＊田 景

（山東第一醫(yī)科大學(xué)（山東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院）山東 271000）

前言

金屬材料是工業(yè)生產(chǎn)、社會(huì)生活中不可或缺的重要材料，對(duì)推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展，助科技進(jìn)步，以及提升廣大人民群眾的生活質(zhì)量起到了重要的促進(jìn)作用。隨著技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)金屬材料的性能要求也越來越高，尤其是一些特殊領(lǐng)域的金屬材料應(yīng)用，對(duì)硬度、強(qiáng)度、形狀、耐腐蝕度等都有嚴(yán)格的要求。因此，加強(qiáng)熱處理工藝的改進(jìn)與提升，采取有效的控制措施避免金屬材料的變形就成為當(dāng)前金屬材料加工行業(yè)需要特別重視的問題。本文就金屬材料在熱處理過程中常出現(xiàn)的變形現(xiàn)象以及變形原因進(jìn)行深入分析，并就金屬材料熱處理變形的預(yù)防和控制措施進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述，以供參考。

1.金屬材料熱處理變形的主要原因

隨著工業(yè)化水平的顯著提升，對(duì)金屬零部件的整體性能以及質(zhì)量要求越來越高，金屬材料的加工生產(chǎn)技術(shù)與管理過程也越來越先進(jìn)和完善，但是金屬材料在熱處理中的變形問題一直是影響其質(zhì)量的主要問題，引發(fā)金屬材料變形的原因主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是內(nèi)應(yīng)力塑性變形，金屬材料在熱處理時(shí)首先要加熱至一定的溫度，然后才能進(jìn)行下一步的操作，但是由于工藝、技術(shù)、設(shè)備以及金屬材質(zhì)的原因有可能會(huì)出現(xiàn)加熱不均的情況，就會(huì)導(dǎo)致金屬工件出現(xiàn)變形，而在這個(gè)加工過程中會(huì)產(chǎn)生一定的內(nèi)應(yīng)力[1]。在金屬工件加工處理過程中，溫度的上升與下降會(huì)使得金屬工作處于塑性條件下，在這種條件下就會(huì)因?yàn)闇囟鹊淖兓霈F(xiàn)塑性變形現(xiàn)象。這是因?yàn)闊崦浝淇s的原理會(huì)對(duì)金屬工件產(chǎn)生直接的影響，在業(yè)內(nèi)將這種現(xiàn)象稱之為塑性變形；除了塑性變形之外，還會(huì)出現(xiàn)比容變形現(xiàn)象，金屬工件由于金屬特性的不同，所需要加工的形狀、硬度要求也就有一定的差異。但是在熱處理過程中，不同相的比容會(huì)出現(xiàn)差異，這種差異會(huì)對(duì)工件的尺寸、形狀產(chǎn)生直接的變化，這與金屬本身所含的碳元素含量有關(guān)，當(dāng)金屬工件中的合金元素，或是碳元素處于游離狀態(tài)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)比容變化而導(dǎo)致變形。

2.金屬材料熱處理變形的影響因素

(1)溫度變化造成的影響

所謂熱處理，顧名思義，合適的溫度是進(jìn)行熱處理的重要前提，但同時(shí)，溫度也是導(dǎo)致金屬工作變形的主要影響因素，溫度影響金屬工件變形主要是因?yàn)樵跓崽幚磉^程中，有工件受熱不均勻而發(fā)生的變形，此外，當(dāng)金屬工作在熱處理加工時(shí)溫度降到一定的點(diǎn)時(shí)，被處理的金屬工件高溫強(qiáng)度會(huì)隨著溫度的下降而減少，相應(yīng)的熱應(yīng)力以及組織應(yīng)力也在降低，這種溫度的變化就會(huì)導(dǎo)致金屬工件出現(xiàn)變形現(xiàn)象[2]。

(2)淬火介質(zhì)所造成的影響

金屬材料的材質(zhì)極為豐富，不同的金屬材料在進(jìn)行熱處理加工時(shí)，需要選擇不同的淬火介質(zhì)，在無數(shù)的實(shí)踐中證明了淬火介質(zhì)對(duì)金屬工件變形的影響是顯性的，淬火介質(zhì)的質(zhì)量、介質(zhì)的攪拌方式、介質(zhì)的攪拌速度等對(duì)金屬工件的穩(wěn)定性都有著直接的影響。所以，淬火介質(zhì)的選擇，以及在熱處理過程中科學(xué)、規(guī)范的操作對(duì)于保證金屬工件的質(zhì)量尤為關(guān)鍵[3]。

(3)預(yù)處理造成的影響

金屬材料在熱處理加工之前，必須先經(jīng)過一道預(yù)處理工序，預(yù)處理的主要目的在于最大程度的消除金屬應(yīng)力。當(dāng)前的預(yù)處理形式都是采用正火方式進(jìn)行，但是正火處理方式會(huì)受到場(chǎng)地的限制，而且正火處理多采用堆冷的處理工藝，這種處理方式容易導(dǎo)致加熱爐內(nèi)的金屬材料冷卻不均勻，從而進(jìn)一步導(dǎo)致內(nèi)部組織不均，從而發(fā)生變形現(xiàn)象。除此之外，正火不當(dāng)還會(huì)使金屬材料產(chǎn)生魏氏組織，從而進(jìn)一步增大了熱處理變形的可能性[4]。

(4)作業(yè)人員的影響因素

盡管當(dāng)前對(duì)金屬熱處理工藝的實(shí)施要點(diǎn)與重點(diǎn)做出了明確的規(guī)定與指導(dǎo)，但是在實(shí)際的操作過程中還是會(huì)受人為因素的影響而導(dǎo)致加工過程的不規(guī)范，使金屬工件變形，具體表現(xiàn)在操作過程中沒有嚴(yán)格按照規(guī)范作業(yè)，疏忽大意且責(zé)任心不強(qiáng)，沒有在處理過程中對(duì)金屬工件的變化進(jìn)行密切關(guān)注，對(duì)存在的問題沒能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，也就無法保證最終金屬材料熱處理的質(zhì)量。

3.金屬材料熱處理變形的控制措施

(1)金屬材料熱處理減輕變形的有效原則

在金屬材料的熱處理加工中，為了更好地控制金屬材料的變形，要遵循幾個(gè)原則，一是科學(xué)性原則，科學(xué)性原則是指熱處理方法的科學(xué)性，以科學(xué)的理念與技術(shù)手段為依托，科學(xué)的選擇設(shè)備、原料、淬火介質(zhì)，而不是想當(dāng)然地隨意發(fā)揮，唯有如此，才能將變形質(zhì)量在合理范圍內(nèi)，確保金屬工件發(fā)揮出應(yīng)用的作用；二是實(shí)用性原則，金屬材料屬于不可再生資源，雖然我國地域廣袤資源豐富，但是對(duì)金屬的需求與消耗量極大，所以在熱處理過程中要堅(jiān)持資源節(jié)約最大化利用的原則，減少不必要的浪費(fèi)，這就需要在熱處理過程中密切關(guān)注材料的變化，通過減少變形來實(shí)現(xiàn)資源利用最大化，尤其是在金屬材料的熱處理加工過程中，通過合理有效地使用材料，加強(qiáng)處理中的質(zhì)量控制來實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)，促進(jìn)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)；三是便捷操作原則，金屬材料熱處理方式要盡可能簡(jiǎn)便易操作，這樣能降低復(fù)雜過程的不確定性。同時(shí)，也要優(yōu)化操作流程，盡可能地簡(jiǎn)化熱處理變形控制策略，有序有效地進(jìn)行熱處理工作[5]。

(2)科學(xué)選擇淬火介質(zhì)

淬火是金屬材料熱處理的核心內(nèi)容，淬火介質(zhì)的選擇以及淬火實(shí)施的規(guī)范度會(huì)對(duì)金屬材料變形產(chǎn)生直接的影響。基于此，就需要針對(duì)金屬材料的實(shí)際材質(zhì)，結(jié)合熱處理加工的具體要求，對(duì)淬火介質(zhì)進(jìn)行科學(xué)的選擇，當(dāng)前，淬火介質(zhì)主要有水和油，在淬火操作實(shí)施中要密切關(guān)注水溫與油溫的變化，水溫控制在55℃至65℃間，油溫控制在60℃至80℃之間，溫度控制在合理范圍內(nèi)的同時(shí)，確保金屬材料熱處理質(zhì)量[6]。

(3)科學(xué)選擇冷卻方法

冷卻也是影響金屬材料變形的重要因素，因此，科學(xué)的選擇冷卻方法是保證金屬材料降低變形可能性的重要手段，在金屬材料的熱處理工藝中，要控制好冷卻速度，單介質(zhì)淬火與雙介質(zhì)淬火要分別選擇不同的冷卻形式，以避免淬透性受影響而導(dǎo)致金屬材料在熱處理中變形[7]。

(4)有效加工

熱處理環(huán)節(jié)往往會(huì)牽涉到機(jī)械加工，需要采用夾具進(jìn)行輔助處理加工，在保證淬火合格率的前提下，要注意留有夾具的余量，這樣能有效保證經(jīng)過熱處理后的金屬工作的質(zhì)量；除此之外，為處理金屬材料的變形提供保證，在加工時(shí)，要對(duì)夾具進(jìn)行合理選擇，對(duì)加工作業(yè)人員進(jìn)行相應(yīng)的技能培訓(xùn)，提升其專業(yè)技能水平以及質(zhì)量意識(shí)，對(duì)金屬材料的變形規(guī)律有正確的認(rèn)知，確保其在加工過程中作業(yè)規(guī)范，以降低熱應(yīng)力不均衡而造成金屬材料變形的幾率[8]。

4.結(jié)束語

金屬材料是現(xiàn)代工業(yè)、建筑、農(nóng)業(yè)、船舶制造、國防及科學(xué)技術(shù)等部門使用最廣泛的材料，來源豐富、性能優(yōu)良、品種多、性能各異，能滿足各行各業(yè)不同的要求，但如果金屬材料在熱處理過程中質(zhì)量控制不過關(guān)，導(dǎo)致金屬材料變形以及其它問題的產(chǎn)生，就會(huì)使得所制造的零件不能滿足產(chǎn)品使用要求，或是影響整體的使用，甚至可能會(huì)造成重大的經(jīng)濟(jì)的損失。所以，必須采取有效的控制手段預(yù)防金屬材料在熱處理中發(fā)生變形現(xiàn)象，一是要加強(qiáng)對(duì)熱處理工藝的研究，不同的金屬材料匹配相應(yīng)的熱處理實(shí)施工藝；二是對(duì)熱處理過程進(jìn)行全面的監(jiān)控，確保溫度、時(shí)間、操作規(guī)范；三是加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)人員的專業(yè)技能的提升，確保其技術(shù)水平與質(zhì)量意識(shí)適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展下對(duì)金屬材料生產(chǎn)加工的高要求。除此之外，還要通過合格的檢測(cè)手段，依據(jù)可靠性和適用性的原則選擇合適的方法，準(zhǔn)確獲取金屬材料的成分、組織、性能，從而達(dá)到高效、準(zhǔn)確的檢驗(yàn)?zāi)康?，并在此基礎(chǔ)上通過不同的加工方法，使金屬材料的某些性能獲得進(jìn)一步的改善，從而擴(kuò)大其使用范圍，更好地為人民的生產(chǎn)生活服務(wù)。