浅谈影响金属热处理变形的因素及改善措施

摘要：随着当前加工制造业的发展，对于金属材料的应用非常广泛。通常，在金属材料的加工中，为了能够有效的改善材料的化学以及物理性能，使其在一定程度上能够满足加工工艺的需要，往往要进行热处理。热处理实质上就是利用一定的方法对金属材料进行加热、保温以及冷却的过程，利用热处理对金属材料的内部结构有效的改变，得以增强使用性能。在热处理中，往往便随着金属次材料的变形，所以一定要加强变形的研究。

关键词：金属热处理；变形因素；改善措施

中图分类号：O347文献标识码： A

随着在工业领域人们对于金属部件的利用质量的要求在提高，在对金属零件的加工中，一些制造企业往往会通过金属的热处理的方法将金属的内部结构进行改善，在其应用中使其能够达到新的刚度以及韧性，使其在使用中能够提高技术部件的质量。在金属材料的热处理中，因为金属部件的形状都不相同，在实际的热处理中，就会出现金属构件受热以及冷却不均导致其受力也不均匀的现象出现，这种问题在金属热处理技术中是前所未有的困难，为了能够加强金属材料的质量，提高金属材料的使用性能，在进行金属材料的热处理中我们要对出现的问题科学合理的及时分析，并通过合理有效的手段制定相关解决措施。

一、金属热处理变形的原因

在工业发展的过程中，金属原件的使用涉及的范围十分的广阔。在我国制造业不断兴起的今天，各种金属部件的加工使用已经成为了一种势不可挡的趋势。在我国汽车、轮船、飞机、建筑、五金水暖、等相关单位不断强化自身素质以及产品质量的今天，在进行金属部件的热处理过程中，都提高了相应的技术质量标准。对相应的金属部件提出了严格的管控要求。相关金属部件制造部门在进行技术热处理加工过程中，往往会出现金属在热处理过程中变形等现象。以下我就简析一下金属热处理变形的原因。

(一)内应力塑性变形

金属热处理过程中加热冷却的不均匀和相变的不等时性,都会产生内应力,在一定塑性条件的配合下,就会产生内应力塑性变形。在加热和冷却过程中,零件的内外层加热和冷却速度不同造成各处温度不一致,致使热胀冷缩的程度不同,这样产生的应力变形叫热应力塑性变形。在加热和冷却过程中,零件的内部组织转变而发生的时间不同,这样产生的应力变形叫组织应力变形塑性变形。

(二)比容变形

在金属热处理过程中,各种相结构的组织比容不同,在相变时发生的体积和尺寸变化为比容变形。比容变形一般只与奥氏体中碳和金元素的含量、游离相碳化物、铁素体的多少、淬火前后组织比容变化差和残余奥氏体的多少和钢的淬透性等因素有关。

二、降低金属热处理变形的措施和方法

为了有效地减少热处理所导致的变形，其关键在于选择合适的热处理工艺。通过将不同的热处理工艺进行有效的结合，既能够达到改善性能同时又能够达到减少变形的目的。为了有效的保证工件在热处理后的精度，可以通过研究金属工件热处理变形规律的方法，在加工时进行干预处理，从而使工件在热处理之后的尺寸每个满足设计的要求。这对于工件的变形规律提出了比较高的要求，同时工件的变形也应当满足一致性的要求。这种方式等于金属的热处理要求比较高，是一种比较理想的方法。为了改善金属热处理的变形情况，可以采取以下几个方面的措施：

(1)做好热处理之前的预处理。金属热处理的不同工艺，例如正火、退火等都会影响到金属的最终变形量。正火中的温度过高，都会导致金属材料内部的变形增大，因此在工件的热处理之前都需要进行控制温度的正火处理。在研究中发现在正火处理之后，可以采用等温淬火的处理方法来提高金属材料内部的结构的均匀性，从而减少其变形。对于不同的工件的结构特点，应当采用不同的热处理工序，从而可以有效地减少热处理中的变形，并且使热处理中的变形能够相互的抵消，从而达到改善变形的目的。这种方法一般比较复杂，花费的时间比较多而且成本比较高，对于一些要求精度比较高的零部件可以考虑采用这种方法。

(2)做好淬火处理工艺。淬火冷却是热处理中的关键，如果采用了不合理的介质，那么就会导致工件内部比较大的应力，从而引起工件的变形或者开裂，因此在淬火冷却的过程中应当保证稳定的速度。金属淬火冷却过程对于变形的影响也比较大，如果热冷却处理的速度越快，那么冷却也就越不均匀，从而工件的内部压力也将越大，导致了工件的变形也越大。在淬火冷却的过程中常常采用水和油来作为介质，水在550℃-650℃的范围内的冷却速度比较大，但是在200℃-300℃的范围年其冷却速度虽然已经大幅下降，但是速度仍然比较大，最终容易引起金属材料的变形。但是如果在水中加入一定的盐和碱，那么可以有效的提高在550℃-650℃之间的冷却速度，但是保证了200-300℃之间的冷却速度不变。虽然盐水或者碱水都都常常用来作为淬火的冷却介质，那么都容易引起金属材料的变形。油在200-300℃之间的冷却速度比较慢，可以有效地解决金属材料在淬火时的变形情况。但是油在550-650℃之间冷却速度不大，只能用在合金钢的淬火冷却中。因此在硬度要求一致的前提下，应当尽量使用油来作为介质，油和水在其它条件相同的情况下，油性介质的冷却速度比较慢，而水性介质的冷却速度比较大，从而对于金属的变形影响比较大。

(3)冷却方法的选择。在金属材料的热处理中，冷却也是其关键的步骤。常见的冷却处理方法有双液淬火、单液淬火法、等温淬火以及分级淬火法等，其中单液淬火的方法能够有效的满足自动化和机械化的需要，但是其缺点是难以控制淬火冷却的速度，而且水淬法容易产生变形，而油淬法容易导致工件硬度不均匀以及硬度不足的现象。双液淬火法是将加热的工件先放在进行冷却速度比较快的介质中冷却到300℃左右，然后再立即放入到冷却速度比较慢的价值中到冷却。例如对于结构比较复杂的碳钢工件常常采用水淬和油淬相结合的方法，先在水中冷却到300℃之后再放到油中进行冷却；对于合金钢来说，常常需要采用油淬和空气冷却相结合的方法。在保证工件硬度的要求下，尽可能的采用预冷的方式。分级淬火冷却的方式，能够有效地减少工件内部的热应力和组织预冷，对于改善一些结构比较复杂的工件变形具有重要的帮助。分级淬火是先将加热的工件放到温度比较高的碱液或者盐液中，持续2-5 分钟待工件内外温度一致后放到空气中进行冷却。但是这种冷却方法由于溶液的冷却能力比较低，所以只适用尺寸比较小以及尺寸精度要求比较高的工件。对于一些结构特别复杂以及精度要求比较高的工件，可以考虑采用等温淬火冷却的方法。

(4)夹持方法的选择。不同的夹装方法对于零部件的热处理过程中的变形也具有一定的影响，选择合理的装夹方式可以使工件热处理过程中受热和冷却均匀，对于降低金属组织的应力不均以及变形都具有重要的意义。具体可以考虑使用支承垫圈、补偿垫圈、叠加垫圈等方式，有花键孔的零部件可以考虑使用花键心轴等方式。

结语

温度作为影响热处理变形中的关键因素，通过采用合理的热处理工艺可以有效地降低变形的不利影响，从而提高工件的抗变形能力，增强内部的应力。通过控制热处理中的温度变化，可以有效地改善加热、冷却过程中的温度变化区间，使工件的温度达到均匀和一致性，减少了热应力的不利影响，从而改善了工件的变形情况。同时采用合理的热处理工艺，能够有效地降低热处理的时间，这对于改善工件的变形也具有重要的帮助。

参考文献

[1]白钰枝.影响金属热处理变形的因素及改善措施[J].无线互联科技,2013,01:174.

[2]张利云.浅谈如何减小金属热处理变形[J].科技资讯,2013,23:94.

[3]刘鸿利.论金属材料热处理变形的影响因素及减小措施[J].科技致富向导,2013,33:202+251.