金属材料热处理变形的影响因素与控制策略

朱庆贺

沈阳市金钢锻造研究所 辽宁沈阳 110045

在机械制造等行业中对金属材料进行热处理是一种较为重要的工艺，热处理与其他加工工艺不同，其过程不改变材料的外部形状，除了材料表面可能发生局部化学成分改变以外，材料本体的化学成分一般不变，热处理通过改变材料内部显微组织结构，使材料获得更优的使用性能。

1 金属材料热处理变形的影响因素

1.1 冷处理过程的影响

在金属加工过程中应用热处理时，往往会出现低温回火，还有就是时效性的，这两种情况的产生都会造成金属材料的变形，对金属加工产生不利的影响因素。时效性的发生和低温回火的存在会是金属合金材料发生碳的析出和马氏体的分解。在后续的加工过程中，如在淬火时，金属中的奥氏体转换成马氏体，导致金属的变形和体积形变，对材料的质量和制造的设备的可靠性产生不良的影响。

1.2 应力的影响

金属材料都具有特定的密度，在热加工的过程中，由于受热不均会导致金属材料的变形。一般情况下，金属的热加工要先进行加热，然后处于一段时间的保温期，之后在进行热加工。然而在加热和保温时，材料的内外以及不同的位置会产生温度的差别，这就导致了不同位置状态的不同，当低温处还是硬的状态时，高温处已经变软，这种应力的不同就会使材料产生不良的变形[1]。

1.3 原始组织影响

金属热处理过程中受到合金元素纤维方向和碳化物形状等的影响，金属材料会在淬火时产生一定的影响。这些就是原始组织的影响，在现代的热处理过程中一般都加入了化学方法，在化学方法处理后，金属材料的原始组织会变得更加的有规律。因此，就会使热变形的程度变小并且使金属表面的耐磨性等性质得到提高。

2 金属材料热处理变形的控制策略

2.1 在金属材料热处理过程中选用合适的冷却介质

水是常见的淬火介质之一，其优点是冷却能力较强、成本低、成分稳定、不易变质，但水作为淬火介质其缺点也较为突出，水在500-600℃区间处于蒸汽膜阶段，冷却速度不够快。当金属材料温度在100-300℃时，水处于沸腾阶段，冷却能力过强，导致材料马氏体转变速度过快、内应力增大，当应力超过临界值时将使零部件产生变形或开裂。

为了克服水作为淬火介质的缺点，通常采取在水中添加食盐或碱等方式，当高温零部件浸入水溶液后，在蒸汽膜阶段所析出的食盐或碱的晶体产生爆裂，从而达到破坏蒸汽膜的作用，同时也起到了破坏零部件表层的氧化皮的作用，水溶液在高温区的冷却能力同水相比有较大幅度提升。为了控制水溶液对金属的腐蚀性，通常将溶液浓度控制在10%-15% 之间，并且在淬火后对零部件进行清洗和防锈处理[2]。

矿物油也是较为常用的冷却介质，如机油、变压器油或柴油等，也可以将不同类型和黏度的矿物油按配比混合使用，进一步通过提升特性温度来增加淬火油在高温区的冷却能力。通过选择合适的冷却介质，实现对金属材料较高的淬透性和淬硬性，同时避免零部件产生较大变形。

2.2 在金属材料热处理过程中提高对温度控制的精确度

各种金属材料在常温常压下外形具有不同的尺寸稳定性，微观裂纹数量也有较大区别，其表现出的外部特征是由金属材料性质决定的，如果材料具有易产生裂纹的内在性质，则在外力的长期作用下，材料就会表现出易断裂的特性。金属材料的断裂特性与材料的强度相关，材料的强度越高，金属零部件在实际工况中越抗断裂，而材料的强度与其内在的金属晶体排列相关，晶体错位越少则金属强度越大，所以，在热处理工艺的设计方面需要精确控制各工艺阶段的温度，通过采取细化金属内部晶粒的措施改变晶粒排列，进一步提高金属材料的强度。

2.3 做好淬火处理工艺

做好淬火处理工艺。淬火环节中，温度、介质等关键指标的选择都于金属材料内部应力存在密切关联性，若选择不当就会导致内部变形、开裂问题的产生。因此。从淬火速度的控制上来说，需要充分结合淬火介质进行选择，以确保冷却均匀，预防变形开裂。目前技术条件支持下，金属材料热处理中最常用淬火介质为水油介质，当温度在550-650℃区间内时，其对应冷却速度约为600℃/s，即便温度下降至200℃左右，其冷却速度仍然可达到270℃/s 以上。这一过程当中，金属材料马氏体转化正在进行，若速度过快则可能导致开裂。

2.4 合理加工

金属材料热处理技术应用过程中，离不开机械设备的使用。运用机械设备进行加工时，要将金属材料热变形量考虑在内，从而对金属材料进行合理加工并有效增加淬火后的合格品数。在加工金属材料过程中，需要对金属材料的加工需要和金属本身特点进行充分的了解，从而选用机械夹装的方式。工作人员要正确认识到各种金属材料的形变规律，运用相应的热处理措施，保障金属材料热处理的正确实施[3]。通过对金属材料热处理变形值的估量，从而降低金属材料的热处理变形。

3 结语

综上所述，本文分析了热处理过程中影响金属材料变形的因素和改进措施，面对该问题，技术人员需要分析出金属材料加工时，通过热处理所出现的问题，其中材料变形问题是重点，分析影响金属材料变形问题的因素，针对其中的影响因素收集加工时的相关数据，通过数据的分析提出解决措施。时代在进步，金属材料的加工工艺也需要改进，希望通过本文的解决措施可以为热处理时出现的金属材料变形问题提供建议。