影響金屬材料熱處理變形的因素及減小措施研究

　　在金屬材料加工制造的過程中應(yīng)用熱處理技術(shù)，主要的目的是為了促進(jìn)材料自身性能的提高，確保金屬材料可以滿足社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的實(shí)際需求。而熱處理過程在提高金屬材料性能的同時(shí)，也不可避免的產(chǎn)生熱處理變形，使工件的尺寸發(fā)生偏離，給后續(xù)機(jī)械加工造成困難，嚴(yán)重者甚至?xí)构ぜ?bào)廢。作為熱處理工藝員，必須采取切實(shí)可行的方法將金屬材料熱處理的變形控制在允許的范圍之內(nèi)。

　　《有色金屬·選礦部分》雜志為專業(yè)科技期刊。主要反映有色金屬選礦專業(yè)的最新科研成果和前沿動(dòng)態(tài)，發(fā)表高水平的學(xué)術(shù)論文。《有色金屬·選礦部分》雜志的編輯方針或辦刊風(fēng)格可歸納為：堅(jiān)持質(zhì)量第一，在報(bào)道技術(shù)進(jìn)步、理論研究和學(xué)術(shù)思想方面，尊重學(xué)者、專家，注重科學(xué)性;在介紹國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)、科研成果方面，講究實(shí)用性;在組織技術(shù)交流、總結(jié)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)方面，重視及時(shí)性;在宣傳國(guó)家發(fā)展有色金屬工業(yè)方針和有關(guān)技術(shù)政策上，要有針對(duì)性，并有別于一般報(bào)紙。

　　1 金屬材料熱處理變形影響因素

　　在進(jìn)行金屬材料的熱處理時(shí)，通常會(huì)因?yàn)椴牧献陨淼拿芏取⒔Y(jié)構(gòu)以及外部因素的影響，而出現(xiàn)冷熱分布不均勻的的狀況。一般情況下金屬材料的熱處理主要分為加熱、保溫以及冷卻三部分內(nèi)容，由于金屬材料受熱及冷卻時(shí)，隨著溫度的變化，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力也會(huì)隨之發(fā)生改變，從而增加了金屬材料變形的幾率。大多數(shù)情況下，在進(jìn)行金屬材料的熱處理時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)因?yàn)椴牧蟽?nèi)部應(yīng)力分布不均勻而造成的變形，也就是通常所說的內(nèi)應(yīng)力塑性變形。這種變形最顯著的特點(diǎn)是，不僅其方向性非常顯著，而且發(fā)生頻率也相對(duì)較高。

　　金屬材料內(nèi)部應(yīng)力結(jié)構(gòu)會(huì)隨著金屬材料熱處理的次數(shù)而發(fā)生改變，也就是說金屬材料進(jìn)行熱處理的次數(shù)越多，內(nèi)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的變化也就越明顯，正是因?yàn)槭艿竭@樣的影響，從而導(dǎo)致了金屬材料的結(jié)構(gòu)與形狀都出現(xiàn)了顯著的變化。但是金屬材料內(nèi)應(yīng)力塑性變形并不會(huì)影響到金屬材料本身，這種變化只是針對(duì)于材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在進(jìn)行內(nèi)應(yīng)力塑性變形實(shí)際的分析后發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致金屬材料內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的因數(shù)有很多種，而不同因素引發(fā)的變形方式也不同。

　　在金屬材料熱處理過程中比較常見的內(nèi)應(yīng)力塑性變形主要有組織應(yīng)力變形和熱應(yīng)力變形兩種。金屬材料處于溫度環(huán)境下進(jìn)行加熱冷卻處理時(shí)，必須要掌握金屬材料的熱應(yīng)力變形，否則無法實(shí)現(xiàn)金屬材料的組織應(yīng)力變形，也就是說，金屬材料自身的淬透性、材料形狀以及加熱冷卻方式直接決定著組織應(yīng)力變形。經(jīng)過分析內(nèi)應(yīng)力塑性變形的種類和特點(diǎn)后發(fā)現(xiàn)，雖然在實(shí)際的操作過程中，已經(jīng)掌握了對(duì)金屬材料的加熱、保溫以及冷卻等技術(shù)和工藝，但是經(jīng)過實(shí)際的操作發(fā)現(xiàn)，在金屬材料熱處理的過程中還必須充分的重視正火、淬火、回火以及退火等工藝，才能從根本上保證金屬材料熱處理的質(zhì)量與水平不斷的提高。在金屬材料熱處理的過程中，必須根據(jù)材料種類的不同進(jìn)行操作流程的調(diào)整和變化，同時(shí)對(duì)材料熱處理過程中的相關(guān)信息數(shù)據(jù)和參數(shù)及時(shí)的收集和整理。由于目前我國(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，無法準(zhǔn)確的控制材料熱處理過程中溫度檢測(cè)的精度，所以造成了金屬材料的結(jié)構(gòu)在熱處理的過程中受到損壞。同時(shí)金屬材料內(nèi)部的不容差異也很大。如果熱處理過程中沒有嚴(yán)格的按照要求進(jìn)行溫度控制的話，也會(huì)導(dǎo)致比容變形的出現(xiàn)，并由此增加了金屬材料熱處理發(fā)生變形的幾率。

　　2 減小金屬材料熱處理變形所遵循的主要原則

　　對(duì)于金屬材料熱處理而言，采取科學(xué)合理的措施和手段才能有效的減小變形量。同時(shí)確保金屬材料在熱處理過程中滿足相關(guān)的工藝和技術(shù)要求，也就是說，在進(jìn)行金屬材料熱處理的過程中，必須在科學(xué)精神、科學(xué)手段以及科學(xué)理念的指導(dǎo)下，以現(xiàn)有的金屬材料熱處理技術(shù)為基礎(chǔ)，減少熱處理過程中變形現(xiàn)象的出現(xiàn)。同時(shí)在進(jìn)行熱處理變形量降低操作時(shí)必須嚴(yán)格遵守相關(guān)的操作規(guī)程。一般情況下，金屬材料的熱處理的場(chǎng)地都會(huì)選擇城市的近郊作為操作場(chǎng)地，同時(shí)其實(shí)際操作的環(huán)境也較為簡(jiǎn)陋，從而無法在熱處理的過程中科學(xué)合理的處理整個(gè)過程中出現(xiàn)的變形現(xiàn)象，為了徹底改變這一現(xiàn)狀，必須在金屬材料熱處理變形降低方案的應(yīng)用過程中，最大限度的降低變形量方案的容錯(cuò)率，并采取科學(xué)合理的措施降低外部因素對(duì)熱處理變形量造成的影響。從而為金屬材料熱處理工藝水平與質(zhì)量的有效提升，奠定良好的基礎(chǔ)。科學(xué)合理的進(jìn)行金屬材料熱處理工藝技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于促進(jìn)企業(yè)加工的金屬材料制品品質(zhì)的提升，以及金屬材料加工工藝的順利實(shí)施都有積極的促進(jìn)作用。

　　3 減小金屬材料熱處理變形的有效措施

　　控制金屬材料熱處理變形量的過程相對(duì)較為復(fù)雜，相關(guān)操作人員必須對(duì)金屬材料變形量產(chǎn)生的因素與熱處理過程中的關(guān)系進(jìn)行科學(xué)合理的分析，并以此為基礎(chǔ)，采取科學(xué)合理的方式與工藝進(jìn)行熱處理操作，才能確保在整個(gè)處理過程中有效的控制應(yīng)力對(duì)材料變形造成的影響，為金屬材料熱處理質(zhì)量的提高奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

　　3.1 金屬材料熱處理的預(yù)處理要科學(xué)合理

　　實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過正火處理的金屬材料，不僅可以促進(jìn)材料自身結(jié)構(gòu)的完整性與均勻性提高，同時(shí)也會(huì)降低材料內(nèi)部應(yīng)力對(duì)金屬材料造成的影響，對(duì)降低熱處理過程中變形量有著極為重要的作用。為了提高金屬材料減小熱處理變形的效果，也可以選擇進(jìn)行退火工藝，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬材料熱處理過程中變形量的有效控制，促進(jìn)金屬材料熱處理水平的不斷提高。

　　3.2 金屬材料熱處理淬火工藝的科學(xué)應(yīng)用

　　淬火工藝是金屬材料熱處理工作中最核心的步驟，而且具有極為重要的作用，假如使用的淬火介質(zhì)不合理的話，就會(huì)造成金屬材料內(nèi)部應(yīng)力的變化失調(diào)，最終造成材料的結(jié)構(gòu)與形狀受到影響。因此必須在進(jìn)行金屬材料熱處理的過程中，盡可能的減少淬火階段可能出現(xiàn)的失誤，這就要求相關(guān)工作人員必須積極的進(jìn)行淬火工藝的改革和創(chuàng)新。在進(jìn)行金屬材料淬火冷卻的過程中，必須科學(xué)合理的調(diào)節(jié)冷卻的速度，才能確保金屬材料在淬火的過程中，降低材料變形量的增加。水和油是較為常用的淬火介質(zhì)。為了確保冷卻的效果以及淬火速度，一般情況下水溫應(yīng)該控制在55 ～ 65℃。如果使用油作為淬火介質(zhì)的話，油溫一般在60 ～ 80℃，必須提高淬火的速度，才能確保最終的冷卻效果。科學(xué)合理的進(jìn)行金屬材料淬火介質(zhì)和速度的選擇應(yīng)用，不僅可以有效的降低金屬熱處理對(duì)材料內(nèi)部應(yīng)力造成的影響，同時(shí)也有效控制了金屬材料的變形量。

　　3.3 金屬材料熱處理中冷卻方法的科學(xué)選擇

　　目前，針對(duì)金屬材料熱處理的方式主要有雙液淬火、單液淬火等方式，而所謂的雙液淬火主要是將金屬材料放入冷卻速度相對(duì)較高的介質(zhì)當(dāng)中，使其溫度可以在短時(shí)間內(nèi)迅速的下降至300℃左右，然后再將其放入冷卻速度低的介質(zhì)中進(jìn)一步冷卻。而單液淬火則指的是利用單一的介質(zhì)進(jìn)行材料的冷卻處理，雖然這種方式可以促進(jìn)淬火工作效率的提升，但是卻無法控制淬火的速度。金屬熱處理經(jīng)淬火后的冷卻環(huán)節(jié)對(duì)金屬變形也有極大的影響。如果金屬在熱處理過程中冷卻速度過快的話，就會(huì)造成金屬表面冷卻的不均勻，而這就增加了金屬的拉應(yīng)力，最終導(dǎo)致工件變形量的增加。必須在確保金屬?gòu)?qiáng)度不受影響的情況下，采用預(yù)冷以及分級(jí)降溫的方式進(jìn)行金屬材料熱處理的冷卻，才能從根本上降低金屬冷卻不均勻?qū)е碌慕饘賰?nèi)部應(yīng)力組織的變化。

　　3.4 科學(xué)合理的選擇裝夾方式和夾具

　　在加熱、冷卻過程中裝夾方式的不同，加工件形狀受到的影響也就不同。必須根據(jù)零件的實(shí)際情況進(jìn)行裝夾方式和夾具的選擇，才能降低因?yàn)闊釕?yīng)力的不均勻所造成的工件變形。而且在實(shí)際應(yīng)用的過程中可以根據(jù)應(yīng)用的要求和特點(diǎn)對(duì)裝夾的方式進(jìn)行改變。

　　3.5 機(jī)械加工

　　如果金屬材料在加工的過程中進(jìn)行熱處理，必須要在熱處理前的機(jī)械加工過程中，留有一定的加工余量，以確保熱處理過程中材料的變形量余地足夠。熱處理完成之后，進(jìn)行工件加工時(shí)，必須根據(jù)其實(shí)際的變形規(guī)律，促進(jìn)材料淬火變形合格率的進(jìn)一步提升。同時(shí)在熱處理過程中，所出現(xiàn)的變形值必須要滿足工件的規(guī)定和要求，并根據(jù)實(shí)際的變形量進(jìn)行加工工序的尺寸確定。

　　4 結(jié)束語

　　深入的研究和探討金屬材料熱處理過程中的變形因素，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)金屬材料加工制造過程中變形的科學(xué)控制，同時(shí)也充分的將熱處理技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)加工過程中，對(duì)于我國(guó)金屬材料生產(chǎn)能力以及產(chǎn)品質(zhì)量的提升具有積極的促進(jìn)作用，從根本上確保了我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。