劉敬波 張貴峰

【摘 ?要】在對(duì)金屬材料進(jìn)行熱加工中，使材料的性能更加穩(wěn)定，經(jīng)過(guò)熱處理的材料，在加工成零部件中，使性能更加出色，更能符合機(jī)械零部件性能的要求?？墒窃跓峒庸ぶ?，金屬材料容易發(fā)生問(wèn)題，比如變形，金屬材料的外觀變形，對(duì)機(jī)械零部件的加工是致命的影響。因此，本文著重解決在對(duì)金屬材料熱加工中影響變形的原因，以及解決辦法，以此來(lái)

提高在金屬材料加工當(dāng)中的難題。

【關(guān)鍵詞】金屬材料;熱處理;變形因素;控制策略

1金屬材料熱處理變形的相關(guān)內(nèi)容概述

1.1金屬材料熱處理的發(fā)展歷程

從可追溯的歷史來(lái)看，遠(yuǎn)在青銅器時(shí)代，熱處理的效應(yīng)就已逐漸為人們所認(rèn)識(shí)和掌握。在我國(guó)商代，就出現(xiàn)了經(jīng)過(guò)再結(jié)晶退火而形成的金箔制品。1863年，英國(guó)金相學(xué)家揭示了鋼鐵的六種不同金相組織，并證明了在加熱和冷卻的環(huán)境下，其組織會(huì)發(fā)生一定的變化從而呈現(xiàn)出差異化的性能。而英國(guó)人奧斯汀率先研究出的鐵碳相圖則奠定了現(xiàn)代金屬材料熱處理工藝的理論基礎(chǔ)。同時(shí)，為了避免金屬材料的氧化和脫碳，還出現(xiàn)了相應(yīng)的熱處理保護(hù)方法，從而確保了金屬材料的某些優(yōu)良特性不會(huì)因?yàn)闊崽幚砉に嚩鴣G失。進(jìn)入20世紀(jì)，以工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進(jìn)行氣體滲碳、等離子場(chǎng)熱處理技術(shù)、激光和電子束技術(shù)的應(yīng)用為標(biāo)志的各種金屬材料熱處理工藝及應(yīng)用得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。

1.2金屬材料熱處理工藝的特點(diǎn)

其是機(jī)械制造中的一種重要工藝，其一般不會(huì)大幅改變工件的整體外形和材質(zhì)特性，而是通過(guò)調(diào)整工件內(nèi)部的細(xì)微組織或改變金屬表面的化學(xué)成分，從而改進(jìn)工件的內(nèi)在品質(zhì)，達(dá)到提升工件特定性能的目的。為使得各種類(lèi)型、材質(zhì)的金屬工件具有所需的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，除合理選用材料和成型工藝外，正確的選擇熱處理工藝是必要的。它對(duì)于產(chǎn)品的性能起到了十分重要的作用。

2金屬材料熱處理變形的影響因素

2.1時(shí)效、冷處理

冷處理會(huì)促使殘留奧氏體轉(zhuǎn)化成馬氏體，進(jìn)一步造成金屬材料體積增大;低溫回火和時(shí)效會(huì)對(duì)金屬材料變形帶來(lái)兩種影響，一種是馬氏體分解、碳化物析出造成金屬材料體積變小;一種是出現(xiàn)應(yīng)力松弛影響，進(jìn)而使得金屬材料引發(fā)畸變。

2.2原始組織、應(yīng)力狀態(tài)

（1）相關(guān)原始組織在金屬材料淬火前往往會(huì)對(duì)金屬材料變形帶來(lái)一定影響，諸如碳化物數(shù)量、形態(tài)及合金元素的偏析、鍛造產(chǎn)生的纖維方向等。通常有效的調(diào)質(zhì)處理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬材料變形量絕對(duì)水平的有效縮減，促使金屬材料淬火變形更為規(guī)律，進(jìn)一步達(dá)到控制變形的目的。（2）化學(xué)熱處理主要是為了改善金屬材料表層相關(guān)性能，諸如提高金屬材料表層抗氧化性、提高金屬材料表層耐磨性等。然而，化學(xué)熱處理層深度有限，要想確保滲透層充分發(fā)揮作用，經(jīng)化學(xué)熱處理后，僅可開(kāi)展磨削加工處理，而對(duì)于一般金屬材料而言，化學(xué)熱處理變形校正開(kāi)展難度更大。

3金屬材料熱處理變形控制應(yīng)遵循的原則

3.1科學(xué)性原則

金屬材料熱處理變形控制目標(biāo)的達(dá)成，應(yīng)當(dāng)極力遵循科學(xué)性原則，唯有自科學(xué)層面對(duì)金屬材料熱處理變形的影響因素、熱處理工作工藝要求及熱處理工藝與金屬材料屬性相互間關(guān)系等開(kāi)展全面系統(tǒng)的分析，方可盡可能確保金屬材料熱處理變形控制工作能夠符合當(dāng)前金屬材料熱處理工藝的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，唯有基于科學(xué)性原則的指導(dǎo)，技術(shù)人員方可依托現(xiàn)階段技術(shù)條件，達(dá)成金屬材料熱處理變形控制策略的科學(xué)有效應(yīng)用。

3.2易操作原則

通常情況下，金屬材料熱處理工藝會(huì)選址于城市近郊開(kāi)展操作，由于此類(lèi)操作場(chǎng)地條件有限，無(wú)法達(dá)成金屬材料熱處理變形控制的科學(xué)精細(xì)處理操作要求，為了應(yīng)對(duì)該種局面，金屬材料熱處理變形控制方案及相關(guān)技術(shù)在應(yīng)用期間，就務(wù)必要提升金屬材料熱處理變形控制方案的容錯(cuò)率，最大限度地減輕金屬材料熱處理變形控制工作所受外部環(huán)境的影響。

3.3實(shí)用性原則

作為人類(lèi)改造大自然中必不可少的一項(xiàng)社會(huì)行為，金屬材料熱處理在自然環(huán)境改造中起到了至關(guān)重要的作用，歷經(jīng)從無(wú)到有、從小到大的一系列過(guò)程。在應(yīng)用期間，對(duì)應(yīng)需求的各式各樣金屬材料、技術(shù)成本在各項(xiàng)資金投入中占據(jù)極高比例。所以，金屬材料熱處理變形控制策略務(wù)必要秉承實(shí)用性原則，盡可能縮減金屬材料加工企業(yè)在該方面的人力、物力投入，進(jìn)而可將更多的精力予以其他方面，推進(jìn)熱處理工藝的科學(xué)有效應(yīng)用，提高金屬材料品質(zhì)，促進(jìn)金屬材料熱處理工藝的有序開(kāi)展。

4金屬材料熱處理變形的控制策略

4.1熱處理前進(jìn)行預(yù)處理

實(shí)際上，金屬材料出現(xiàn)變形并不單單是熱處理時(shí)才會(huì)出現(xiàn)，其他工藝如正火、退火等都會(huì)造成金屬變形。在進(jìn)行金屬材料熱處理時(shí)，由于正火中溫度較高，容易造成金屬材料的內(nèi)部組織變形，因此，可以先進(jìn)行預(yù)處理，控制溫度的正火處理最適當(dāng)。做好正火處理工作后，可適當(dāng)選擇相同溫度的淬火處理方式，加強(qiáng)金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)均勻性，實(shí)現(xiàn)控制變形目標(biāo)。除此之外，還刻意通過(guò)打開(kāi)退火工藝，根據(jù)金屬材料自身組織特征，選擇適當(dāng)?shù)耐嘶鸸に嚒?/p>

4.2淬火處理工藝

金屬熱處理中較重要的一項(xiàng)環(huán)節(jié)就是淬火處理工藝，在這一過(guò)程中如果引入淬火介質(zhì)不適合，會(huì)造成金屬材料內(nèi)部應(yīng)力增加，進(jìn)而造成內(nèi)部應(yīng)力變形。要想處理淬火處理中出現(xiàn)的問(wèn)題，就需要技術(shù)人員充分重視淬火處理工藝，并從現(xiàn)有工藝出發(fā)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇慊鹛幚砉に?。通常情況下，金屬材料淬火冷卻過(guò)程中，要合理控制淬火速度，當(dāng)淬火速度過(guò)快將會(huì)造成冷卻不均勻，金屬材料也容易變形。淬火常用的介質(zhì)為水油，當(dāng)水溫在500～600℃時(shí)，冷卻速度可以在每秒550℃，當(dāng)水溫在200～300℃時(shí)，冷卻速度可以選擇每秒約270℃。這一過(guò)程中金屬材料會(huì)出現(xiàn)馬氏體轉(zhuǎn)變，當(dāng)冷卻速度較高時(shí)，會(huì)造成金屬材料變形。當(dāng)在水中加入相當(dāng)量的堿或鹽時(shí)，冷卻速度將會(huì)迅速提升，比如，上述的水溫在500～600℃時(shí)，冷卻速度可以在每秒550℃迅速變化為每秒1100℃。因此，水、鹽水以及堿水在碳鋼淬火冷卻時(shí)作為介質(zhì)的情況較多，但也可能會(huì)出現(xiàn)變形和開(kāi)裂的狀況。

4.3適當(dāng)?shù)睦鋮s方式

最常見(jiàn)的冷卻方式有分級(jí)淬火法、單液淬火法和雙液淬火法等，其中，單液淬火法容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，卻難以滿(mǎn)足淬火冷卻速度需要，容易出現(xiàn)變形;雙液淬火法是將金屬材料加熱，在冷卻到速度較高的介質(zhì)中，直到溫度在300℃左右，再迅速轉(zhuǎn)至另一種介質(zhì)中，使金屬材料溫度達(dá)到常溫狀態(tài)。分級(jí)淬火法主要將受熱的金屬材料置于溫度較高的硝煙浴中，保溫處理3min左右，直到2.4零件結(jié)構(gòu)合理配置金屬材料熱處理和冷卻時(shí)，還會(huì)受到零件結(jié)構(gòu)影響，進(jìn)而產(chǎn)生變形的情況。金屬材料較厚的地方冷得慢，薄處冷得快，在實(shí)際生產(chǎn)中要減少薄厚差異，盡可能控制過(guò)渡區(qū)域內(nèi)應(yīng)力集中產(chǎn)生的變形情況。當(dāng)金屬材料出現(xiàn)開(kāi)裂狀況時(shí)，要采取措施確保零件截面的均勻分布，科學(xué)控制冷卻速度不均勻而造成的變形。零部件和材料組織成分要呈現(xiàn)對(duì)稱(chēng)性，才能更好地確保應(yīng)力的均勻性。

4.4裝夾方式要合理

控制金屬材料熱處理變形情況，要保證金屬材料加熱和冷卻時(shí)都能達(dá)到均勻或誤差在允許范圍內(nèi)的狀態(tài)，保證金屬應(yīng)力均勻，產(chǎn)生均勻的組織應(yīng)力。可以通過(guò)使用裝夾方式夾具，運(yùn)用墊圈、支撐墊圈等確保應(yīng)力均勻。

4.5機(jī)械加工要重視

金屬材料進(jìn)行熱處理后，就需要開(kāi)展機(jī)械加工，加工過(guò)程中要遵循金屬材料變形規(guī)律，采用收縮端預(yù)脹孔、反變形等方式控制金屬材料的變形，緊接著進(jìn)入加工制造的最后階段。此時(shí)，要注意熱處理變形有一定的規(guī)定值，在加工處理前對(duì)工序尺寸進(jìn)行檢測(cè)和修正，提升金屬材料熱處理效率。

5結(jié)束語(yǔ)

總而言之，金屬材料熱處理變形的影響因素及控制策略研究探討，有助于金屬材料制造與加工企業(yè)達(dá)成對(duì)金屬材料熱處理變形量的科學(xué)有效控制，進(jìn)一步確保熱處理工藝在生產(chǎn)實(shí)踐中的高效應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]史超.金屬材料熱處理變形的影響因素及控制策略.南方農(nóng)機(jī)，2018，49.19.158.

[2]張發(fā)海.金屬材料熱處理變形的影響因素與控制策略.現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2018.10.146+150.

[3]高靜，申志敏.金屬材料熱處理變形的影響因素與控制策略.應(yīng)用能源技術(shù)，2017.06.12-14.