免污染源对居民的危害。同时这种城市布局也会让机械加工拥有更为良好的生产环境，保障金属材料热处理工艺效果，更可以规避环境因素造成的金属材料热处理过程中出现的变形。环境安全性与环保型是保障金属材料热处理的前提，所以机械制造业在进行选址的过程中也应该充分遵循这一原则。

3.3 人员专业性

人员专业性是保障金属材料热处理的基础，由于人员是开展热处理工艺的重要人员，如果单一通过自身的经验来开展热处理作业，无法对金属材料热处理的工艺质量提供保障。同时，现阶段的机械制造业快速发展，工艺更新换代的速度更是不断加快，这也对金属材料热处理的操作人员提出了全新的要求，需要通过对操作人员的培训，来保障其规范性、专业性的操作，并确保技术的与时俱进。此外，还应针对相关工作人员进行金属材质方面的培训，让其可以对不同的金属材料进行清晰地了解，才能更好地开展金属材料的热处理作业，从根本上保障金属材料热处理的质量。

4 金属材料热处理变形应对措施

4.1 做好热处理的准备工作

在金属材料的热处理过程中，应该在准备阶段做好严格的把控，打好提前量来规避变形的情况，这就需要重视预处理环节的工作，保障金属材料热处理过程中分子结构的改善，通过热处理的方式来均匀的改善金属材料的使用性能。针对金属材料做好测评工作，针对不同金属材料的性质做好处理方案，规避金属材料受到自身内在成分因素所造成的变形现象。在实际操作的过程中，相关的技术人员应该严格按照不同金属材料的操作标准，对热处理工艺科学的选择，并在前期的准备阶段，来规避温度与工艺对金属材料所产生的变形影响，最大程度地降低发生变形的概率，为金属材料的热处理奠定良好基础。

4.2 对工艺环节做好严格把控

针对金属材料热处理技术来讲，对工艺环节做好严格的把控，可以从根本上降低金属材料出现变形的问题。首先就是严格把控淬火的环节，其可以直接影响到金属材料的质量变化，这就需要技术人员学习先进的热处理技术，并将其运用到实际操作中，通过对先进的理念来对淬火环节优化，不断降低金属材料在热处理过程中出现的变形。现阶段，在金属材料热处理过程中较为常见的淬火介质就是水与油，在实际淬火的环节中，需要工作人员对温度做好严格的控制，将水与油的温度做好严格把控，保障水的温度在55℃～65℃之间，而油的温度控制在60℃到80℃之间，只有对其进行严格的控制，才能充分保障在热处理过程中，金属材料可以均匀受热，这也为后续的工序提供了保障，实现对金属材料性能的提升。

其次就是从冷却的环节做好把控，由于金属材料的种类不同，所选择的冷却方式也会出现不同，所以在金属材料冷却环节过程中，应该针对不同金属材料的情况，对冷却方式作出科学的选择。这就需要相关的技术人员对金属材料充分的了解与掌握，明确不同金属材料所需要的不同淬火技术，比如常见的单介质淬火、分级淬火等等，由于不同的淬火技术所涵盖的冷却技术是不同的，而不同的冷却技术均由不同的优缺点，比如：单介质淬火优势在于自动化的水平相对较高，在工艺实施的时候，整体的效果较为明显，但实施的过程中，在冷却速度方面存在劣势，难以对速度作出有效地控制与管理。比如分级淬火技术的运用，有点在于可以对盈利进行降低，更好地对金属材料的结构完整性提供保障，但劣势在于需要借助碱液、盐液等，所以这一技术的成本相对较高。所以在对冷却方式进行选择的时候，应该充分结合金属材料的特点来科学选择，进而规避金属材料在热处理中出现的变形。

4.3 有效运用机械化加工技术

针对不同的金属材料开展热处理作业，作业的流程有着固定性的顺序，由于不同金属材料的性质存在差异，所以针对不同金属材料的热处理作业方面，也应该对流程与工序进行差异化的对待。热处理是金属材料进行加工中的关键环节，但金属材料自身的特殊性，导致机械加工的工序对金属材料的处理效果产生影响。所以在机械加工的过程中，应该做好对余量的处理，通过对变形范围来对工序做好研究，比如：经过热处理后的金属材料，变形程度超出了预定的范围，就需要针对变形的因素做好分析，并及时采取相应的处理措施进行解决，这也为后续热处理的开展提供的借鉴。同时，针对金属材料热处理的过程中，也应该对零件结构做到科学的配置，重点关注金属零件的结构，严格按照生产的标准，来对金属材料控制。在实际加工生产的环节中，更应该避免出现应力集中的问题，以此来规避零件变形的情况。在冷却速度方面，还应该对金属零件的对称性保障，从设计阶段入手，来规避沟槽等的出现。在材料的交界处进行选择上，需要更应该从设计的角度来保障对零件结构科学的配置，从而达到对热处理过程中，金属材料变形问题的有效控制。

5 结语

在对金属材料进行热处理的过程中，会受到诸多因素的影响，导致金属材料出现变形的现象，面对这一问题，应该从准备阶段、工艺环节以及机械加工技术几个角度做好严格的控制。并不断提升相关技术人员的专业性，从人员操作的角度提高重视，进而达到对金属材料热处理全过程的高效控制，规避热处理过程中出现金属材料变形的概率，保障加工过程中零件的质量与性能，为金属加工制造业的发展提供良好的保障与支撑，更好地推动金属加工制造业的全面发展。