金属材料热处理变形的影响因素与有效控制措施

李林涛

摘要：随着我国材料加工技术的不断进步，对各类金属材料的加工和在各行业的应用越来越广泛，其影响也在不断扩展。在金属材料应用过程中往往需要对其进行热处理以提升金属整体性能，改变其表面结构，更好地满足金属加工和实际工程运用的需要。金属材料热处理是金属加工生产中的一个重要工艺环节，在热处理工艺进行中，金属材料经过热处理后残留的应力有时会影响到金属材料的原始形状，这也就是金属材料热处理变形问题。本文对金属材料热处理变形的影响因素做出的分析，并提出具体的控制措施，旨在减少应力对金属材料的负面影响并提高金属材料性能。

关键词：金属材料，热处理，变形，应力，性能

金属材料顾名思义是指具有光泽、延展性、容易导电、传热等性质的材料。金属一般可分为黑色金属、有色金属、特种金属三种。对金属材料进行热处理是旨在对金属原料进行加工的工艺，通过退火、淬火、回火等流程完成对金属材料的热处理工作，通过热处理工艺加工过的金属材料，有着更好的金属性能，利用这些金属材料制作的机械设备，抗磨损能力更高，具有更长的使用寿命。但是在金属材料热处理加工的过程中，不能控制好金属的应力，就会产生金属材料的形变，严重时会让金属材料开裂，进而降低金属的质量。

1、热处理加工工艺对金属材料性能的提升

对金属材料进行热处理加工，可以有效提高金属材料的各项性能。在进行热处理加工时，将金属材料进行多重方式的淬炼，可以减少金属材料中存在的杂质，细化金属颗粒，消除金属材料内应力，从根本上提高金属材料的韧性与强度，有助于其在工业生产中得到更有效的利用，其具体原理是：金属材料在热处理过程中，原子结构受热应力与重力势能的双重作用，原子结构被破坏充足，在加热过程中金属材料得到一定程度的软化，降低了金属材料塑型的难度。而且在热处理过程中，金属材料整体的力学性能得到提升，其抵抗局部塑性形变或抵制表面损伤的能力增强，能够有效减少实际应用中金属材料断裂问题，比如在金属材料超负荷运转时应力过大产生的断裂。从而延长金属材料的使用寿命，有效降低工业生产成本。

2、金属材料在热处理时产生变形的原理

金属材料在热处理时，其内部成分的应力会发生变化，当超越金属材料的临界值，则会导致变形现象的发生。在金属材料热处理加工过程中，金属材料内部的组织成分会发生变化，从而导致金属材料变形的发生。在对金属材料进行热处理时中，金属材料内部成分会出现变化，一些碳化物被析出，这样会减小金属材料的整体体积，同时也会改变金属材料的原始强度，最终引起金属材料变形量提高，金属材料出现变形的问题。对金属材料进行热处理可以提高金属的抗氧化能力，并且提高金属材料的抗磨损能力，利用热处理技术改变金属强度的同时，也会在热处理的过程中提高金属的应力，当应力超出金属材料的屈服强度时，金属就会出现变形。另外在热处理的加工过程中，应力产生的位置也有所不同，不能平衡金属材料中应力的分布，也是造成金属材料热处理时变形。

3、金属材料热处理中造成变形的原因

3.1 、金属材料热处理过程中的冷却方法不当

金属材料热处理过程共分为退火、正火、淬火、回火共四个步骤，在这一过程中，对于冷却技术的要求较高，冷却技术选择错误，容易导致金属材料冷却不均匀问题的出现，不利于金属材料产生拉伸应力，对其后期应用产生不利影响。目前金属材料热处理中主要应用双液淬火与单液淬火两种方式，这两种方式各有其优势及缺陷所在，双液淬火法能够实现金属材料的快速降温，但其淬火效率较慢，而单液淬火法使用于热处理工作量较大的金属材料，但其淬火速度不可控。金属材料热处理过程中对冷却方法的选择不当，影响金属材料的变形有效控制应力，不利于热处理质量的提升，对金属材料的性能提升产生负面影响。

3.2 温度控制不合理

金属材料热处理过程中，对温度控制的要求极高，在各个步骤中对温度控制有着不同的要求，温度控制失衡是造成金属材料热处理变形及开裂问题的主要原因之一。对金属材料加热炉内的温度不重视，未经过精密的温度测量而直接输送金属材料进行热处理，容易造成金属材料质量问题，甚至导致金属材料报废、不能投入使用，热处理温度不当，可造成金属材料的表面硬度降低，其淬透性也会受到不利影响，金属材料不能够适应热应力变形的压力，屈服强度降低，导致金属材料的质量下降。

3.3、热处理过程中残余应力引起金属材料变形

在正常的金属材料热处理过程中，拉应力不会导致变形与开裂问题，但当拉应力与多项应力同时存在，产生对冲关系时，金属材料所承受的总应力大于临界值，残余应力体系导致金属材料变形与开裂问题。或因工作环境存在杂质、热处理使用温度、工作介质与残余应力体系的多重因素作用下，金属材料的抗腐蚀性能与防开裂能力大大降低，诱发开裂敏感性，使金属材料表面的控制裂纹保护膜破裂，出现局部变形现象，影响了金属材料的使用质量与寿命。

4、控制金属材料热处理变形的有效措施

4.1、合理的选用淬火方法确保冷却效果。

在对不同金属材料使用热处理工艺时，应该根据金属材料的不同属性，选择更加适合的淬火方法，比如可根据金属材料的尺寸大小进行考量，结合对原材料的微观原子结构如碳化物数量、合金元素含量、纤维锻造方向及金属材料的应用方向等多种工艺参数进行分析，针对性选择最为合适的冷却处理手段淬火方法，冷却技术选择应用得当，金属材料才能承受应力松弛的影响，避免变形现象的发生。

4.2、合理控制热处理时的温度的

温度是热处理技术中的重要控制环节，对金属材料的加工质量影响最大，在金属材料热处理加工时，比如在淬火处理环节的工作，重点提高淬火处理环节的加工质量，根据金属材料属性的不同，合理的控制温度，科学的选择淬火介质，这样才能让金属材料的应力分布更加均匀，避免局部应力过高而造成的金属材料变形，在退火、正火、回火等其他环节，在对应的热处理过程中，对其加热速度、加热温度、保温时间等各项工艺参数均需严格把控，确保热处理工艺技术科学规范，避免金属材料的变形。

4.3、减少残余应力对金属材料的影响

在金属材料热处理工作前，要注意金属材料本体缺陷的处理，防止因金属材料表面过度粗糙、存在划伤、裂纹等不利因素，导致在淬火过程中因热胀冷缩的作用力而引起变形或开裂，对金属材料进行检测，采用焊接、高温塑变等方式对金属材料进行修复，保证后续热处理工作的稳定由于开展。比如可根据金属材料的不同性质，在其中加入一定比例的合金元素，能够有效优化金属材料抗应力性能，延长金属材料的工作寿命，使其良好适应热处理工艺处理。

结论

金属材料热处理技术能够显著提升金属材料的使用性能，但是在实际加工过程中，由于冷却不当、温度控制不合理、拉应力残留等问题会导致金属材料变形，因此，提高金属材料热处理技术水平能有效提高金属材料的强度及耐久度，从根本上提高金属材料各项性能。

参考文献

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