朱國華 曹昌懷 盧健

摘 要：在多個(gè)工業(yè)行業(yè)生產(chǎn)體系中，都需要對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理，以改變材料形狀，滿足后續(xù)生產(chǎn)流程要求。但是在進(jìn)行熱處理操作時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)不同形式的變形問題，進(jìn)而對(duì)材料質(zhì)量和后續(xù)加工帶來負(fù)面影響。本文在簡(jiǎn)要概述金屬材料種類與性能基礎(chǔ)上，分析熱處理變形的主要影響因素，并結(jié)合技術(shù)要求提出對(duì)應(yīng)的控制措施，以此為相關(guān)生產(chǎn)管理提供參考。

關(guān)鍵詞：金屬材料;熱處理;變形;控制措施

在工業(yè)生產(chǎn)體系不斷復(fù)雜，新型工業(yè)產(chǎn)品類型朝著多元化方向發(fā)展背景下，對(duì)金屬材料熱處理變形控制提出更高要求。通過有效的控制措施，不僅能夠有效提升企業(yè)整體生產(chǎn)水平，推動(dòng)生產(chǎn)工藝優(yōu)化，還能夠適應(yīng)時(shí)代發(fā)展要求，減少工業(yè)生產(chǎn)中材料損耗，降低工業(yè)生產(chǎn)對(duì)周邊環(huán)境的污染。

1、金屬材料的種類與性能

1.1 金屬材料的性能分類

在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中，金屬材料具有較為廣泛的應(yīng)用，但是初級(jí)金屬材料必然無法滿足生產(chǎn)體系要求，這就需要通過熱處理形式，確保金屬材料的硬度、強(qiáng)度、形狀和耐腐蝕性等，都能夠到達(dá)生產(chǎn)工藝要求。在當(dāng)前技術(shù)條件下，金屬材料的性能被分為使用性能和工藝性能兩種形式，前者主要包括化學(xué)性能、物理性能和力學(xué)性能等基礎(chǔ)性能，這也是金屬材料實(shí)際應(yīng)用中選材和設(shè)計(jì)的基本依據(jù);后者則是指金屬材料在實(shí)際加工中所體現(xiàn)出的性能，例如可鍛性、熱處理性能、鑄造性等[1]。兩種性能的分類不同，對(duì)金屬材料在不同產(chǎn)品生產(chǎn)中的應(yīng)用效果具有直接影響。

1.2 金屬材料性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

對(duì)于不同的金屬材料而言，使用性能和工藝性能的子性能是交叉存在的，例如具有相同物理性能的金屬，在熱處理性能上可能具有較大差異。因此在實(shí)際選用過程中，對(duì)金屬材料性能的研究和分析，主要側(cè)重于三個(gè)指標(biāo)：硬度、耐久性、疲勞性。硬度是金屬材料選型的基本指標(biāo)，是指金屬本身所具備的基本抗擊能力，不同的硬度參數(shù)，使得金屬材料使用場(chǎng)景有著較大差異。耐久性同樣是金屬材料的主要性能指標(biāo)，其主要體現(xiàn)在金屬材料在不同使用環(huán)境下的耐腐蝕能力，在實(shí)際應(yīng)用中，腐蝕現(xiàn)象只能通過技術(shù)處理減輕而無法根本消除。疲勞性則是指材料在持續(xù)應(yīng)力條件作用下所具有的抗負(fù)荷能力，或者是長時(shí)間內(nèi)無異常斷裂的能力[2]。對(duì)于多種金屬材料而言，這些指標(biāo)的具體參數(shù)都可以通過熱處理技術(shù)提升，由此使得熱處理成為金屬材料生產(chǎn)應(yīng)用中不可或缺的環(huán)節(jié)。

2、金屬材料熱處理變形的影響因素

2.1 溫度因素

熱處理本身就是通過對(duì)應(yīng)的溫度條件調(diào)整，對(duì)金屬材料進(jìn)行初步加工。在溫度發(fā)生不同程度變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致金屬材料出現(xiàn)不同程度的變形。尤其是在工件本身出現(xiàn)受熱不均情形時(shí)，不同部位的實(shí)際變形還存在較為明顯差異。同時(shí)，在熱處理環(huán)節(jié)結(jié)束后，隨著熱處理溫度自身變化，金屬工件溫度也會(huì)隨之發(fā)生明顯下降，在溫度條件發(fā)生對(duì)應(yīng)變化時(shí)，熱應(yīng)力和組織應(yīng)力也會(huì)不斷降低，會(huì)直接導(dǎo)致金屬工件出現(xiàn)變形現(xiàn)象。

2.2 淬火介質(zhì)因素

在當(dāng)前金屬材料熱處理加工工藝中，所應(yīng)用的技術(shù)更加復(fù)雜，所選用的淬火介質(zhì)形式和具體操作要求也具有明顯偏差。不同的金屬材料在進(jìn)行熱處理時(shí)，所需要選擇的淬火介質(zhì)有明顯差異，對(duì)淬火操作流程中所需要的攪拌方式、攪拌速度具有不同要求。同時(shí)，金屬工件的穩(wěn)定性也對(duì)熱處理效果具有明顯影響。只有確保各方面參數(shù)選擇和技術(shù)要求都滿足操作規(guī)范要求的情形下，才能夠確保熱處理質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求，滿足工件后續(xù)裝配和產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量要求。

2.3 預(yù)處理效果

在金屬材料進(jìn)行熱處理加工前，需要采用正火方式進(jìn)行預(yù)處理，也就是將金屬構(gòu)件加熱到Ac3溫度30～50℃范圍內(nèi)，并保持恒定溫度時(shí)段后再出爐空冷[3]。有效的正火處理，能夠較好的提升金屬材料強(qiáng)度和韌性，避免構(gòu)件在熱處理和后續(xù)加工使用過程中出現(xiàn)開裂。但是正火處理對(duì)場(chǎng)地和處理工藝操作水平都具有較高要求，在處理不當(dāng)?shù)那樾蜗?，將?huì)對(duì)材料內(nèi)部組織性能產(chǎn)生影響，進(jìn)而出現(xiàn)不同程度的變形現(xiàn)象。同時(shí)，在金屬材料需要進(jìn)行焊接作業(yè)時(shí)，正火處理效果欠佳，還會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生魏氏組織，造成更為嚴(yán)重的變形現(xiàn)象。

2.4 作業(yè)人員技能水平

當(dāng)前生產(chǎn)工藝體系下，金屬材料的熱處理流程還是以人工作業(yè)模式為主，雖然企業(yè)層面已經(jīng)根據(jù)生產(chǎn)要求明確熱處理操作流程規(guī)范，但是在實(shí)際操作過程中，作業(yè)人員的技能水平依然會(huì)對(duì)熱處理效果產(chǎn)生重要影響。尤其是在作業(yè)人員責(zé)任心不足，操作不規(guī)范的情形下，對(duì)金屬工件變化的關(guān)注度不足，會(huì)導(dǎo)致變形明顯加劇，進(jìn)而導(dǎo)致熱處理失敗，影響到后續(xù)生產(chǎn)流程和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)。

3、金屬材料熱處理變形的控制措施

3.1 依照相應(yīng)原則進(jìn)行熱處理

金屬材料的熱處理是企業(yè)生產(chǎn)流程管理的基本內(nèi)容，在熱處理工藝應(yīng)用中，應(yīng)當(dāng)堅(jiān)持如下方面的基本原則：首先是堅(jiān)持科學(xué)性原則，也就是根據(jù)材料本身性質(zhì)和工件使用要求，選擇合適的熱處理工藝、處理設(shè)備和淬火介質(zhì)，將變形現(xiàn)象控制在基本要求范圍內(nèi)，確保處理效果能夠滿足后續(xù)工藝流程要求。其次是要堅(jiān)持實(shí)用性原則，以綠色、節(jié)能、環(huán)保理念為指導(dǎo)，通過材料變形質(zhì)量控制，減少金屬資源浪費(fèi)，為企業(yè)生產(chǎn)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。再次是要堅(jiān)持操作便利性原則，也就是通過操作過程的優(yōu)化，降低熱處理過程中負(fù)面因素影響，有效提升整體操作水平，滿足熱處理的經(jīng)濟(jì)性要求。

3.2 優(yōu)化淬火介質(zhì)選擇與操作

通過淬火介質(zhì)選擇與操作的優(yōu)化，提升操作流程的規(guī)范性，能夠更好的控制變形現(xiàn)象。在當(dāng)前淬火工藝實(shí)施中，主要是采用水和油為基礎(chǔ)介質(zhì)。在操作流程中，通常是將水溫控制在55～65℃之間，油溫度控制在60～80℃之間。對(duì)于技術(shù)人員來說，應(yīng)當(dāng)結(jié)合不同金屬材料熱處理變形規(guī)律研究，通過定性分析和定量分析相結(jié)合的方法，對(duì)溫度控制范圍進(jìn)一步細(xì)化，將溫度變化幅度控制在5℃甚至是更低范圍內(nèi)，以此不僅能夠更好的提升熱處理質(zhì)量，還能夠?qū)崿F(xiàn)淬火操作工藝水平提升，滿足精細(xì)化生產(chǎn)管理要求。

3.3 科學(xué)選擇冷卻方法

冷卻方法選擇和操作流程的控制，對(duì)變形質(zhì)量控制具有重要影響，在實(shí)際操作過程中，需要根據(jù)金屬材料自身特性，合理控制冷卻速度和冷卻時(shí)間。尤其是對(duì)于部分經(jīng)過優(yōu)化的合金材料，可以通過小件試驗(yàn)的方式，分析單介質(zhì)淬火或雙介質(zhì)淬火的實(shí)際效果，分析不同形式淬火作業(yè)后實(shí)際冷卻效果的差異，進(jìn)而對(duì)冷卻流程進(jìn)行優(yōu)化，以有效避免金屬材料的變形。

3.4 提升作業(yè)人員技能水平

針對(duì)當(dāng)前多數(shù)企業(yè)熱處理工序中作業(yè)人員因素方面的問題，企業(yè)應(yīng)當(dāng)對(duì)整體管理流程進(jìn)行優(yōu)化，首先選擇合適的輔助夾具，確保夾具保留一定的余量，確保金屬材料的熱處理效果。在日常管理工作中，應(yīng)當(dāng)重視作業(yè)人員的培訓(xùn)和考核工作，確保工作人員能夠嚴(yán)格依照操作規(guī)范處理各個(gè)流程。對(duì)于熱處理過程中出現(xiàn)的共性問題，應(yīng)當(dāng)深入分析問題產(chǎn)生的原因，并采取對(duì)應(yīng)的措施進(jìn)行處理，對(duì)處理流程進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)變形現(xiàn)象的合理控制。

4、結(jié)束語

金屬材料熱處理變形的有效控制，不僅對(duì)企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益具有直接性影響，同時(shí)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)社會(huì)效益和環(huán)保效益也具有直接性影響。因此在當(dāng)前相關(guān)企業(yè)生產(chǎn)管理中，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)化對(duì)相關(guān)技術(shù)的研究，構(gòu)建更加規(guī)范的操作體系，以此才能夠確保變形現(xiàn)象得以有效控制，更好的提升金屬材料性能，為工業(yè)生產(chǎn)水平提升起到更加積極的促進(jìn)作用。

參考文獻(xiàn)

[1]田景.金屬材料熱處理變形的影響因素與控制措施初探[J].當(dāng)代化工研究，2021（11）：19-20.

[2]徐紅梅.金屬材料熱處理變形及開裂問題研究[J].冶金與材料，2021，41（02）：39-40.

[3]薛勇.金屬材料熱處理工藝以及技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)探索[J].設(shè)備管理與維修，2021（06）：75-76.