金属材料热处理变形的影响因素与控制策略

金属合金分为有色金属和黑色金属两种，显示亮黑色的质感，具有一定的导热性能和延展性。随着我国经济社会的快速发展和装备制造产业的升级，金属合金材料的加工和应用也越来越多。之所以机械制造和装备制造工业广泛的应用金属合金作为主要的材料，就是因为金属合金具有可塑性好，价格合适和耐久性高等优良特性。在可塑性的加工过程中，我们比较常用的就是热加工，金属热加工可以使金属变成我们想要的形状和规格，但是也存在着一些缺点，比如说不当的温度处理，可能会伤害到金属本身的性质，导致加工的零件和机械的强度降低，影响设备的运行和质量。所以在金属合金的热加工过程中一定要掌握好机加工和温度变形间的有机联系，精确地控制好加工过程中的范围和尺寸，按照高标准进行生产，可以避免很多问题的出现。这也是提高后续设备质量品质的有效管控方法，是我国工业进步的和发展的趋势。在这篇文章中我们对金属合金热处理过程中容易出现的问题和出现问题的影响因素展开了分析，并且讨论了一些符合实际的解决办法，保证了金属材料热加工过程中的效率和质量[1]。

1 金属材料热处理变形影响因素

1.1 原始组织与应力状态

在淬火之前，金属材料会受到关联原始组织的影响，包括碳化物数量、形态以及合金元素纤维方向等。在调质处理后，热处理是变形得以缩减，金属材料淬火变形更具规律性，便于控制热处理变形。化学热处理方式的应用，能够对金属材料表层部分性能加以改善，比如提升表层抗氧化功能以及耐磨性等。化学热处理深度应当处于标准范围内，若保证实现渗透层，需要在化学热处理后进行磨削加工，由于金属材料性能较差，很难处理化学热处理过程中的变形问题。

1.2 热处理过程中应力分析

零部件的热处理过程中，由于加热和冷却均无法实现零部件表层和中心部位的完全同步，热传导速度导致了零部件不同位置具有一定的温度差。当零部件在冷却过程中，表层温度低于中心部位，冷却前期在热应力的作用下，表层的收缩大于中心部位，使零部件表层产生拉应力，中心部位产生压应力[2]。在冷却中期热应力进一步增加，导致零部件产生具备塑性变形。在冷却后期表层的冷却速度慢于中心部位的速度，中心部位的收缩降低了一部分前期产生的热应力。当冷却完全结束时，零部件表层残留的热应力为压应力，而零部件中心部位残留的热应力为拉应力。在产生热应用的同时，钢材在热处理过程也产生组织应力，钢材的热处理过程中会发生组织变化，随着奥氏体向马氏体转变，因比容不同会导致材料体积产生相应的膨胀，这种因相变而导致的体积膨胀，因不同部位相变速度不均，会产生组织应力。在零部件热处理后所残留的应力，是热应力与组织应力共同作用的结果，随着零部件形状、成分不同，起决定作用的应力也不同，最终导致热处理后的应力残留有较大区别。

1.3 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使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[3]。

2 金属材料热处理变形应对措施

2.1 进行必要的预先热处理

在热处理前，要对形状比较复杂、要求比较高的工件进行必要的预先热处理，这样可以消除一些网状碳化物和粗大晶粒。通过实践可知，在预处理的正火处理方式能够保证金属组织结构的均匀性，减少金属变形情况的发生。

2.2 改进冷却工艺

金属材料热处理工艺中，除了淬火工艺以外，冷却工艺的合理改进对金属材料热处理变形现象的降低也起到关键性的作用。不同的淬火方式需要不同的冷却方式。在金属材料热处理淬火过程中，使用较多的是单介质淬火和双介质淬火，分级淬火等方式。以双介质淬火为例进行说明，金属材料使用双介质淬火方式进行淬火冷却，冷却过程分两个阶段进行。首先，将淬火后的金属部件放入快速冷却介质中冷却，这时金属部件温度快速下降到300℃，而后经过短时间的保温阶段，将淬火后的金属部件放入慢速度冷却介质中冷却，实现金属材料的两次冷却。两次冷却过程因冷却速度的差别所选用的冷却介质也会不同。

文章来源：《热处理技术与装备》 网址: http://www.rcljsyzb.cn/qikandaodu/2021/0205/342.html