金属材料热处理变形问题及开裂问题的解决措施研究

金属材料热处理变形问题及开裂问题的解决措施研究

李蒙

摘要:近年来,在工业生产蓬勃发展的影响下,各行各业对金属材料的需求量愈来愈大,金属材料广泛应用于机械设备的制造方面。利用热处理技术进行金属材料深加工,能够提升金属材料性能,保证其稳定性。本文将针对金属材料热处理变形及开裂问题进行研究。

关键词:金属材料;热处理工艺;变形及开裂

引言

金属材料热处理就是改变固态金属的形态,按照其特定的工艺制造需求进行加热、保温或者冷却，同时还需要在机械以及化学作用下,改变金属材料的内部结构以及性能,从而保证所生产的金属产品能够符合制造要求。热处理工艺可以以多重方式淬炼金属材料，减少网状碳化物等杂质含量，消除内应力缺陷，促进金属材料自身强度以及韧性水平的提升，因而被广泛应用于深加工环节中。但目前技术条件支持下，热处理环节中金属材料仍然存在变形甚至开裂的可能性，必然对其使用以及相关功能的拓展产生不良影响。如何解决变形、开裂问题，提高热处理工艺的安全性与稳定性，这一问题备受业内重视。

1.金属材料热处理变形、开裂影响因素

为有效提升金属材料的各项性能，需要给予热处理加工，从而在多重方式的淬炼下，最大化降低金属材料中出现的网状碳化物等相关杂质，同时也能够对金属颗粒进行细化，进而将金属材料的内应力消除彻底，最大化提升金属材料的强度以及韧性，保证金属材料能够更好的应用于工业生产中。同时金属材料热处理能够帮助金属材料塑型，原子结构在受到热应力以及重力势能的作用下，其原子结构就会被破坏，从而减弱了金属材料的塑型难度。在工程生产上，就可以根据实际生产情况，对金属材料实施再塑型，从而将其应用于精密细致的机械零件加工中。此外，金属材料热处理具有延长金属材料使用寿命的特点，且能够全面提升金属材料的力学性能，从而避免金属材料出现表面损伤或者局部塑性形变，以及金属材料断裂现象。并且热处理能够最大化减少应金属材料负荷运转出现的其他问题，基于此，金属材料的整体使用寿命也会有所延长，工业生产成本减少，保证各企业获得更多的经济收益。第一是冷处理工艺与时效。金属材料前期冷处理过程当中有残留奧氏体→马氏体的转化反应，会在一定程度上增加金属材料体积。同时，受到低温回火工艺及其时效的影响，一方面可能因应力松弛机制导致金属材料产生畸变，另一方面可能因马氏体转化分解以及大量碳化物分解析出导致金属材料体积下降。第二是原始组织与应力状态。原始组织对金属材料体积及其完整性的影响集中表现在热处理淬火环节前，主要通过碳化物数量、锻造所致纤维方向、以及合金元素偏析这几种机制实现。通常可以依赖于调质处理的方式降低金属材料变形量绝对值，使淬火工艺所致材料变形更加规律，以达到合理控制变形的效果。在此基础之上，化学热处理对改善材料表层性能有重要意义，但受到处理层深度局限的因素影响，为尽可能发挥渗透层作用，在化学热处理基础之上仅可进行磨削加工，进而导致变形矫正的难度增加，控制效果有所折扣。

2.金属材料热处理变形、开裂解决措施

第一是做好前期预处理工作。热处理前期正火、退火等工艺都会在不同程度上影响金属材料最终变形量。以正火处理为例，温度升高导致材料内部变形量增加。因此，热处理天气应当对正火处理温度进行严格控制，强化内部结构均匀性。同时，考虑到前文所提到的冷处理工艺及其时效会对热处理变形、开裂问题产生重要影响，因此必须将对冷却技术的选择作为控制重点。相关人员可以基于对金属材料尺寸参数的评估，结合金属原材料碳化物数量、纤维锻造方向、以及合金元素含量等多项指标，选择最佳冷却工艺与手段。

第二是做好淬火处理工艺。淬火环节中，温度、介质等关键指标的选择都于金属材料内部应力存在密切关联性,若选择不当就会导致内部变形、开裂问题的产生。因此。从淬火速度的控制上来说，需要充分结合淬火介质进行选择，以确保冷却均匀,预防变形开裂。目前技术条件支持下，金属材料热处理中最常用淬火介质为水油介质，当温度在550-650区间内时，其对应冷却速度约为600C/s,即便温度下降至200度左右，其冷却速度仍然可达到270以上。这一过程当中,金属材料马氏体转化正在进行，若速度过快则可能导致开裂。

第三是对冷却方法进行合理选择。目前技术条件支持下，金属材料热处理加工中常见的冷却方法有:①单液淬火法。本方法具有自动、机械的优势，但难以达到最理想的淬火冷却速度要求，操作过程中选择水介质可能导致变形、开裂问题，选择油介质则可能导致材料硬度分布不均匀或不充足的问题；②双液淬火法。本方法首先选择冷却速度高的液体介质，将加热后金属材料冷却至300度范围内，然后用冷却速度更缓慢的液体介质将其冷却至正常室温。以碳钢金属材料为例，在水中冷却达到300度以内然后转油冷却至失稳状态，合金钢材料冷却顺序则正好相反；③分级淬火法。本方法是指金属材料经加热后先置于硝盐浴或碱浴中,其温度略高于马氏体转化反应起始温度，保温5分钟左右且材料内外部温度均衡后在空气中冷却至室温状态，但受到冷却水平的影响，分级淬火法通常仅用于刀具、模具等尺寸小、精度要求高的金属材料热处理工艺中田。

3.结束语

热处理工艺可以以多重方式淬炼金属材料，减少网状碳化物等杂质含量，消除内应力缺陷，促进金属材料自身强度以及韧性水平的提升，因而被广泛应用于深加工环节中。但目前技术条件支持下，热处理环节中金属材料仍然存在变形甚至开裂的可能性，必然对其使用以及相关功能的拓展产生不良影响。如何解决变形、开裂问题，提高热处理工艺的安全性与稳定性，这一问题备受业内重视。金属材料热处理工艺中，受到冷处理工艺、时效、原始组织以及应力状态等相关因素的影响，可能出现不同程度的变形、开裂问题。为积极预防上述问题的产生，需要在做好热处理前期预处理工作的基础之上，进一步完善淬火处理工艺，对冷却方法进行合理选择，以积极促进金属材料热处理工作的有序开展网。

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