金屬材料熱處理變形問(wèn)題與開(kāi)裂問(wèn)題的解決方案探究

李 磊

（新余鋼鐵集團(tuán)股份有限公司，江西 新余 338000）

金屬材料熱處理就是改變固態(tài)金屬的形態(tài)，按照其特定的工藝制造需求進(jìn)行加熱、保溫或者冷卻，同時(shí)還需要在機(jī)械以及化學(xué)作用下，改變金屬材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及性能，從而保證所生產(chǎn)的金屬產(chǎn)品能夠符合制造要求。

1 金屬材料熱處理工藝的優(yōu)點(diǎn)

為有效提升金屬材料的各項(xiàng)性能，需要給予熱處理加工，從而在多重方式的淬煉下，最大化降低金屬材料中出現(xiàn)的網(wǎng)狀碳化物等相關(guān)雜質(zhì)，同時(shí)也能夠?qū)饘兕w粒進(jìn)行細(xì)化，進(jìn)而將金屬材料的內(nèi)應(yīng)力消除徹底，最大化提升金屬材料的強(qiáng)度以及韌性，保證金屬材料能夠更好的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。同時(shí)金屬材料熱處理能夠幫助金屬材料塑型，原子結(jié)構(gòu)在受到熱應(yīng)力以及重力勢(shì)能的作用下，其原子結(jié)構(gòu)就會(huì)被破壞，從而減弱了金屬材料的塑型難度。在工程生產(chǎn)上，就可以根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，對(duì)金屬材料實(shí)施再塑型，從而將其應(yīng)用于精密細(xì)致的機(jī)械零件加工中。此外，金屬材料熱處理具有延長(zhǎng)金屬材料使用壽命的特點(diǎn)，且能夠全面提升金屬材料的力學(xué)性能，從而避免金屬材料出現(xiàn)表面損傷或者局部塑性形變，以及金屬材料斷裂現(xiàn)象。并且熱處理能夠最大化減少應(yīng)金屬材料負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)的其他問(wèn)題，基于此，金屬材料的整體使用壽命也會(huì)有所延長(zhǎng)，工業(yè)生產(chǎn)成本減少，保證各企業(yè)獲得更多的經(jīng)濟(jì)收益[1]。

2 熱處理變形開(kāi)裂的原因

在對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理時(shí)，會(huì)因尺寸以及形狀改變導(dǎo)致出現(xiàn)變形現(xiàn)象，而導(dǎo)致此種現(xiàn)象的主要原因就是金屬材料熱處理時(shí)工件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力可以分為組織應(yīng)力以及熱應(yīng)力，兩種應(yīng)力共同作用就會(huì)導(dǎo)致金屬材料工件變硬，如果作用力超過(guò)應(yīng)力變形極限，就會(huì)導(dǎo)致金屬材料出現(xiàn)永久變形。

2.1 熱處理原因

在對(duì)金屬材料進(jìn)行熱處理時(shí)，可以采用冷卻以及加熱兩種方式，在熱處理操作時(shí)，金屬材料會(huì)因熱脹冷縮造成體積變化。金屬材料工件如果處于淬火溫度時(shí)，工件屈服強(qiáng)度就會(huì)有所降低，塑性提升，當(dāng)內(nèi)應(yīng)力大于屈服強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致金屬材料出現(xiàn)塑性變形[2]。

2.2 組織應(yīng)力原因

金屬材料工件組織應(yīng)力中，切向應(yīng)力較軸向應(yīng)力大，且與金屬工件的表層較為接近。金屬工件的表面會(huì)受到拉應(yīng)力作用，而其內(nèi)部主要受到壓應(yīng)力作用。組織應(yīng)力在淬火過(guò)程中，會(huì)有形變以及開(kāi)裂現(xiàn)象出現(xiàn)，造成此種現(xiàn)象的主要原因就是熱處理操作時(shí)會(huì)受到組織應(yīng)力以及熱應(yīng)力的作用。此外，金屬材料在熱處理過(guò)程中，會(huì)受到組織應(yīng)力影響外，還會(huì)受到金屬材料的介質(zhì)、冷卻速度以及成分、形狀的影響[3]。

3 金屬熱處理變形與開(kāi)裂的解決方案

3.1 金屬鋼材

在制造金屬工件過(guò)程中，需要依據(jù)熱處理效果選用。一般情況下，高淬透性合金鋼以及碳鋼、微變形剛較為常用。高淬透性合金鋼多應(yīng)用于大截面尺寸以及形狀較為復(fù)雜的工藝中，而微變形剛多用于形狀復(fù)雜且有較高輕度要求的金屬工件制造中。合金鋼多用于例如Cr12MnV易淬裂以及變形的工件中。

3.2 對(duì)加熱溫度進(jìn)行控制

在熱處理過(guò)程中，需要根據(jù)合金材料淬透性的不同，選擇低溫淬火溫度，從而有效提升工件的淬硬效果。對(duì)于高彈合金鋼制造的工件，需要根據(jù)工件的不同，適當(dāng)調(diào)高淬火溫度，從而保證MS點(diǎn)殘留的奧氏體量得以降低。例如針對(duì)于Cr12MoV合金，其屬于高硬度工件模具，在制造過(guò)程中，為避免有弧形裂紋出現(xiàn)，需要選擇1040℃的淬火溫度。

3.3 冷卻方式

在合金工件的熱處理中，最為重要的生產(chǎn)工藝就是淬火冷卻，因其會(huì)直接對(duì)工件的質(zhì)量產(chǎn)生影響。在淬火工藝上，需要選擇用熱油以及冷油，相比而言，在淬火時(shí)，熱油對(duì)工件變形的影響會(huì)較冷油小，且溫度多在80℃~120℃之間即可。此外，熱處理過(guò)程中的淬火攪拌形式以及攪拌的速度會(huì)直接影響變形的程度。對(duì)于金屬而言，其冷卻速度較快，但是卻不均勻，由此，會(huì)有很大的應(yīng)力出現(xiàn)，從而變形以及開(kāi)裂的幾率會(huì)更大。

例如，在冷處理方式選擇時(shí)，需要考慮金屬材料的尺寸以及大小，同時(shí)與原材料的微觀原子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，例如表1，為某工程熱處理工作的金屬材料尺寸。

表1 某工程熱處理工作的金屬材料尺寸

3.4 對(duì)鍛造以及預(yù)熱處理進(jìn)行控制

合金工件淬火前期，如果給予適當(dāng)?shù)奶幚?，就?huì)在很大程度上減少變形的影響。例如，某些高碳工具鋼制造工件，在熱處理過(guò)程中，需要確保制造淬火以及鍛造工藝的合理性，從而最大限度減少金屬材料中出現(xiàn)的網(wǎng)狀碳化物以及偏析均勻現(xiàn)象。

而對(duì)于一些制造標(biāo)準(zhǔn)較高的工件，就需要做好應(yīng)力退火、正火以及調(diào)試處理工作，從而有效降低熱處理過(guò)程中出現(xiàn)的工件表面開(kāi)裂以及合金變形現(xiàn)象。在淬火冷卻時(shí)，需要重點(diǎn)選好介質(zhì)，水和油是重要介質(zhì)。需要將水溫控制在550℃~650℃之間，從而提升冷卻速度。冷卻速度高，在200℃~300℃之間，冷卻速度下降快，會(huì)導(dǎo)致金屬變形。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合上述分析可知，在金屬材料關(guān)鍵件以及重要件的制造過(guò)程中，需要給予熱處理工操作，而熱處理也是元件制造的重要組成部分。元器件的構(gòu)造材料不同，也會(huì)對(duì)熱處理金屬結(jié)構(gòu)有不同的影響。部分器件在熱處理時(shí)，會(huì)有開(kāi)裂以及變形等情況出現(xiàn)，嚴(yán)重影響工件的整體質(zhì)量。

由此，在對(duì)金屬器件實(shí)施熱處理過(guò)程中，還需要嚴(yán)格把守質(zhì)量關(guān)，從而最大限度降低廢品率，避免有開(kāi)裂現(xiàn)象出現(xiàn)。與此同時(shí)，對(duì)于熱處理工藝的研究人員也需要不斷提升自身的綜合素養(yǎng)，從而不斷創(chuàng)新，對(duì)金屬材料熱力學(xué)性能進(jìn)行全面分析，進(jìn)而采取有效的措施避免熱處理變形現(xiàn)象出現(xiàn)，促使元件熱處理質(zhì)量獲得質(zhì)的提升。