金属材料热处理变形原因及防止变形的技术措施李东洋

李东洋

中国第一重型机械股份公司黑龙江齐齐哈尔161042

摘要：热处理能改善工件的综合机械机能，但热处理过程引起工件的变形是不可避免的。任何因素的变化都或多或少地影响工件的变形倾向和形变大小。在热处理过程中，能够把握工件热处理过程中导致工件变形的主要因素和关键点。通过分析和实践，改进热处理工艺技术，一定能够在热处理工件的形变问题上得到突破，制定出合理的技术措施，保证热处理产品的质量和合格率。

关键词：金属材料；热处理；变形原因；防止变形技术

引言

实际工业生产中，仅凭选择材料和成形工艺并不能满足工件所需要的性能，通过对金属材料进行热处理而获得优良的综合性能是必不可少的。但金属材料的热处理除改善材料的综合性能的积极作用外，在热处理过程中也不可避免地会产生或多或少的变形，而这又是工件生产过程中极力消除和避免的。因此，需要找出工件热处理过程中发生形变的原因，采取技术措施把变形量控制在符合要求范围内。

1金属材料性能分析

在当前的社会生产生活中，金属材料的应用范围十分的广泛。由于金属材料具有韧性强、塑性好以及高强度的特点，因此其在诸多行业中均有所应用。当前常用的金属材料主要包括两种：即多孔金属材料以及纳米金属材料。纳米金属材料：一般情况下，只有物质的尺寸达到了纳米的级别，那么该物质的物理性质和化学性质均会发生改变。在分析与研究金属材料性能的过程中，主要分析金属材料的如下两种性能：其一，硬度。一般情况下，金属材料的硬度主要指的是金属材料的抗击能力。其二，耐久性。耐久性能和腐蚀性是金属材料需要着重考虑的一对因素。在应用金属材料的过程中不可避免的会受到各种物质的腐蚀，由此就会导致金属材料出现缝隙等问题。

2金属热处理变形的原因分析

在工业生产过程中，各种金属零件早已成为机械制造的必要部分。在零件的设计、选材中，对综合性能方面也提出了更高要求。特别是生产过程中，对产品热处理加工后的品质提出了新要求。但在热处理过程中出现形变等质量问题，一直是热处理过程中难以克服的。以下就金属材料的热处理变形原因进行简要分析。

2.1金属热处理的内应力塑性变形

金属工件进行热处理时，通常经历加热、保温和冷却三个阶段。由于加热和冷却的不均匀性，金属组织在固态相变时的不同时等因素，致使工件在热处理过程中产生一定的内应力。在内应力的作用下，金属工件产生塑性变形。根据应力产生的不同原因，一般分为热应力塑型变形和组织应力变形。热应力塑型变形是由于金属工件在加热和冷却过程中，零件的内外温度不一致，致使热胀冷缩的程度不同产生的。组织应力变形是由于金属工件在热处理时内部组织发生相变的时间不同而产生的。内应力塑性变形与工件的结构和形状有直接关系，变形具有明显的方向性，体积变化并不明显。内应力导致工件的塑性变形量与热处理次数成正比。

2.2金属热处理的比容变形

在热处理过程中，由于金属内部组织的相不同，相变时出现体积、尺寸等微小变化就是比容变形。比容变形一般与奥氏体中合金元素含量、渗碳体和铁素体的含量、残余奥氏体的多少以及金属材料本身的淬透性等因素有关。比容变形与内应力变形相比，具有变形方向不确定性。一般组织结构较均匀时，其比容形变在不同方向上的变化是相同的。另外，材料的比容变形与其经历的热处理工艺和次数无明显的关联性。

3金属材料热处理变形控制时需要遵循的原则

3.1易操作原则

为了提升工艺精度，在应用热处理技术的过程中，要就金属材料的热变形问题，提出控制方案的容错率，尽可能降低环境对热处理变形控制工作造成的影响，还有，在对金属材料热处理变形问题进行控制的时候，要尽可能简化处理流程，降低控制的难度，确保各项工作能够有序展开。

3.2科学性原则

要想达成金属材料热变形控制的目的，必须要在执行过程中遵循相关的科学性原则，对金属材料热处理变形的影响因素、热处理工艺要求，以及金属材料之间的属性关系展开系统化的分析，尽可能确保金属材料热处理变形控制工作能够符合相关的基础标准，借助科学性的指导原则，基础人员在现有的基础条件上，对金属材料热处理变形控制策略，展开科学化的控制与升级。

4金属材料热处理变形的控制策略

4.1对淬火工艺合理应用

在金属热处理工作中，淬火工艺是最为核心化的一项工作步骤，且其发挥着极为重要的作用。不合理的淬火介质，很容易导致金属材料内部出现应力失调。所以在实际的处理过程中，要降低淬火阶段的操作失误情况，工作人员要在原有的工作基础上，对淬火工艺进行合理化的创新，调节冷却的速度，降低材料的变形量，像油和水是常用的淬火介质，为了提升淬火速度，保证冷却效果，当使用水作为淬火介质时，其温度应该被控制在60℃左右；而使用油作为淬火介质的时候，其温度则应该被控制在70℃左右。选择合理的淬火介质，能够降低热处理对材料内部应力产生的影响，对金属材料的变形情况进行控制。

4.2冷却介质和冷却方式

热处理冷却介质的冷却能力，特别是金属工件淬火过程中，淬火介质的淬火烈度对工件热处理后的变形及开裂具有直接影响，是导致金属工件变形的重要因素之一。实践证明，冷却能力越强的介质冷却后变形的倾向越大。油类介质的冷却速度比水性介质的冷却速度慢，油淬后的变形量要相对小。在保证淬火硬度下，尽量采用冷却能力相对小的介质。

在冷却过程中，通常要对介质进行搅拌或通过循环泵对其进行循环冷却，降低介质的温度不均匀对工件变形的影响。金属工件在热处理的冷却过程中，入液的方式对冷却后的变形影响较为明显。杆类、棒类、管类等细长类工件以垂直方式入液进行冷却，变形相对较小。板条状、框架类的工件入液冷却的原则是以工件最小截面积入液。一些薄厚不均，形状较复杂的零件，在尖棱尖角或薄厚过渡明显部位，应采取石棉绳缠绕等缓冷措施。

4.3选择有效的加工方式

在金属材料进行加热、冷却的过程中，选择不同的夹装方法，也会导致加工件形状受到不同的影响。在此过程中，必须要根据零件的实际情况，选择合适的装夹方法，这样才能够对热应力不均匀所导致的变形情况进行避免。在实际工作过程中，可以根据材料的实际要求、特点，对装夹方式进行适当的改变。如果在金属材料加工的过程中需要进行热处理，那么还应该在机械加工过程中预留相应的加工余量，确保热处理过程中金属材料可以具备较为足够的形变余地。完成热处理加工工作之后，可以根据其变形规律，利用淬火变形合格率来提升材料质量，要求所有变形值必须要满足工件的实际规定。

4.4探索新的加热源和加热方式

在新的热源中，激光束、等离子体电弧等高能率热源为热处理未来热源发展的方向。由于高能率热处理的设备费用昂贵等原因，目前我国尚未大量应用，但其发展前景广阔。采用真空和可控气氛等加热方式则是实现减少金属氧化损耗和保证表面质量的主要途径。

结束语

在金属工件的热处理过程中应尽量防止其变形，进而满足工件的加工和使用性能。热处理过程中存在许多影响工件发生形变的因素，分析金属材料热处理过程中产生变形的原因，制定合理的应对技术措施，对改善和防止零件在热处理过程中的形变，具有重要意义。

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