謝東 吳冰欣

【摘?要】伴隨著我國(guó)機(jī)械領(lǐng)域的發(fā)展，金屬材料被廣泛應(yīng)用在機(jī)械生產(chǎn)中。為了獲得金屬材料更加優(yōu)秀的性能，人們通常采用熱處理的方式對(duì)材料進(jìn)行改性，使材料的性質(zhì)和性能得到提高。這種在特定溫度下的熱處理和淬火過(guò)程中，金屬的分子發(fā)生改變。但是應(yīng)為這種改變，材料可能會(huì)發(fā)生一些不期望的形變，在這篇文章中，我們討論了熱處理過(guò)程中金屬變形的原因和簡(jiǎn)單地應(yīng)對(duì)方法，希望對(duì)從業(yè)者提供一些幫助。

【關(guān)鍵詞】金屬材料;熱處理;影響因素

引言

在制作金屬產(chǎn)品的過(guò)程中，所用金屬材料的熱處理工藝與技術(shù)會(huì)在很大程度上影響產(chǎn)品質(zhì)量，還會(huì)直接影響原材料的消耗以及所產(chǎn)生的污染。所以，只有不斷創(chuàng)新與完善金屬材料熱處理工藝以及技術(shù)，在降低環(huán)境污染、減少材料損耗以及提升處理質(zhì)量方面進(jìn)行優(yōu)化，才能使我國(guó)擁有更高的金屬材料熱處理水平，更好地推動(dòng)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

1金屬材料熱處理工藝的概述

金屬材料是指具有一定光澤，延展性好，容易導(dǎo)電和傳熱的材料，大部分金屬材料具有一定的可塑性和硬度，一般可按照顏色可以分為黑色金屬、有色金屬和貴金屬。黑色金屬在日常生活中比較常見(jiàn)，一般指常見(jiàn)的鋼鐵材料，而有色金屬是指除鐵、錳以外的金屬及其合金，通常情況下可以根據(jù)密度分為輕金屬和重金屬，而貴金屬主要包括金、鉑等。我國(guó)金屬材料的應(yīng)用較為廣泛，最早可以追溯到商朝的青銅器，而隨著歷史的不斷發(fā)展，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，金屬材料在使用過(guò)程中更要考慮到其材料的力學(xué)性能，綜合處理其硬度、強(qiáng)度、塑性和抗沖擊能力之間的關(guān)系。

2金屬材料熱處理的影響因素

2.1應(yīng)力的影響

金屬材料都具有特定的密度，在熱加工的過(guò)程中，由于受熱不均會(huì)導(dǎo)致金屬材料的變形。一般情況下，金屬的熱加工要先進(jìn)行加熱，然后處于一段時(shí)間的保溫期，之后在進(jìn)行熱加工。然而在加熱和保溫時(shí)，材料的內(nèi)外以及不同的位置會(huì)產(chǎn)生溫度的差別，這就導(dǎo)致了不同位置狀態(tài)的不同，當(dāng)?shù)蜏靥庍€是硬的狀態(tài)時(shí)，高溫處已經(jīng)變軟，這種應(yīng)力的不同就會(huì)使材料產(chǎn)生不良的變形。

2.2溫度的測(cè)量與控制

溫度是熱處理工藝規(guī)范中非常重要的工藝參數(shù)。若溫度測(cè)量不準(zhǔn)確，熱處理工藝規(guī)范就得不到有效執(zhí)行。溫度的測(cè)量與控制對(duì)于保證產(chǎn)品的質(zhì)量至關(guān)重要，其也是影響變形的關(guān)鍵因素。目前，我國(guó)針對(duì)金屬材料熱處理工藝的溫度控制與檢測(cè)能力還較為薄弱，無(wú)法準(zhǔn)確地控制材料熱處理過(guò)程中溫度檢測(cè)的精度，因而造成了金屬材料結(jié)構(gòu)在熱處理過(guò)程中受到了損壞。此外，金屬材料本身各個(gè)部分的比容存在一定的差異，因此一旦在熱處理過(guò)程中，沒(méi)有科學(xué)合理地控制好溫度，就會(huì)導(dǎo)致比容變形的出現(xiàn)，增加金屬材料熱處理過(guò)程中出現(xiàn)變形的概率

2.3冷處理過(guò)程的影響

在金屬加工過(guò)程中應(yīng)用熱處理時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)低溫回火，還有就是時(shí)效性的，這兩種情況的產(chǎn)生都會(huì)造成金屬材料的變形，對(duì)金屬加工產(chǎn)生不利的影響因素。時(shí)效性的發(fā)生和低溫回火的存在會(huì)是金屬合金材料發(fā)生碳的析出和馬氏體的分解。在后續(xù)的加工過(guò)程中，如在淬火時(shí)，金屬中的奧氏體轉(zhuǎn)換成馬氏體，導(dǎo)致金屬的變形和體積形變，對(duì)材料的質(zhì)量和制造的設(shè)備的可靠性產(chǎn)生不良的影響。

3金屬材料熱處理變形應(yīng)對(duì)措施

3.1機(jī)械金屬材料不同種類(lèi)上的實(shí)踐探索

在金屬材料不同工件的制造處理中，要根據(jù)熱處理加工效果進(jìn)行選擇。通常情況下，比較常用的機(jī)械金屬材料是微變形剛和高淬透性合金鋼以及碳鋼。在這些金屬材料中，高淬透性合金鋼材料一般應(yīng)用在大截面尺寸和形狀較為復(fù)雜的處理工藝中，微變形剛材料一般用于形狀復(fù)雜或者有較高輕度要求的機(jī)械金屬工件生產(chǎn)過(guò)程中。而合金鋼材料一般用于如Cr12MnV易淬裂以及變形的生產(chǎn)工件過(guò)程中。

3.2改進(jìn)冷卻工藝

金屬材料熱處理工藝中，除了淬火工藝以外，冷卻工藝的合理改進(jìn)對(duì)金屬材料熱處理變形現(xiàn)象的降低也起到關(guān)鍵性的作用。熱處理過(guò)程冷卻工藝的操作需嚴(yán)格按照制定的方案實(shí)施，從而大大避免冷卻過(guò)程中熱變形現(xiàn)象的出現(xiàn)。不同的淬火方式需要不同的冷卻方式。在金屬材料熱處理淬火過(guò)程中，使用較多的是單介質(zhì)淬火和雙介質(zhì)淬火，分級(jí)淬火等方式。以雙介質(zhì)淬火為例進(jìn)行說(shuō)明，金屬材料使用雙介質(zhì)淬火方式進(jìn)行淬火冷卻，冷卻過(guò)程分兩個(gè)階段進(jìn)行。首先，將淬火后的金屬部件放入快速冷卻介質(zhì)中冷卻，這時(shí)金屬部件溫度快速下降到300℃，而后經(jīng)過(guò)短時(shí)間的保溫階段，將淬火后的金屬部件放入慢速度冷卻介質(zhì)中冷卻，實(shí)現(xiàn)金屬材料的兩次冷卻。兩次冷卻過(guò)程因冷卻速度的差別所選用的冷卻介質(zhì)也會(huì)不同。冷卻工藝中，對(duì)熱變形影響最大的部分是快速冷卻，因?yàn)榭焖倮鋮s會(huì)提高金屬內(nèi)的拉力。

3.3控制熱處理溫度

在金屬熱處理過(guò)程中，由于溫度對(duì)金屬材料變形有著重要影響，所以必須加強(qiáng)對(duì)爐內(nèi)溫度的精確控制，以滿(mǎn)足熱處理工藝的需要。具體方法：（1）提高爐內(nèi)溫度均勻性，特別是保證工件加熱階段的溫度均勻性，有助于減小變形。（2）確保不同部位的零件以相同的速度升溫，也能有效控制變形。（3）在加熱前先進(jìn)行預(yù)熱，減少因升溫過(guò)快而引起的溫度分布不均勻，從而避免由此造成的變形。（4）在溫度超過(guò)Ac3后，溫度升高而導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力加大，增加了變形的可能性，此時(shí)降低工藝溫度，縮短熱處理時(shí)間，都會(huì)減少變形量。

3.4合理加工

金屬材料熱處理技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，離不開(kāi)機(jī)械設(shè)備的使用。運(yùn)用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行加工時(shí)，要將金屬材料熱變形量考慮在內(nèi)，從而對(duì)金屬材料進(jìn)行合理加工并有效增加淬火后的合格品數(shù)。在加工金屬材料過(guò)程中，需要對(duì)金屬材料的加工需要和金屬本身特點(diǎn)進(jìn)行充分的了解，從而選用機(jī)械夾裝的方式。工作人員要正確認(rèn)識(shí)到各種金屬材料的形變規(guī)律，運(yùn)用相應(yīng)的熱處理措施，保障金屬材料熱處理的正確實(shí)施。通過(guò)對(duì)金屬材料熱處理變形值的估量，從而降低金屬材料的熱處理變形。

3.5減少熱處理過(guò)程中的殘余應(yīng)力

由于殘余應(yīng)力對(duì)工件的形狀、尺寸和性能有著極為重要的影響，故應(yīng)加大研究力度，減少金屬材料熱處理過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。實(shí)現(xiàn)方法：（1）根據(jù)金屬材料的不同性質(zhì)，在其中添加一定比例的合金元素，不僅能夠使金屬材料的抗應(yīng)力性能得到優(yōu)化，還能延長(zhǎng)金屬材料的使用壽命，使其更好地適應(yīng)熱處理工藝的要求。（2）金屬材料熱處理前，需對(duì)金屬材料本體缺陷進(jìn)行處理，加大檢測(cè)力度，如存在表面粗糙、劃傷、裂紋等不利因素，應(yīng)采用焊接、高溫塑變等方式對(duì)金屬材料進(jìn)行修復(fù)，防止其在淬火過(guò)程中因熱脹冷縮的作用力而引起變形或開(kāi)裂，為后續(xù)的金屬材料熱處理提供保障。

結(jié)語(yǔ)

機(jī)械金屬材料熱處理加工工藝過(guò)程中，包括冷處理工藝、時(shí)效、原始組織以及應(yīng)力狀態(tài)等相關(guān)內(nèi)容的因素作用導(dǎo)致，機(jī)械金屬材料開(kāi)裂、斷裂、熔失、變形等問(wèn)題，影響機(jī)械的使用質(zhì)量和使用壽命。為了更好避免此類(lèi)問(wèn)題出現(xiàn)，就需要在熱加工處理工藝上有科學(xué)的指引操作，冷卻方法方式上也要有科學(xué)合理的選擇，機(jī)械金屬材料熱處理工作也會(huì)有促進(jìn)有規(guī)律有秩序開(kāi)展進(jìn)行。所以說(shuō)，在對(duì)機(jī)械金屬材料器件實(shí)施熱處理過(guò)程中，質(zhì)量監(jiān)控要放在重中之重，從而最大限度降低廢品率，避免有變形、開(kāi)裂現(xiàn)象出現(xiàn)。此外，對(duì)于熱處理工藝的研究人員和教師也需要不斷提升自身的綜合能力、知識(shí)素養(yǎng)，不斷實(shí)踐探索研究創(chuàng)新，對(duì)機(jī)械金屬材料熱力學(xué)性能進(jìn)行全面總結(jié)研究分析，進(jìn)而采取有效的措施避免熱處理過(guò)程中的不利因素出現(xiàn)，以保證機(jī)械金屬材料構(gòu)件的質(zhì)量獲得完美的提高。

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