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        基于金屬材料熱處理變形及開裂處理技術(shù)

        2019-02-09 11:53:37李建國陳艷輝
        世界有色金屬 2019年23期
        關(guān)鍵詞:變形

        李建國,陳艷輝

        (1.郴州市中馬汽車空調(diào)有限公司,湖南 郴州 423000;2.郴州市職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖南 郴州 423000)

        對金屬材料實(shí)施熱處理,能有效改善其性能,滿足后續(xù)制造加工要求。但金屬材料在熱處理過程中容易產(chǎn)生變形和開裂,影響后續(xù)加工制作時(shí)的正常使用。因此,有必要根據(jù)變形與開裂的影響因素,制定有效的預(yù)防及處理技術(shù)措施。

        1 影響因素分析

        金屬材料經(jīng)冷處理后,會使殘留下來的奧氏體變?yōu)轳R氏體,導(dǎo)致金屬的體積有所增加;而低溫回火與時(shí)效將對金屬變形造成以下兩種影響:其一,馬氏體分解且碳化物不斷析出,導(dǎo)致金屬的體積減?。黄涠?,應(yīng)力松弛,導(dǎo)致金屬發(fā)生畸變[1]。

        原始組織對金屬有變形約束作用,通過調(diào)質(zhì)處理,能對金屬設(shè)計(jì)變形量進(jìn)行控制,確保淬火變形變得規(guī)律,實(shí)現(xiàn)對變形的有效控制。熱處理的目的在于對金屬性能進(jìn)行改善,包括抗氧化性及耐磨性。但熱處理有效深度有限,為了使?jié)B透層發(fā)揮應(yīng)有作用,需在熱處理以后進(jìn)行磨削加工,這對金屬而言,其變形糾正難度相對較大。

        2 變形與開裂處理

        在變形和開裂的預(yù)防處理過程中,首先需要遵循以下幾項(xiàng)基本原則:其一,科學(xué)性原則,任何一項(xiàng)控制和處理措施的應(yīng)用都要具備良好的科學(xué)性,只有這樣才能發(fā)揮良好的處理效果;其二,易操作性原則,針對金屬材料制定的變形和開裂控制措施要盡可能的便于操作,以免由于操作難度較大而難以達(dá)到預(yù)期的控制和處理效果;其三,實(shí)用性原則,這一原則是指要減少變形與開裂預(yù)防和處理的人力物力,并避免對金屬材料完成熱處理后的品質(zhì)造成影響,確保熱處理工藝發(fā)揮應(yīng)有作用效果,為之后的加工制作奠定良好基礎(chǔ)[2]。

        2.1 做好處理前預(yù)處理

        熱處理的正火與退火將對金屬產(chǎn)生的變形造成很大影響。在正火過程中,由于溫度相對較大,會使金屬內(nèi)部變形明顯增加,對此,在熱處理開始前,需做好溫度控制。通過實(shí)踐,完成正火處理以后,可采用等溫淬火這一方法來保證金屬內(nèi)部達(dá)到均勻,實(shí)現(xiàn)對變形的有效控制。另外,為保證正火處理達(dá)到良好效果,根據(jù)材料結(jié)構(gòu)特征,對退火工藝進(jìn)行科學(xué)合理的選取,以此溫度梯度對金屬造成的影響,使熱處理過程中的變形得到有效控制,實(shí)現(xiàn)對處置質(zhì)量及水平的有效改善[3]。

        2.2 做好淬火處理

        淬火冷卻在熱處理中是一道重要工序,如果在這一環(huán)節(jié)中所用淬火介質(zhì)不合適,將使金屬內(nèi)部應(yīng)力大幅增加,導(dǎo)致金屬內(nèi)部產(chǎn)生變形與破壞。對此,為了對熱處理過程中淬火的有效控制,避免操作不當(dāng),需要從現(xiàn)有工藝方法入手,做好淬火處理。首先,在淬火冷卻過程中,需要對淬火的速度進(jìn)行嚴(yán)格控制,如果淬火的速度超出標(biāo)準(zhǔn)要求,則會使金屬冷卻無法達(dá)到均勻,導(dǎo)致金屬產(chǎn)生變形。通常情況下,水油為最常用淬火介質(zhì),其在550℃~650℃的溫度范圍內(nèi)的冷卻速度為600℃/s,即便是在200℃~300℃的溫度條件下,也能有270℃/s以上的冷卻速度。在這一過程中,金屬材料正完成馬氏體轉(zhuǎn)變,如果冷卻的速度太快,將使金屬產(chǎn)生變形或開裂。若在水中添加一定量鹽、堿,還能進(jìn)一步加快冷卻速度,比如在550℃~650℃的溫度范圍內(nèi)的冷卻速度達(dá)到1100℃/s,但在200℃~300℃的溫度條件下,冷卻速度基本保持不變,基于此,鹽水與堿經(jīng)常用于碳鋼冷卻,但這也是導(dǎo)致金屬變形和開裂的主要原因。

        因此,在實(shí)際的淬火工藝過程中,需要尤其做好冷卻,使用事宜的冷卻介質(zhì)[4]。

        2.3 保證零件結(jié)構(gòu)配置的合理性

        在金屬熱處理及其冷卻過程中,金屬零件結(jié)構(gòu)也會對其變形造成影響。因金屬中厚度較大的部分冷卻速度較慢,而厚度較小的部分冷卻速度較快,所以實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)減小薄厚差。

        為對過渡區(qū)中因應(yīng)力集中產(chǎn)生的變形與開裂進(jìn)行有效控制,需要使零件的界面保持均勻;未對由于冷卻速度不均造成的變形進(jìn)行控制,還需要使零件結(jié)構(gòu)與其材料成本保持對稱。零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),需要盡量避免棱角和溝槽的產(chǎn)生。另外,在零件薄厚交界處與臺階處還要進(jìn)行圓角的設(shè)置來過渡,對于厚度不均勻程度較大的零件,可通過預(yù)留加工量來有效處理[5]。

        2.4 采用合適的裝夾方式

        為對金屬在熱處理過程中產(chǎn)生的變形進(jìn)行有效控制,應(yīng)保證加熱與冷卻的均勻性,使金屬的熱應(yīng)力保持均勻,使生成的組織,其應(yīng)力處在相對均勻的狀態(tài),為了達(dá)到這一效果,需要使用合理可行的裝夾方式。比如,對盤類工件而言,需要和油面始終保持垂直,而對軸類工件而言,需要使用立裝的方法。

        針對且科學(xué)合理的使用墊圈,能起到保證應(yīng)力分布均勻的作用,如支承墊圈與疊加墊圈。

        2.5 加強(qiáng)機(jī)械加工控制

        金屬材料完成熱處理后還要進(jìn)行機(jī)械加工,根據(jù)金屬材料具有的變形規(guī)律,可使用反變形方法及收縮端預(yù)脹孔方法,以此對金屬材料由于熱處理產(chǎn)生的變形進(jìn)行控制。與此同時(shí),在進(jìn)入到最后一道工序后,需要對熱處理造成的變形的允許量進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,變形量要根據(jù)上一道工序相應(yīng)的加工尺寸進(jìn)行明確和調(diào)整。對此,應(yīng)根據(jù)金屬材料自身變形規(guī)律,在熱處理開始前做好對尺寸的預(yù)先修正,進(jìn)而提高熱處理質(zhì)量,使經(jīng)過熱處理后的金屬材料能夠達(dá)到要求。

        3 結(jié)束語

        綜上所述,對金屬材料在進(jìn)行熱處理后產(chǎn)生的變形進(jìn)行影響因素與處理方法的分析研究,能為金屬材料加工制作提供可靠參考依據(jù),盡可能減少變形與開裂的產(chǎn)生,使熱處理這一工藝得到良好應(yīng)用。

        對相關(guān)技術(shù)人員,應(yīng)持續(xù)研究和總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗(yàn),明確熱處理過程中變形控制需要遵循的基本原則,并根據(jù)熱處理的具體情況,通過做好處理前預(yù)處理、做好淬火處理、保證零件結(jié)構(gòu)配置的合理性、采用合適的裝夾方式、加強(qiáng)機(jī)械加工控制,使經(jīng)過熱處理以后的金屬材料其變形量處在允許的范圍內(nèi),并防止開裂現(xiàn)象的發(fā)生。

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