摘要：金属热处理加工工艺已经广泛应用于金属产品制造工艺中。但是热处理工艺仍有许多技术不完善，文章从热处理工艺的技术层面分析，对金属材料热处理变形问题做出原因分析并就如何减小变形提出相应对策。
关键词：金属材料热处理 金属变形因素 减少问题的措施分析
如何使效益最大化使我们一直面对并需要处理的问题，对金属的性能加以改造，运用热处理工艺推进金属相关行业更快发展。
一、金属材料热处理
1.1热处理工艺
金属材料热处理是指金属材料（工件）在特定的介质中（比如空气、真空、熔融盐液等）加热到特定的温度并保温一段时间后，以不同的速度在不同的介质中冷却，以获得预期金属学金相组织和力学性能的一种金属热加工工艺。热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。热处理工艺在工业生产的应用过程中包含了退火、淬火、回火等多种形式。
1.2如何对金属材料进行热处理
为使金属材料（工件）具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，有对使用性能有利的组织，也有不利的组织，我们可以通过热处理来获得有利组织，从而获得金属材料（工件）优良的性能，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能。对于金属材料的成型而言,热处理技术是十分重要的一道工序,其对于优化金属材料内部结构,提升金属材料本身性能方面意义深远。
1.3目前热处理工艺的常见问题
过热现象;形成原因可能是淬火加热温度过高或加热保温时间太长造成的全面过热；也可能是因原始组织带状碳化物严重，在两带之间的低碳区形成局部马氏体针状粗大，造成的局部过热。由于淬火组织过热，钢的晶体粗大，会导致零件的韧性下降，抗冲击性能降低，轴承的寿命也降低。过热严重甚至会造成淬火裂纹。欠热：淬火温度偏低或冷却不良则会在显微组织中产生超过标准规定的托氏体组织，它使硬度下降，耐磨性急剧降低，影响托辊配件轴承寿命。淬火裂纹：高温或冷却太急，热应力和金属质量体积变化时的组织应力大于钢材的抗断裂强度；属于严重的表面脱碳和碳化物偏析。热处理变形：轴承零件在热处理时，存在有热应力和组织应力，这种内应力能随着加热温度、加热速度、冷却方式、冷却速度、零件形状和大小的变化而变化，所以热处理变形是难免的。表面脱碳：轴承零件在热处理过程中，如果是在氧化性介质中加热，表面会发生氧化作用使零件表面碳的质量分数减，造成表面脱碳。表面脱碳层的深度超过最后加工的留量就会使零件报废。
在保证了优良的性能以外，热处理变形是困扰热处理制造企业的一个老大难问题。因为热处理变形的影响导致产品不能满足下工序加工要求而返工甚至是报废的案例比比皆是，大大影响了热处理行业的盈利能力。
二、金属热处理中的变形现象
2.1导致金属热处理变形的因素
在金属材料热处理的过程中，不仅材料的性能会发生变化，材料的形状变化也不可避免。在对钢进行热处理的过程中，由于结构的组织相容存在差异，相变过程中出现的体积、尺寸等方面出现的变化，这样的变化叫做比容变形。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于加热与冷却不均匀、相变不等时等因素都会导致内应力作用的产生，从而产生内应力塑性变形，依据应力产生的根源及表现特征对内应力塑性变形进行划分，主要包括组织应力塑性变形与热应力塑性变形两种类型。金属材料热处理变形会对工件的精度、强度、寿命等产生直接的影响。因此，在金属材料热处理的过程中要尽可能地降低其变形量。
2.2变形的影响
比容变形具有方向性不明确的特点，例如在对钢进行热处理的过程中，由于钢的组织结构较为均匀，因此其比容变形在不同的方向上的表现是相同的。变形程度过小，不能起到细化晶粒提高金属力学性能的目的；变形程度过大，不仅不会使力学性能再增高，还会出现纤维组织，增加金属的各向异性，当超过金属允许的变形极限时，将会出现开裂等缺陷。
三、减小金属热处理变形的措施
3.1控制温度与速度
金属热处理的工艺不同，其最终变形量也不同，比如正火、退火等。正火中的温度过高，都会导致金属材料内部的变形增大，因此在工件的热处理之前都需要进行控制温度的正火处理。温度的测量与控制是热处理工艺的关键，也是影响变形的关键因素：
（1）工艺温度降低后工件的高温强度损失相对减少，塑性抗力增强。这样工件的抗应力变形、抗淬火变形、抗高温蠕变的综合能力增强，变形就会减少；
（2）工艺温度降低后工件加热、冷却的温度区间减少，由此而引起的各部位温度不一致性也会降低，由此而导致的热应力和组织应力也相对减少，这样变形就会减少；
（3）如果工艺温度降低、且热处理工艺时间缩短，则工件的高温蠕变时间减少，变形也会减少。
淬火冷却速度也是热处理中的关键，如果采用了不合理的介质，那么就会导致工件内部比较大的应力，从而引起工件的变形或者开裂，因此在淬火冷却的过程中应当保证稳定的速度。有效地减少热处理所导致的变形，其关键在于选择合适的热处理工艺。通过将不同的热处理工艺进行有效的结合，既能够达到改善性能同时又能够达到减少变形的目的。
3.2选择适合的冷却与干预方式
冷却也是其关键的步骤。常见的冷却处理方法有双液淬火、单液淬火法、等温淬火以及分级淬火法等，其中单液淬火的方法能够有效的满足自动化和机械化的需要，但是其缺点是难以控制淬火冷却的速度，而且水淬法容易产生变形，而油淬法容易导致工件硬度不均匀以及硬度不足的现象。为了有效的保证工件在热处理后的精度，可以通过研究金属工件热处理变形规律的方法，在加工时进行干预处理，从而使工件在热处理之后的尺寸满足设计的要求。此外不同的夹装方法对于零部件的热处理过程中的变形也具有一定的影响，选择合理的装夹方式可以使工件热处理过程中受热和冷却均匀，对于降低金属组织的应力不均以及变形都具有重要的意义。具体可以考虑使用支承垫圈、补偿垫圈、叠加垫圈等方式，有花键孔的零部件可以考虑使用花键心轴等方式。
四、结束语
合理应用金属材料的热处理工艺必然能为金属加工行业的进步与发展做出巨大贡献，以安全为首要前提，大力发展经济加工建设，让金属加工行业熠熠生辉。
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论文作者:牛迎春
论文发表刊物:《基层建设》2018年第22期
论文发表时间:2018/9/17
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