常宇 马才华阳让
陕西法士特沃克齿轮有限公司 陕西 西安 713702
摘要：从整体角度分析,在整个金属材料加工中为从根本上改善材料物理性能以及化学性能,满足基本的工艺需求，则需要进行热处理。所谓的热处理是利用相应的方式进行加热、保温以及冷却,以此改变金属材料的内部结构,提高其使用性能,金属热处理过程中容易发生变化,需对其加以预防与改善。
关键词：金属材料;热处理;变形;影响因素;应对措施
一、金属材料热处理变形的影响因素
随着我国工业生产能力快速提升,金属材料在整体应用范围上不断扩大,对不同种类的金属构件进行合理加工已成为行业发展的趋势之一。金属材料热处理变形的表现形式多种多样,在进行热处理的过程中,工件出现变形的概率非常大,影响了材料的整体加工质量。下面笔者将从预处理、温度的测量与控制、冷却方法、淬火介质、残余应力5个方面进行探讨分析。
1.1预处理
在对金属材料进行热处理之前,为了彻底消除应力,一般都需要进行预处理。通常情况下,预处理采用的都是正火处理方式，受场地的限制，正火工艺的冷却过程多为堆叠冷却，由此容易导致加热炉内的金属材料冷却不均匀,进而造成组织不均，当对金属材料进行热处理时,变形则会不一致。除此之外，正火硬度过高、混晶、大量索氏体或魏氏组织等都会进一步增大热处理变形的可能性。
1.2温度的测量与控制
温度是热处理工艺规范中非常重要的工艺参数。若温度测量不准确，热处理工艺规范就得不到有效执行。温度的测量与控制对于保证产品的质量至关重要，其也是影响变形的关键因素。目前,我国针对金属材料热处理工艺的温度控制与检测能力还较为薄弱，无法准确地控制材料热处理过程中温度检测的精度,因而造成了金属材料结构在热处理过程中受到了损坏。此外,金属材料本身各个部分的比容存在一定的差异,因此一旦在热处理过程中,没有科学合理地控制好温度，就会导致比容变形的出现，增加金属材料热处理过程中出现变形的概率。
1.3冷却方法
金属材料热处理过程分为退火、正火、淬火、回火4个步骤。金属淬火后冷却过程会对变形产生一定的影响,是导致金属变形的重要因素之一。在此过程中,冷却技术至关重要。如果冷却方法选择不当，容易发生金属材料冷却不均匀问题,不利于金属材料产生拉伸应力,对其性能的改善将会产生较大的不利影响。
1.4淬火介质
热处理工艺中淬火介质的选择与金属材料的变形有着密不可分的关系。经过实际的操作发现,淬火介质的质量及其搅拌方式、搅拌速度等都会对金属材料的变形造成影响。
1.5残余应力
机械加工过程中会对工件产生一定的挤压、切割等作用，这些作用会改变金属离子的位置和状态,离子之间发生相互作用，从而在金属内部产生应力,这些应力在加工完成之后还.不能完全释放出来,就形成了残余应力。其对工件的形状、尺寸和性能有着极为重要的影响。残余应力的存在,降低了材料的力学性能,缩短了其使用寿命。
二、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中使用等温淬火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控制热处理温度
在金属热处理过程中,由于温度对金属材料变形有着重要影响，所以必须加强对炉内温度的精确控制，以满足热处理工艺的需要。具体方法:(1)提高炉内温度均匀性,特别是保证工件加热阶段的温度均匀性，有助于减小变形。(2)确保不同部位的零件以相同的速度升温,也能有效控制变形。(3)在加热前先进行预热，减少因升温过快而引起的温度分布不均匀,从而避免由此造成的变形。(4)在温度超过Ac3后,温度升高而导致内应力加大,增加了变形的可能性,此时降低工艺温度,缩短热处理时间，都会减少变形量。
2.3运用合理的冷却方法
在金属热处理过程中,冷却方法选择不当易引起金属变形。如果金属热处理冷却速度较快且不均匀,那么处理过程中产生的应力就越大,模具的变形也就更大。因此必须选择合理的冷却方法以减少工件变形。主要方法:(1)对金属材料的尺寸大小进行考量,分析相关工艺参数,选择最适宜的冷却处理方法。(2)现阶段金属材料热处理的冷却方法包含了双液淬火、单液淬火等多种方式，根据不同的热处理要求，科学选择淬火冷却方法，可以提升冷却工作的质量与水平。(3)在保证模具硬度要求的前提下，采用预冷和分级冷却,是减少一些形状较复杂工件变形的有效方法。
2.4科学应用淬火工艺
淬火工艺是金属材料热处理工艺流程中最核心的工序，具有极为重要的作用。如果淬火介质使用不当,就会造成金属材料内部应力的变化失调,最终影响整个材料的结构和形状。故在热处理过程中,应尽可能减少失误,这就要求相关工作人员必须深入探究节能高效、绿色环保的高性能淬火工艺,并加以科学运用。主要方法:(1)在淬火冷却的过程中,必须科学合.理地调节冷却的速度,才能降低材料变形的可能性。(2)采用合适的介质。水和油是较为常用的淬火介质。通常情况下,水温应该控制在55~65C,而油温一般控制在60~80C,同时需提高淬火的速度,以确保最终的冷却效果。研究表明，在同样的条件下，水性介质比油性介质的冷却速度要快一些,水温变化对水性介质冷却特性的影响较大,油性介质相对水性介质淬火后的变形量要相对小，故从长期稳定性方面考虑,应使用油性介质。
2.5减少热处理过程中的残余应力
由于残余应力对工件的形状,尺寸和性能有着极为重要的影响，故应加大研究力度,减少金属材料热处理过程中产生的残余应力。实现方法:(1)根据金属材料的不同性质,在其中添加一定比例的合金元素,不仅能够使金属材料的抗应力性能得到优化，还能延长金属材料的使用寿命,使其更好地适应热处理工艺的要求。(2)金属材料热处理前，需对金属材料本体缺陷进行处理,加大检测力度,如存在表面粗糙、划伤、裂纹等不利因素,应采用焊接、高温塑变等方式对金属材料进行修复,防止其在淬火过程中因热胀冷缩的作用力而引起变形或开裂，为后续的金属材料热处理提供保障。
2.6采用合理的装夹方式
在加热、冷却过程中装夹方式的不同，加工件形状受到的影响也就不同。采用合理的装夹方式不仅能够让工件均匀受热，还能减少因热应力分布不均和组织应力分布不均造成的工件变形。在装夹的过程中,可以根据实际情况改变装夹的方式,通过补偿垫圈、叠加垫圈等实现装夹方式的合理化。
三、结语
综上所述，金属材料热处理变形受多种因素影响,每种因素变化都会或多或少地影响其变形度。因此,在选择热处理变形的控制方法时应具体问题具体分析,因地制宜,因时制宜，通过改进热处理工艺技术,采用科学合理的方式,才能确保在整个热处理过程中有效地控制应力对材料变形造成的影响,.保证热处理产品的质量和合格率。
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