金屬材料熱處理變形及開裂問題研究

李懷宇

摘 要：與傳統(tǒng)金屬材料相比，金屬復(fù)合材料具有重量輕、延展性好等優(yōu)點。金屬復(fù)合材料也廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造企業(yè)。機(jī)械制造企業(yè)在實際產(chǎn)品制造過程中使用金屬復(fù)合材料可以有效地延長機(jī)械產(chǎn)品的使用壽命，但在金屬復(fù)合材料的應(yīng)用中還存在許多問題。金屬復(fù)合材料的應(yīng)用對操作熟練程度和生產(chǎn)環(huán)境提出了更高的要求。金屬材料不規(guī)范的熱處理環(huán)境也容易導(dǎo)致材料變形。企業(yè)必須重視金屬材料的熱處理工藝，避免機(jī)械制造過程中對金屬材料質(zhì)量的影響。

關(guān)鍵詞：金屬材料;熱處理;變形;開裂問題;措施

1金屬材料性能與熱處理技術(shù)的關(guān)系

1.1金屬耐久性與熱處理應(yīng)力

在應(yīng)用過程中，如果金屬材料在較長的時間內(nèi)持續(xù)遭受外力，或者在較長的時間內(nèi)處于易腐蝕的環(huán)境中，就會有開裂或者其他變化產(chǎn)生，所以研究金屬耐久性與熱處理應(yīng)力之間的關(guān)系非常有意義。在實際熱處理金屬材料時，熱處理應(yīng)力及大小會對金屬材料自身的耐久性產(chǎn)生很大影響，在這種條件下，只有盡量縮小各種熱處理剩余應(yīng)力對金屬材料的影響，才能使金屬材料的質(zhì)量和耐久性得到更好的提升。

1.2金屬材料疲勞性與熱處理溫度

在加工處理金屬材料時，科學(xué)利用整體加工過程與熱處理技術(shù)，可以在很大程度上提升金屬產(chǎn)品的性能以及質(zhì)量。在實際加工過程中，一旦在短時間快速冷卻，金屬材料可能因為受到過大的應(yīng)力而出現(xiàn)斷裂情況。為有效預(yù)防這類現(xiàn)象，在加工金屬材料時工作人員應(yīng)合理控制熱處理溫度，在合理范圍內(nèi)不斷調(diào)整溫度、找出溫度的最佳值，使金屬材料擁有更好的疲勞性。

2影響熱處理變形的因素及優(yōu)化措施

2.1影響熱處理變形的因素

在實際工業(yè)生產(chǎn)中，采用了淬火、正火、回火、退火等多種熱處理工藝。熱作用是它們共同的基本過程，由加熱、保溫和冷卻三個階段組成。在實踐中，整個過程可以用熱處理周期、保溫時間、冷卻速度、加熱速度、加熱溫度和保溫時間等參數(shù)來描述。在熱處理過程中，需要使用各種類型的加熱爐。這些化學(xué)熱處理爐（如回火、淬火、基本熱處理退火、除氧、滲鋁、脫氫或鉻、氨、滲碳等）也進(jìn)行了關(guān)鍵的技術(shù)熱處理工作。因此，在熱處理過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制爐內(nèi)溫度，重視溫度測量。

在熱處理工藝的相關(guān)規(guī)范中，對溫度的要求非常嚴(yán)格。如果溫度測量精度不夠，就不能保證熱處理工藝規(guī)范的有效實施，這將在不同程度上降低產(chǎn)品質(zhì)量。準(zhǔn)確的溫度測量和控制可以有效地保證熱處理過程的質(zhì)量，減少金屬材料的變形。

2.2減少熱處理變形的措施

2.2.1保證加熱順序和冷卻順序的合理性

根據(jù)不同零件的結(jié)構(gòu)特點，有針對性地規(guī)劃零件的熱處理順序，可以在一定程度上減小熱處理變形，抵消各零件熱處理在相互作用下產(chǎn)生的變形，最終達(dá)到減小變形的目的。

2.2.2準(zhǔn)備熱處理

高正火硬度、魏氏組織、大量索氏體或混晶會改善鍛件內(nèi)孔的變形，可采用等溫淬火或控溫正火處理。

2.2.3采用合理的冷卻方式

在影響變形的各種因素中，金屬淬火后的冷卻過程也非常重要。與冷油淬火相比，熱油淬火能更有效地控制變形，一般采用100℃±20℃時的溫度℃.由于油的冷卻能力，變形也會發(fā)生變化，淬火油的混合速度和方式也會影響變形。金屬熱處理冷卻速度較快。如果冷卻不均勻，就會產(chǎn)生與冷卻不均勻成正比的應(yīng)力，產(chǎn)品變形更嚴(yán)重。

2.2.4選擇合適的介質(zhì)

在滿足產(chǎn)品硬度要求的前提下，合理使用油基介質(zhì)。相關(guān)研究表明，在相同條件下，油基介質(zhì)需要較長的冷卻時間，而水基介質(zhì)的冷卻時間相對較短。而且，與油基介質(zhì)相比，水基介質(zhì)的冷卻特性更容易受到水溫變化的影響。在相同的熱處理條件下，油基介質(zhì)淬火后的變形小于水基介質(zhì)。

2.2.5采用機(jī)械化加工技術(shù)

金屬材料熱處理加工過程要求較高的規(guī)范性，因此機(jī)械制造企業(yè)可以采用機(jī)械化加工技術(shù)處理其中較為簡單的環(huán)節(jié)，進(jìn)一步提高操作工藝的規(guī)范性。建筑企業(yè)也能夠?qū)⒏嗟娜肆εc物力投入到金屬材料的性能分析環(huán)節(jié)。同時，技術(shù)人員進(jìn)行熱處理加工過程要作出余量預(yù)留，為變形預(yù)留一定范圍，減小金屬材料變形最終造成的影響。

3熱處理工藝及技術(shù)

3.1常用的熱處理工藝

金屬熱處理的一般工藝包括退火、正火、淬火和回火。退火是將材料加熱到能引起內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的臨界溫度，然后用爐冷卻。正火也是一個類似的過程，但是正火的冷卻是在空氣中進(jìn)行的，這樣可以縮短冷卻時間，達(dá)到更高的生產(chǎn)效率。淬火不同于退火和正火。它需要將被加熱的材料保持一定的時間，然后盡快用油或水冷卻。用這種方法加工的金屬具有較高的硬度和脆性，在金屬材料中會形成淬火應(yīng)力，導(dǎo)致金屬開裂。因此，在實際應(yīng)用中，應(yīng)與回火處理相協(xié)調(diào)?；鼗鹗菍⒋慊鸷蟮慕饘僦匦录訜岬脚R界溫度，然后用空氣冷卻。

3.2特殊熱處理工藝

（1）激光熱處理技術(shù)。近年來，激光以其穿透力強(qiáng)、亮度高等優(yōu)點得到了廣泛的應(yīng)用。在金屬熱處理技術(shù)中，在處理一些硬度較高的金屬材料時，利用激光技術(shù)可以很好地完成相應(yīng)的工作。在實際應(yīng)用中，人們大多借助計算機(jī)對激光熱處理過程進(jìn)行控制，使其具有較高的自動化程度，有效地提高了處理效率。

（2）真空熱處理技術(shù)。在金屬材料的處理中，真空熱處理技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。它主要是通過真空環(huán)境對金屬進(jìn)行熱處理，效率高，因此在節(jié)約時間和成本方面具有優(yōu)勢。另外，利用該技術(shù)可以有效控制加工過程中的有毒廢氣，具有良好的環(huán)保效果。

（3）薄層滲透化學(xué)處理技術(shù)。該技術(shù)是利用化學(xué)處理對金屬材料進(jìn)行加工，從而對金屬材料進(jìn)行薄層滲透，使材料具有較高的韌性。由于該技術(shù)只能完成對材料表面薄層的滲透，不僅可以提高金屬材料的性能，而且可以提高處理效率。

（4）超硬涂層技術(shù)。在當(dāng)前金屬材料的熱處理中，超硬涂層技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。采用該技術(shù)可以在很大程度上提高金屬表面的硬度，延長材料的使用壽命。另外，該技術(shù)可以使材料具有更高的綜合性能，從而優(yōu)化材料的利用效果。目前，超硬涂層技術(shù)的應(yīng)用需要計算機(jī)的輔助。該技術(shù)對材料加工過程有較好的監(jiān)控效果，能有效提高最終加工效果。

（5）利用CAD（ComputerAidedDesign，計算機(jī)輔助設(shè)計）進(jìn)行的熱處理。這種金屬熱處理技術(shù)在現(xiàn)階段也較為先進(jìn)，能夠?qū)⒔饘贌崽幚磉^程通過計算機(jī)進(jìn)行仿真模擬，通過現(xiàn)代智能的方法來取得熱處理的效果。這種金屬熱處理過程能夠科學(xué)地預(yù)見最終的結(jié)果，并且對過程中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析、技術(shù)處理，能夠避免很多不必要的麻煩。

（6）振動時效處理工藝。這種工藝主要是運用振動的原理來開展金屬材料熱處理。在處理完成后會明顯提高金屬材料的穩(wěn)定性，同時有效避免材料變形的情況。

結(jié)論

金屬材料的熱處理工藝可以有效地提高金屬材料的性能，社會各界對金屬材料熱處理工藝的重視程度也在不斷提高。機(jī)械制造企業(yè)應(yīng)合理控制金屬材料熱處理的各個環(huán)節(jié)，了解金屬材料熱處理變形的影響因素，采取合理措施控制金屬材料熱處理變形，從而提高工藝材料熱處理操作工藝的使用質(zhì)量。

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