沈文旗，劉娟娟，韋清偉

（北華航天工業(yè)學(xué)院材料工程學(xué)院，河北　廊坊　065000）

淺談金屬熱處理變形的影響因素及改善情況的若干措施

沈文旗，劉娟娟，韋清偉

（北華航天工業(yè)學(xué)院材料工程學(xué)院，河北廊坊065000）

摘要：通過(guò)金屬熱處理這種方式提升材料的使用性能時(shí)，材料或多或少都會(huì)產(chǎn)生一些熱處理變形，這些對(duì)于材料的使用以及相關(guān)功能的拓展都是不利的。本文主要介紹了影響金屬熱處理變形的一些因素，溫度是影響變形的關(guān)鍵因素。在此基礎(chǔ)上，提出了減小金屬熱處理變形的相關(guān)方法。

關(guān)鍵詞：熱處理；變形溫度；金屬材料

1引言

所謂金屬熱處理，就是通過(guò)特殊的手段來(lái)把固態(tài)的金屬還有合金加熱、保溫以及進(jìn)行相關(guān)的冷卻或者對(duì)其施以化學(xué)和機(jī)械作用，通過(guò)這種方法，金屬合金內(nèi)部的結(jié)構(gòu)與組織和之前有所不同，進(jìn)而提升金屬材料的性能。

盡管金屬熱處理工藝具備了不少優(yōu)點(diǎn)，然而處理階段必然具備沒(méi)辦法忽略的變形。因此，他們之間是共存同時(shí)又需要避免發(fā)生的關(guān)系。從這個(gè)角度出發(fā)，我們可以通過(guò)有效的手段最大可能的進(jìn)行協(xié)調(diào)。

2　影響變形的主要因素

總體來(lái)說(shuō)，影響變形的因素最主要的有以下幾點(diǎn)。

（1）時(shí)效和冷處理對(duì)的影響。冷處理會(huì)使殘余的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，進(jìn)而使金屬體積變大；低溫回火和時(shí)效則會(huì)對(duì)金屬變形造成兩方面的影響，一是使攤化物析出和馬氏體分解進(jìn)而使金屬體積變小，二是會(huì)導(dǎo)一定程度上的應(yīng)力松弛，從而使工件產(chǎn)生形狀上的畸變。

（2）原始組織與應(yīng)力狀態(tài)的影響。1）熱處理的組織：一些原始組織在工件淬火前都會(huì)對(duì)工件的熱處理變形產(chǎn)生一定的影響，包括碳化物的形態(tài)、數(shù)量、分布以及合金元素的偏析、鍛造形成的纖維方向等。調(diào)質(zhì)處理有很多好處，可以使工件變形量的絕對(duì)值減小，使工件的淬火變形更有規(guī)律，進(jìn)而可以很好地控制金屬的變形。2）化學(xué)熱處理工件的變形：化學(xué)熱處理的目的是為了提高工件的表面耐磨性和、改善工件的抗養(yǎng)化性等改善工件表面的一些性能。但是化學(xué)熱處理層的深度有限，為了使?jié)B透層更好的發(fā)揮作用，在化學(xué)熱處理后，只可以進(jìn)行磨削加工這一工藝或，而對(duì)于一般的工件，化學(xué)熱處理工件的變形校正工作更是難以進(jìn)行。

（3）溫度是影響變形的關(guān)鍵因素。1）工藝溫度降低后，金屬工件的高溫強(qiáng)度損失相對(duì)減少，抗塑性增強(qiáng)。2）工藝溫度降低后，工件由此而導(dǎo)致的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力相對(duì)減少，這樣變形就會(huì)減少。3）若工藝溫度降低且熱處理工藝時(shí)間減少，工件的高溫蠕變時(shí)間減少，變形也會(huì)減少。

20C r N i 2M oA鋼齒圈滲碳后應(yīng)采用球化退火工藝，這樣球化退火效果就比較好。

3　減小變形的措施

（1）有針對(duì)性的預(yù)備熱處理。在處理鍛件時(shí)要控溫退火，可以大大減少由此造成的金屬熱處理變形。因?yàn)楫?dāng)正火時(shí)突然控制溫度，采用等溫淬火會(huì)影響金屬內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)，可以很好地使金屬組織結(jié)構(gòu)變得均勻，進(jìn)而在進(jìn)行熱處理時(shí)，其變形量就會(huì)減少。

（2）冷卻時(shí)選擇合適的方法。具體而言，金屬熱處理冷卻速度越慢，冷卻越均勻，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的應(yīng)力越小，模具的變形量也越小。因此，在滿足基本模具硬度要求的這個(gè)前提下，采用合適的冷卻方法能夠顯著地減少變形。

（3）合理配置所用零件結(jié)構(gòu)。盡量減少金屬工件的薄厚差距，使整個(gè)金屬截面相對(duì)均勻，這可以很好地應(yīng)力集中減少畸變與開(kāi)裂的概率。此外，金屬工件還要保持內(nèi)部的組織材料的對(duì)稱性，避免一些尖銳棱角和不規(guī)則結(jié)構(gòu)，這主要是針對(duì)冷卻不均而言的。而對(duì)于一些特殊的工藝，只能使用厚度不均勻的零件，采用預(yù)留加上量的方法可以很好的減少熱處理變形。

（4）采用合理裝夾方式夾具。為了減少金屬熱處理變形，就必須保證金屬工件加熱冷卻均勻，金屬熱應(yīng)力均勻，進(jìn)而產(chǎn)生的組織應(yīng)力也比較均勻，而為了達(dá)到這一效果，可改變裝夾方式與使用一些夾具。比如，盤(pán)類(lèi)零件與油面最好保持垂直的狀態(tài)，對(duì)于軸類(lèi)零件，采用立裝的方式等。有針對(duì)性的使用一些墊圈，例如支承墊圈、疊加墊圈等。

（5）機(jī)械加工減少熱變形量。熱處理后再進(jìn)行機(jī)械加工加工，根據(jù)工件的變形規(guī)律，可以施用反變形、收縮端預(yù)脹孔等，可以很好的減少變形量。而在最后工序時(shí)，熱處理畸變的允許值應(yīng)滿足所需要求，畸變量則要根據(jù)上道工序的加工尺寸才能確定。基于此，遵循工件的畸變規(guī)律，在工件熱處理前進(jìn)行尺寸的預(yù)修正，這樣也可以很好地提高工件的合格率。

（6）采用合適的介質(zhì)種類(lèi)。通過(guò)一些實(shí)驗(yàn)表明，再其他條件無(wú)差異的前提下，油性介質(zhì)和水性介質(zhì)來(lái)說(shuō)，油性介質(zhì)的冷卻速度較慢，而水性介質(zhì)的冷卻速度相對(duì)來(lái)說(shuō)快一些。在滿足同樣硬度要求的情況下，最好采用油性介質(zhì)。采用合適的介質(zhì)，可以有效的減少變形量。

4　結(jié)論

本文主要介紹金屬熱處理在改善金屬工件的性能時(shí)不可避免的會(huì)產(chǎn)生一些變形，分析了影響金屬熱處理變形的主要因素，特別是溫度這一關(guān)鍵因素。在此基礎(chǔ)上，提出了一些改善金屬熱處理變形的措施，包括采用合適的冷卻方法、采用合理的裝夾方式、機(jī)械加工等，可以很好的減少變形量。本文對(duì)于進(jìn)一步了解金屬熱處理變形有很好的參考意義。

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作者簡(jiǎn)介：沈文旗（1992-），女，研究方向：材料成型及控制工程。