摘要：金属在热处理过程中会在组织应力、热应力以及重力作用下发生不同程度的形状或者尺寸的变化，这就是通常所说的热处理变形.热处理变形是降低热处理质量的因素之一，常常导致一些精密零件因为变形而超差，从而造成不必要的经济损失.基于此，本文主要对金属材料热处理变形及开裂问题进行分析探讨。
关键词：金属材料；热处理；变形；开裂
1 前言
在金属材料加工制造中应用热处理技术，主要是为了提高金属材料性能，进而确保金属材料可满足社会经济发展切实需求。然而，依托金属热处理该项手段提高金属材料使用性能过程中，金属材料往往会引发一定的热处理变形或者开裂情况，而该种变形或者开裂必然会对金属材料使用及相关功能的拓展带来负面影响。
2 金属材料热处理变形
2.1金属材料热处理变形的影响因素
2.1.1时效、冷处理
冷处理会导致残余奥氏体转变为马氏体，由于金属材料体积变大；低温回火和时效会使金属材料变形两种效应，这是由马氏体的分解造成的，硬质金属材料小；另一种是应力松弛的影响，造成金属材料的变形。
2.1.2原始组织、应力状态
①原材料的微观结构会影响金属材料的变形，如碳化物数量、合金元素的形态和偏析、以及纤维的锻造方向。调理治疗通常是有效的，可以有效降低金属材料的绝对水平变形，淬火变形更多规则和进一步控制目的的变形金属材料；②化学热处理的主要目的是提高金属材料的表面性能，如提高金属材料表面的氧化性，提高金属表面的耐磨性等。
2.2减小金属材料热处理变形的有效措施控制
金属材料和热处理工艺变形相对复杂，使得与操作者的热处理工艺相关因素对金属材料的科学合理分析必须产生变形，并在此基础上使用热处理运行科学合理的方法和技术，确保材料在整个过程中的变形有效控制应力，对热处理质量产生影响，提高坚实的基础质量。
2.2.1金属材料热处理的预处理
科学合理的做法，金属材料的正火处理后，不仅可以促进材料的均匀性和结构完整性，而且还可以减少金属材料的热处理过程中由内应力引起的变形引起的内应力影响非常重要。为了提高减少金属材料的热处理变形的效果，也可以选择退火处理，最终实现金属材料的有效控制变形和热处理工艺，促进热处理的持续改进水平的金属材料。
2.2.2金属材料热处理
淬火工艺及淬火工艺的科学应用在工作中对金属材料的热处理较为核心的一步，有着非常重要的作用，如果不合理使用的淬火介质，它将引起金属材料内部应力异常改变，导致受材料的结构和形状。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，在金属材料热处理过程中，必须减少淬火阶段可能出现的错误，这就要求相关人员积极进行淬火工艺的改革和创新。在金属材料的淬火冷却过程中，必须科学合理地调整冷却速度，以保证淬火过程中材料变形量的增加。水和油是常用的淬火介质。
2.2.3金属材料热处理中冷却方法的科学选择
目前，金属材料的热处理主要是双液淬火，单液淬火法，而所谓的双液淬火主要是金属材料的冷却速度比较高的介质，温度可以快速降低在短时间内达到300℃，将冷却介质放入介质进一步冷却。单液淬火是单介质冷却材料，虽然这样可以提高淬火效率，但不能控制淬火速度。金属热处理的冷却过程对淬火后的金属变形也有很大的影响。如果金属在热处理过程中的冷却过快，会导致金属表面不均匀冷却，从而增加金属的拉伸应力，最终导致工件变形量的增加。
3 金属材料热处理开裂分析
3.1残余应力与开裂
在金属材料的热处理过程中，难免会产生材料局部的损伤和微小裂纹的出现，并由此导致金属材料出现宏观裂缝，进而发生断裂，影响金属工件的应用安全性，缩短使用寿命。
3.1.1残余应力引起金属材料开裂的原因
残余应力引起金属材料开裂的原因有很多，总结如下：
①拉应力的作用是其必不可少的因素，在压应力的作用下金属工件不会发生开裂。当多向应力同时存在时，如若其最大应力为拉应力，就会发生金属工件的开裂。
②与大多数体系一样，残余应力体系也存在临界应力值。当金属材料所受的总应力小于这一临界值时，就不会发生开裂。一旦材料所受的总应力大于临界值时，即可发生开裂。通常情况下，除不锈钢外，其余金属材料均有临界值。
③开裂主要发生在合金中，纯金属中一般很少发生。合金具有开裂敏感性是因为合金成分的各种微小偏析所致。但是在现实的操作中，并不存在百分之百的纯金属。即使所谓的纯金属，也会含有极少不纯的杂质。但正是这极少杂质也会增加金属材料的开裂敏感性，不容忽视。
④金属材料的开裂只有在特定的腐蚀介质中才会发生。由于金属材料的成分和组织的不同，其开裂的敏感性也不同。
3.1.2残余应力引起金属材料开裂的影响
在金属工件的使用过程中，工作应力与残余应力相互叠加，会导致金属工件产生残余应力的重新分布和二次变形。在金属工件的使用过程中，由于受到工作环境、使用温度、工作介质和残余应力的影响，工件的抗腐蚀能力和抗开裂能力会大大下降。残余应力开裂按原理主要分为晶间开裂和穿晶开裂。在应力开裂过程中，裂纹主要沿着与最大应力垂直的方向进行。
①拉应力对开裂的影响。拉应力是开裂的必要条件之一。拉应下的裂纹扩展速度对金属材料的开裂具有重要的影响。拉应力大时，金属工件的使用寿命就会缩短。拉应力会加速金属工件裂纹的产生速度，拉应力越大，金属工件就越容易发生开裂。
②残余应力对开裂的影响。金属工件的表面残余应力控制裂纹的萌生，在其开裂过程中起着至关重要的作用。局部的拉伸应力可以在裂纹的尖端造成局部应力，使保护膜破裂。局部应力通常被认为是外部应力与残余应力之和。当局部应力低于临界值时，就不会发生金属工件的开裂，一旦局部应力超过这一临界值，即发生开裂，还应考虑到负荷应力对金属工件开裂的影响。由于残余应力可能超过负荷应力，所以即使在负荷较轻处，金属工件也可能开裂。
3.2开裂失效和裂纹愈合的途径
金属材料在热处理过程中，会产生局部损伤和裂纹，进而引起金属工件的开裂。实现金属材料损伤的修复和愈合，对延长金属工件的使用寿命有重大意义。
第一，要减少热处理所致的金属材料开裂问题，首先要消除裂纹产生的可能。①减少结构设计缺陷，例如，过大的截面、过小的圆角半径等；②减少表面加工质量缺陷，例如，表面过度粗糙，表面有刀痕或划伤，淬火引起裂纹、渗碳、氮化，表面出现网状组织等。可以通过减少应力集中程度的方法减少金属材料的开裂，例如，加大圆角半径等。
第二，提高表面压应力。拉应力是开裂的必要条件之一，因而要充分发挥表面压应力的积极作用，提高工件表面的压应力。
第三，在金属工件的使用过程中，需要定期检测，防患于未然。
第四，提高金属材料质量。在金属材料中加入适当分量的合金元素，可以提高材料的耐疲劳强度，延长工件的使用寿命。
第五，一旦金属工件产生裂纹，首先应评估其修复成本，如修复成本小于制作成本，就值得修复工件。常见的裂纹修复方法有：常规焊接、高温塑变、高温保温等。
4 结语
总之，我们通过对热处理变形及开裂机理的分析，可以找出引起热处理变形的主要因素，在热处理升温、保温、冷却的工艺过程中，采取正确的工艺措施和工艺方法，尽可能的控制或减少热处理变形，从而提高热处理产品的质量，降低热处理的工艺成本，提高热处理的效益。
参考文献：
［1］由建行．热处理变形在金属材料的影响因素和减小措施［J］．世界有色金属，2016，6(16):94－95．
［2］刘业超，张本权，许冰，等．论金属材料热处理变形的影响因素及减小措施［J］．中国机械，2015(4):118－119．
论文作者:吴夏
论文发表刊物:《防护工程》2017年第33期
论文发表时间:2018/3/23
标签：应力论文; 金属材料论文; 工件论文; 金属论文; 残余论文; 裂纹论文; 过程中论文; 《防护工程》2017年第33期论文;