摘 要 金屬材料具有延展性、導(dǎo)電性、傳熱性等特征，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。提升設(shè)備的運(yùn)行效果，這也是機(jī)械制造領(lǐng)域選用金屬材料的最大原因。然而，如果處理不當(dāng)，就會(huì)影響金屬材料的性能，最終影響零部件機(jī)械質(zhì)量。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，本文討論了熱處理過(guò)程中金屬變形的原因和簡(jiǎn)單地應(yīng)對(duì)方法，以期為金屬材料熱處理解決實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞 金屬材料;熱處理;變形影響因素;控制策略

金屬合金分為有色金屬和黑色金屬，呈亮黑色織構(gòu)，具有一定的導(dǎo)熱性和延展性。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展和裝備制造業(yè)的升級(jí)換代，金屬合金材料的加工和應(yīng)用越來(lái)越多。金屬合金具有良好的塑性、適宜的價(jià)格和較高的耐久性，是機(jī)械制造業(yè)和裝備制造業(yè)廣泛應(yīng)用的主要材料。在材料加工過(guò)程之中，我們比較常用的是熱處理，金屬熱處理可以得到我們需要的組織和結(jié)構(gòu)，但也存在一些缺點(diǎn)，比如溫度處理不當(dāng)，可能會(huì)破壞金屬本身的性質(zhì)，導(dǎo)致被加工零件和機(jī)械強(qiáng)度降低，影響設(shè)備的運(yùn)行和質(zhì)量，使企業(yè)受到可計(jì)量損失的影響。因此，在金屬合金熱處理過(guò)程之中，必須掌握加工與溫度變形的有機(jī)關(guān)系，準(zhǔn)確控制加工過(guò)程之中的范圍和尺寸，按高標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)，才能避免許多問(wèn)題。這也是提高后續(xù)設(shè)備質(zhì)量的有效控制方法，是我國(guó)工業(yè)進(jìn)步和發(fā)展的趨勢(shì)。分析了金屬合金熱處理過(guò)程之中存在的問(wèn)題及其影響因素，探討了一些切實(shí)可行的解決辦法，以保證金屬材料在熱處理過(guò)程之中的效率和質(zhì)量。

1金屬材料熱處理過(guò)程中變形的種類

金屬合金在熱處理過(guò)程之中不可避免地會(huì)發(fā)生變形。在大多數(shù)加工過(guò)程之中，有兩種類型的變形。一種是比體積變形，它與金屬材料之中的碳元素和一些微量金屬元素有關(guān)。通過(guò)研究人員的研究發(fā)現(xiàn)，金屬合金材料的比體積變形具有普遍性，這與鐵素體、游離碳和比體積變化的差異密切相關(guān)。金屬合金材料的比體積變形是各向同性的，即在均質(zhì)金屬之中，在熱處理過(guò)程之中，金屬材料在不同方向之上具有相同的變形。合金經(jīng)過(guò)比體積變形之后，尺寸發(fā)生明顯變化，另一種金屬材料在熱處理過(guò)程之中的變形為內(nèi)應(yīng)力塑性變形，這是由于金屬塊溫度不均勻引起的。具體來(lái)說(shuō)，在熱處理過(guò)程之中，金屬塊不同位置的溫度不均勻，導(dǎo)致不同零件的冷卻速度不同。因此，隨著溫度的降低，不同位置的金屬發(fā)生了不同的熱膨脹和冷縮。由此引起的不良變形是熱應(yīng)力塑性變形。

2金屬材料熱處理變形的影響因素

2.1 冷處理過(guò)程的影響

在金屬加工之中進(jìn)行熱處理時(shí)，經(jīng)常發(fā)生低溫回火和時(shí)效。這兩種情況都會(huì)引起金屬材料的變形，對(duì)金屬加工產(chǎn)生不利影響。時(shí)效和低溫回火的發(fā)生會(huì)導(dǎo)致碳的析出和馬氏體的分解[1]。在隨后的加工過(guò)程之中，如淬火過(guò)程之中，金屬之中的奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體，導(dǎo)致金屬變形和體積變形，對(duì)材料質(zhì)量和制造設(shè)備的可靠性產(chǎn)生負(fù)面影響。

2.2 應(yīng)力的影響

在熱處理過(guò)程之中，加熱不均勻會(huì)導(dǎo)致金屬材料變形。一般來(lái)說(shuō)，熱處理是在熱處理一段時(shí)間之后進(jìn)行的。然而，在加熱保溫過(guò)程之中，材料上下及不同位置會(huì)產(chǎn)生溫差，從而導(dǎo)致不同的位置狀態(tài)。當(dāng)?shù)蜏剌^硬時(shí)，高溫部分變軟，不同的應(yīng)力會(huì)使材料產(chǎn)生不良變形。

2.3 原始組織影響

金屬熱處理過(guò)程中受到合金元素纖維方向和碳化物形狀等的影響，金屬材料會(huì)在淬火時(shí)產(chǎn)生一定的影響。這些就是原始組織的影響，在現(xiàn)代的熱處理過(guò)程中一般都加入了化學(xué)方法，在化學(xué)方法處理后，金屬材料的原始組織會(huì)變得更加的有規(guī)律。因此，就會(huì)使熱變形的程度變小并且使金屬表面的耐磨性等性質(zhì)得到提高。

2.4 淬火的影響

淬火是金屬材料加工之中的一項(xiàng)基本操作。淬火可以改變材料的性能，如材料的硬度和耐腐蝕性。在淬火過(guò)程之中，必須選擇合適的淬火介質(zhì)來(lái)控制金屬材料的變形程度，這對(duì)提高加工質(zhì)量至關(guān)重要。

2.5 預(yù)處理的影響

預(yù)處理的效果能在一定程度之上消除應(yīng)力，這是金屬材料熱加工過(guò)程之中常用的處理方法。如果不進(jìn)行預(yù)冷，材料正火時(shí)會(huì)出現(xiàn)冷堆，上下溫差會(huì)大幅度變形，影響熱處理效果，造成加工產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。

3金屬材料熱處理技術(shù)使用過(guò)程中需要遵守的原則

隨著近年來(lái)金屬材料使用趨于頻繁，為了提高應(yīng)用金屬材料以后的成效，熱處理技術(shù)被逐漸應(yīng)用于金屬材料。金屬材料熱處理技術(shù)雖然對(duì)金屬材料的使用效果有一定的提升，但金屬材料在熱處理過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)變形的狀況，因此會(huì)對(duì)熱處理過(guò)程應(yīng)用于金屬材料造成一定的阻礙。為了有效地避免金屬材料熱處理變形現(xiàn)象的發(fā)生，金屬材料熱處理技術(shù)使用過(guò)程中需要遵守一定的原則。

3.1 規(guī)范操作原則

金屬材料熱處理技術(shù)使用過(guò)程中，熱處理變形現(xiàn)象的發(fā)生會(huì)大大降低熱處理技術(shù)的優(yōu)越性。而在金屬材料熱處理時(shí)變形現(xiàn)象發(fā)生的部分原因可以歸結(jié)為工作人員操作失誤。因此應(yīng)用熱處理技術(shù)處理金屬材料時(shí)，工作人員應(yīng)提前進(jìn)行培訓(xùn)以具備有關(guān)金屬材料方面的專業(yè)知識(shí)。首先工作人員針對(duì)不同的金屬材料選用不同的熱處理技術(shù)，選定適宜的熱處理技術(shù)后便可以規(guī)劃詳細(xì)、規(guī)范的熱處理流程，使熱處理后的金屬材料性能更優(yōu)。其次，設(shè)立相應(yīng)的監(jiān)督機(jī)制，確保工作人員熱處理操作的規(guī)范性。

3.2 減少環(huán)境干擾原則

金屬材料熱處理技術(shù)的施工環(huán)境要求相對(duì)嚴(yán)苛，既要保護(hù)外部環(huán)境也要減少外部環(huán)境對(duì)金屬材料熱處理變形的影響，這樣熱處理后的金屬材料實(shí)用性才會(huì)達(dá)到最好[2]?，F(xiàn)階段，我國(guó)金屬材料處理選址大多均在偏僻的郊外，遵循了減少環(huán)境干擾的原則，在大大提高企業(yè)的生產(chǎn)效率的同時(shí)減少金屬材料熱處理變形狀況。

3.3 人員定期培訓(xùn)原則

從事金屬材料熱處理的工作人員規(guī)范操作需要依靠工廠對(duì)工作人員進(jìn)行階段性的培訓(xùn)，以加強(qiáng)工作人員對(duì)金屬材料熱處理知識(shí)的認(rèn)知和鞏固，在保障工作人員對(duì)金屬材料熱處理技術(shù)的熟練程度同時(shí)使企業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。

4金屬材料熱處理變形的控制策略

4.1 改進(jìn)淬火工藝

熱處理技術(shù)應(yīng)用于金屬材料的工藝過(guò)程中，淬火是其中重要且關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。熟練操作淬火工藝對(duì)金屬材料熱處理技術(shù)的應(yīng)用是非常重要的。傳統(tǒng)的淬火工藝已經(jīng)不能滿足人們對(duì)于生產(chǎn)技術(shù)的要求，隨著社會(huì)的發(fā)展被逐步淘汰。淬火工藝中使用的淬火介質(zhì)主要有油和水等，針對(duì)不同金屬材料選用合適的淬火介質(zhì)來(lái)控制金屬材料熱處理變形狀況。如今，淬火工藝的改進(jìn)與革新成為企業(yè)急需解決的問(wèn)題，企業(yè)應(yīng)該引起高度的關(guān)注并在合適的熱處理技術(shù)上合理調(diào)控溫度，從而避免淬火工程中出現(xiàn)的麻煩，提高淬火效率。在大多數(shù)情況下，淬火介質(zhì)為水時(shí)的水溫為55℃ ～65℃，淬火介質(zhì)為油時(shí)的油溫為60℃ ～80℃，將淬火速率調(diào)控在正常范圍內(nèi)，有效避免金屬材料熱處理變形。

4.2 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[3]。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。

4.3 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。

5結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代社會(huì)中，金屬材料的應(yīng)用已經(jīng)遍及人們生活的方方面面。金屬材料的改進(jìn)革新伴隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展在不斷變化。現(xiàn)在，將熱處理技術(shù)用于金屬材料已經(jīng)非常普遍，但緊隨著這一技術(shù)革新的同時(shí)也帶來(lái)新的問(wèn)題，即在金屬材料熱處理過(guò)程中金屬材料產(chǎn)生的變形問(wèn)題。文章通過(guò)介紹金屬材料熱處理過(guò)程中變形的種類和影響因素分析，明確了金屬材料熱處理技術(shù)使用過(guò)程中需要遵守的原則和控制策略研究，更加充分的對(duì)金屬材料熱處理變形有了了解。通過(guò)文章分析知道了金屬材料熱處理流程在實(shí)施的過(guò)程中，要對(duì)金屬材料和熱處理工藝兩者均有足夠充分的了解，從而保障工藝的質(zhì)量并有效避免金屬材料熱處理變形現(xiàn)象的發(fā)生。金屬材料熱處理變形影響的主要環(huán)節(jié)包括淬火過(guò)程、冷卻過(guò)程和加工過(guò)程等，所以熱處理過(guò)程中溫度的控制至關(guān)重要。金屬材料熱處理技術(shù)效率高的企業(yè)會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)激烈的市場(chǎng)中占得一席之地。不僅會(huì)提高企業(yè)的知名度和利潤(rùn)率而且在一定程度上減少了資源的浪費(fèi)并保護(hù)社會(huì)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介

閆志明，男，河北省張家口人;畢業(yè)院校：河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院，專業(yè)：材料成型及控制工程專，學(xué)歷：本科，現(xiàn)就職單位：北京北齒（黃驊）有限公司，研究方向：齒輪熱處理。