金属材料热处理变形的影响因素与控制策略研究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 23 日 作者简介：张明星（1979），男，汉族，辽宁抚顺人，本科，助理工程师，研究方向为金属热处理在机械零部件制造中的应用及改善。-125-金属材料热处理变形的影响因素与控制策略研究 张明星 大连柴田精密机械有限公司，辽宁 大连 116600 摘要：摘要：热处理技术是提升金属材料性能的关键手段，通过严格控制热处理过程中的各项工序，可以大大降低金属材料热处理变形的可能性，从而为企业节约成本，提升企业的经济效益，为企业的长期发展奠定坚实的基础。随着时代的进步，城市建设和工业生产对金属材料的要求越来越高，要求它们具有更好的强度和耐久性，金属加工企业必须拥有更先进的技术，以满足市场的需求。因此，提升金属材料热处理技术水平显得尤为重要，这不仅是企业在未来市场中必须面对的挑战，也是其首要任务。关键词：关键词：金属材料；热处理变形；影响因素 中图分类号：中图分类号：TG659 0 引言 热处理技术在当今金属加工领域中起着至关重要的作用，它不仅可以显著改善金属材料的力学性能和耐磨性，而且还可以有效地延长其使用寿命，从而满足不同应用场景的需求。金属材料热处理技术的发展至关重要，由于各种原因，金属材料在热处理过程中会发生变形，这会严重损害材料的性能和使用寿命。为了解决这个问题，金属材料热处理技术人员需要综合考虑各种因素，制定出有效的控制策略，以最大限度地减少金属材料变形的可能性，提高材料的整体质量，从而推动我国工业的持续发展和进步。1 相关理论概述 1.1 金属热处理概念 通过金属热处理技术，可以有效提高金属的纯度，并且必须严格按照工序要求，确保金属始终处于稳定状态，以满足质量和性能的提升要求。金属热处理技术可以分为化学热处理、整体热处理和表面热处理三种，它们都可以有效地改善金属的性能，从而达到更高的使用效果。根据冷却方式、加热介质和加热温度的不同，热处理工艺可以细分为多种类型，每种工艺都能够产生不同的组织结构，从而使金属具有更优异的性能。钢铁是工业中最常用的金属之一，它的显微组织相对复杂，因此热处理工艺在钢铁中的应用非常广泛。在我国，钢铁冶金行业中，这种工艺得到了广泛应用。1.2 金属热处理优势 传统的开发方法往往会导致金属处于半加工或未加工的状态，这种状态会使金属的化学和物理性质受到内部杂质的影响，从而导致金属的不稳定性。为了解决这个问题，采用热处理技术可以有效提高金属的纯度，同时保证其实际使用效能和整体质量。技术在材料生产加工过程中的应用价值显而易见，它不仅可以调整金属表面的化学成分，还可以通过回火、正火等热处理手段，有效地改变金属的整体形态，实现对金属内在质量的优化。在完成退火工艺处理后，为了提高金属元件的可塑性能，需要将其加热至一定温度，然后冷却，以便调整硬度。此外，正火技术的应用可以对组织结构进行细化处理，具有良好的切削性能，为金属元件的使用和加工提供可靠的支持1。2 减少金属材料热处理变形应遵循的原则 2.1 科学性原则 为了有效降低金属材料在热处理过程中的变形，应当采取有效的措施，确保管理方法的科学性，加强技术人员的专业能力，并大力引进先进的技术与设备，同时，各有关部门应当加强对技术人员的培训，以确保操作流程的规范化与科学化。通过精心设计的热处理方案，可以有效地抑制金属材料的变形，实现其最佳的加工性能2。中国科技期刊数据库 工业 A-126-2.2 实用性原则 金属材料是一种不可再生的资源，因此，在使用过程中，应当加强对其可持续开发的重视，尽量减少不必要的资源消耗，同时，应当注意减少变形，有效利用资源，保护环境，为社会的可持续发展奠定良好基础。此外，还应当遵循实用性原则，加强金属材料热处理中的质量控制，以节约有效利用材料。2.3 易操作原则 在金属材料的热处理中，应当科学地改善其变形性能，精确地进行加工，以减少热处理过程中出现的故障率，有效地抑制外界因素对变形控制的不利影响3。3 金属材料热处理变形的影响因素 3.1 预处理影响 通过正火处理法，金属材料可以有效地去除其内部应力，从而避免变形。这种方法的优势在于，它能够有效地消除残余应力，从而提高材料的强度和耐久性。然而，正火处理法在实际应用中可能会受到一些外界因素的影响，例如：内外温度差异过大，导致冷热不均，从而改变金属材料的内部结构，甚至出现变形。此外，技术人员在正火处理过程中，如果出现操作失误，也可能会增加金属材料热处理变形的风险。3.2 冷却影响 当金属材料经过热处理时，由于它们受到高温的影响，它们本身的特性会使它们在低温下回火，这样就会导致它们的形状和尺寸发生改变。在冷却阶段，由于冷热不平衡，这些改变可能会更加明显。为了提高金属材料的性能，技术人员应该对冷处理和热处理技术进行改进，以确保在加工过程中不会破坏其内部结构，同时还可以通过马氏体和奥氏体的交替作用，使得金属中的碳化物得到析出，从而改善其变形特性，最终达到提高金属材料质量的目的。3.3 淬火影响 淬火是金属加工过程中不可或缺的一环，它的质量直接影响到热处理的效果。此外，淬火还会对金属材料的变形产生重要影响，因此，在淬火介质中冷却金属材料，可以显著提高其特性。在选择淬火介质时，技术人员应当科学严谨，并且在淬火过程中要不断地进行搅拌，以确保金属材料的热处理加工质量，同时要严格控制搅拌的速度和方式。3.4 应力影响 在金属材料的热处理过程中，由于它们的内部结构和比容等特性的差异，可能会导致温度分布不均。这通常是由于冷却温度、湿度和高温加热等因素的影响，从而使得金属材料发生变形。随着温度的变化，材料内部产生了不同的力，并与外界的压力形成抵抗。由于当前金属材料内部构造的差异，它们对外界压力的反应也不尽相同，导致金属材料发生了一定程度的形变，使得在冷却过程中无法恢复其原有的形状，导致热处理加工质量无法达到实际的要求4。4 金属材料热处理变形的控制策略 4.1 做好预先热处理工作 为了有效减少金属材料在热处理过程中出现的变形量，应该加强预处理环节的设置，以确保正火操作的科学性和合理性，减少材料内部应力变化对热处理结果的影响。经过分析，正火处理可以有效地保证金属材料内部组织的均匀性，而温淬火处理则可以充分利用这一优势，从而达到有效控制变形的目的。为了确保正火处理的质量，技术人员应该结合金属材料的类型和特性，采用合理的退火工艺，以减少温度梯度带来的不利影响，从而有效提升热处理质量，进而提高金属材料处理水平。4.2 对热处理温度进行有效控制 在进行金属材料热处理时，由于温度的变化，可能会导致变形程度的显著改变，因此，为了确保热处理质量，必须加强炉内温度的控制，以确保工艺要求的实现。首先，应确保炉内温度均匀，并加强对加热阶段温度控制的重视；其次，技术人员应确保零件不同位置的升温速度一致，以便为变形控制奠定坚实基础；再次，应全面落实金属零件加热前的预热工作，以免受到温度升高速度过快等因素的影响，导致金属材料变形；最后，如果热处理环节的温度超过 Ac3，应采取有效措施，以确保工件变形的控制。为了有效减少金属材料内部应力的变化，应该合理调整热处理时间，以降低工艺温度，从而避免出现变形现象5。4.3 科学选择冷却方法 中国科技期刊数据库 工业 A-127-在热处理金属材料的过程中，冷却处理技术至关重要，一旦出现任何问题，将会严重影响材料的性能，甚至会引发变形。因此，必须由专业的技术人员来精心挑选最佳的冷却方法，以确保热处理的质量和效果。淬火冷却方式有四种，分别是分级式、单介质式、等温淬火和双液淬火。分级式淬火冷却方式最大的优势在于，它可以有效降低金属材料的应力，提升金属材料内部的组织结构质量，并且可以最大限度地减少变形概率。在使用分级式淬火冷却方式时，技术人员需要特别注意，以免出现不良后果，影响最终的产品质量和性能。在冷却金属材料的过程中，技术人员需要添加一些特定的碱性溶剂或盐类物质来促进冷却效果。单介质冷却法的独特之处在于它能够快速冷却金属，这样就能够显著提高冷却效果。然而，这种冷却方法也存在一些缺陷，例如冷却时间较长，成本也比较昂贵。因此，在使用这种冷却方法的过程中，技术人员应该密切关注冷却情况，并采取措施避免变形。等温淬火冷却法是一种非常有效的冷却工艺，它能够有效地冷却一些具有更高精确度的金属材料，由于冷却时间较长，在使用这种冷却方法之前，技术人员必须充分了解它的特点，并且要注意它的成本。双液淬火冷却法是一种有效的金属材料加工方法，它能够有效地解决金属材料的变形问题，特别适用于组织结构较为复杂的金属材料。在使用这种淬火冷却方式时，需要进行预处理，以确保最终的加工质量。淬火冷却是一种常见的加工技术，它有着各自独特的优势和注意事项。因此，技术人员应根据实际情况选择最合适的淬火冷却方式，以确保金属材料的加工质量。此外，还应根据金属材料的特性，采取适当的热处理方式，以提高加工效率和质量。通过这项改革，我国金属加工行业的效率和质量得到了显著提高。4.4 提高淬火工艺应用过程中的有效性 淬火工艺对于金属材料的热处理至关重要，是不可或缺的一步。因此，技术人员应该加强对淬火介质的选择，以确保其具有高效、环保的特性，以避免由于缺乏适用性和合理性而导致金属材料内部应力无法调整，从而影响材料的结构和实际应用性能。首先，在淬火冷却过程中，为了确保金属材料的变形，必须严格控制冷却速度，以确保温度的均匀性。其次，在淬火介质的选择上，一般会采用水或油，其中，水的温度一般要求在 5565之间，而油的温度则要求在6080之间。通过对比分析发现，在相同的环境条件下，水性介质的冷却速度更快，但是会受到水温的显著影响，而油性介质的变形量更小，具有更高的长期稳定性6。4.5 减少金属材料热处理时产生的残余应力 热处理过程中残余应力的存在会对工件的性能和形状产生重大影响，因此，相关部门和技术人员应该加强对残余应力的研究和分析，以确保金属材料在热处理过程中不会产生过多的应力。首先，为了提升金属材料的抗应力性能，根据其实际特点和性质，可以适当添加金属元素，从而延长其使用寿命；其次，在进行金属材料热处理之前，应当对其存在的缺陷进行有效的处理，如检测裂纹、粗糙度等，以确保热处理工艺的完整性。如果发现这种缺陷，应该使用焊接和高温塑性处理等技术来进行修复，以防止在热胀冷缩的作用下出现变形7。4.6 提高对机械加工环节的重视 热处理是金属加工过程中不可或缺的一步，它可以帮助材料获得更好的性能和结构。在某些情况下，热处理可以作为最后一步来完成，但在其他情况下，它可以作为中间步骤来完成。因此，技术人员需要根据不同材料的性质和特点来选择合适的热处理工艺。在实际的机械加工处理环节，由于余量的明确性，可以有效地预留加工余量，以达到调整变形的目的。此外，在金属材料热处理完成后，如果存在必要的二次加工，可以通过分析材料变形规律，有效利用反变形措施，从而有效避免材料变形，提高材料的质量和合格率8。4.7 保证零件结构配置的合理性 金属零件的结构对其在热处理和冷却过程中的变形有着重要的影响，厚度越高的部分冷却速度越慢，而厚度越薄的部分冷却速度越快，因此，在实际生产中，应尽可能减少薄厚之间的差距，以有效控制变形和裂纹。为了避免在过渡区产生集中的应力，零件接口必须保持均匀性。除了控制不均匀冷却速度造成的变形，为了使零中国科技期刊数据库 工业 A-128-件的结构与材料成本相适应，在设计时应尽量避免形成角和槽，并在精细边界上安装圆角，以起到过渡的作用。此外，对于一些不均匀程度较大的零件，可以通过保留处理量来有效处理，以达到最佳的性能和使用寿命。5 结论 总的来说，为了确保金属材料的热处理质量达到最佳水平，应当充分考虑热处理变形的影响因素，采取多种措施，如淬火、冷却和加工等，以提升材料的抗变形能力，并且使其符合相关标准。为了减少热应力对产品质量的不利影响，必须确保整个热处理过程的温度均衡且稳定，这样才能够有效地提高工件的变形性能。参考文献 1沙慧丽.金属材料热处理变形的影响因素分析及应对J.世界有色金属,2022(23):7-9.2李晋.金属材料热处理变形的影响因素及控制策略J.现代盐化工,2022(001):049.3邓招禄.金属材料热处理变形的影响因素及控制策略初探J.中国金属通报,2022(23):222-224.4王存邦.金属材料热处理变形的影响因素和控制策略浅述J.中文科技期刊数据库(全文版)工程技术,2021(10):3.5默雄.金属材料热处理变形的影响因素和控制策略探究J.中国金属通报,2021(018).6许鑫龙.金属材料热处理变形的影响因素分析与应对措施J.中国金属通报,2021(012).7王彦聪.浅谈金属材料热处理变形的影响因素与控制J.中国科技期刊数据库 工业 A,2021(4):149-149.8张振.探究金属材料热处理变形的影响因素与控制J.中国科技期刊数据库工业 A,2021(2):1.