金属材料热处理变形的影响因素及控制策略
李晋
摘要：目前，我国工业发展处于上升阶段，在生产制造过程中，对金属材料的质量要求越来越高，要求更专业化、多样化，使金属材料的使用范围变得更广。在金属材料制作中使用热处理技术进行加工，不仅能改变金属内部结构，还能调整和优化金属形状，提升金属材料的性能。从实际情况来看，金属材料热处理过程中存在很多影响因素，容易出现变形的情况。对该影响因素进行分析，深刻研究控制变形的策略方案，以提高金属行业的生产力和产品质量。
关键词：金属材料;热处理;变形;控制策略
在金属工业发展中，金属材料热处理是一种非常重要的制作手段，其能够改变金属材料的物理性质和化学性质，对工业生产有很重要的作用。对金属材料进行热处理，主要是将金属材料通过高温加热、保温和冷却等流程制成各种金属产品。在此过程中，高温容易使金属材料变形，其内部结构和组织会发生改变，进而金属材料的性能也会有所变化;此外，还容易出现金属材料中化学成分不均匀的现象，经过冷却环节后，就会出现材料粗细变化、长短变化、扭曲等现象。因此，在对金属材料进行热处理过程中，需要专业性非常强的工作人员进行操作，分析金属材料热处理变形的影响因素，总结归纳解决措施，以降低金属材料的变形概率，提高金属材料的加工产品质量，推动我国工业的发展。
1 金属材料热处理变形的种类
在金属材料热处理过程中，变形是不可避免的，既有金属体积和尺寸变大或缩小的变形，也有金属弯曲、变细、扭曲等变形情况，可概括为内应力改变的塑性变形和比容改变的体积变形。（1）内应力塑性变形是指金属材料的化学性质改变造成的变形。在不同条件下加工金属材料时，金属材料的内部结构和组织会发生改变，出现体积不均的情况，进而引发变形，这是一种不可能自己恢复的变形类型。同时，对金属材料进行热处理过程中，由于温度在不断变化，金属材料内部结构出现受热不均、冷却速度不等的情况，导致内部结构改变，进而出现不定向的形变，而在这个形变过程中，金属材料内部会产生内应力，出现内应力塑性变形。（2）比容形变是一种物理性质的形变，在一定单位质量内，金属材料所占有的容积称为单位质量内的比容。由于金属材料内含有多种结构，内部组织的比容完全不同。当对金属材料进行高温加热时，金属材料内部结构会出现不同方向的反应，由于比容不同，金属材料会出现不同程度的变形。
2 金属材料热处理变形的影响因素
2.1 应力状态因素的影响
在金属材料热处理过程中，由于金属材料的内部结构不同、密度不同、比容不同等，金属材料会出现温度分布不均匀的现象。这种温度对金属材料造成的影响，主要是指高温加热、湿度变化、冷却温度不稳定、受力情况等因素的改变，使金属材料产生形变。对于温度的变化，金属材料内部组织会产生不同的作用力，并与外界环境的压力进行对抗，以维持原有的形状。但对金属材料进行热处理时，变形主要发生在高温和保温阶段，由于金属材料内部结构不同，对外界的应力也会不同，进而出现不同位置的形变，导致金属材料产生不均匀的变形。如果金属材料在加热阶段就出现变形，那么在冷却阶段就难以恢复原有的形状，最终影响金属材料的产品质量。
2.2 冷处理因素的影响
在工业生产中，对金属材料进行高温加热时，由于金属材料的特殊属性以及因温度降低而出现的低温回火情况，金属材料的性能、形状、尺寸等都发生变化，导致在冷处理阶段，金属材料会因冷热不均而发生变形。这就需要不断更新金属材料热处理技术和冷处理技术，保证在热处理过程中不改变金属材料的内部结构，同时将其内部的奥氏体与马氏体相互转化，析出金属内部的碳化物结构，改善金属材料的变形情况，使金属材料能够冷热均匀，不会出现冷处理的变形，加强金属材料的物理性质和化学性质，提高金属材料的质量。
2.3 淬火因素的影响
在金属材料热处理过程中，最经典的工艺操作就是淬火。淬火介质的选择影响着整个热处理的效果，对金属材料的变形也至关重要。只有将金属材料放置在淬火介质中进行冷却处理，才可以提升金属材料的特殊性质。然而在实际热处理工作中，淬火介质的质量优劣对淬火效果至关重要。在淬火介质的选择上，不仅需要关注对金属材料产生的效果，还需要分析淬火的稳定性。分析不同淬火介质对不同金属材料的反应过程，按照使用说明确定淬火介质。同时，由于淬火介质的性质不稳定，在淬火过程中，需要不断搅拌，并严格要求搅拌速度和攪拌方式，以防操作不当出现金属材料变形情况，影响金属材料的质量。
2.4 预处理因素的影响
为了避免热处理过程中多次出现材料变形的情况，通常会在热处理加工之前做好预处理。预处理主要是消除金属材料内部的应力，使金属材料在热处理过程中不会出现因应力变化造成的形变。常见的预处理方法是正火处理方法。该方法能够消除金属材料内部的全部应力，但受到了较多的外界因素影响。一般情况下，正火处理的冷却方式大多为堆冷，即将金属材料堆积在一起共同冷却，但金属材料在加热箱内的冷却效果受到较大影响，形成内外温差，出现冷却不均匀的情况，容易导致金属材料内部的组织结构发生变化，进而出现变形现象。同时，如果在正火处理过程中操作不当，也会提高金属材料变形的概率。因此，预处理对金属材料热处理的过程也十分重要[1]。
3 金属材料热处理变形的控制策略
3.1 选择合适的冷却方式
在热处理过程中，冷却过程是一个核心环节。如果在冷却过程中操作不当，就会导致金属材料变形。由于金属材料的特殊性质和材料内部结构分布不同，冷却过程也会出现受热不均的现象。因此，为了改善金属材料冷却过程中的变形情况，需要根据不同金属材料的特殊性质，选择不同性质的冷却介质。常见的冷却方法包括：（1）分级淬火式冷却。其特点是金属材料的内应力低，可以改善金属材料结构的变形情况。但在冷却过程中需要加入盐液或者碱液，这样能够适用于精准度较高的金属材料。（2）单介质淬火式冷却。其特点是能够实现自动化和机械化的冷却操作，可以提升冷却效果，但很难控制冷却速度，无法保证金属材料在冷却过程中的质量。（3）等温淬火式冷却。其主要适用于对精度要求较高的金属材料，但冷却时间较长，需要的成本较高，导致使用率并不高。（4）双液淬火式冷却。其可以对金属材料内部的复杂结构进行冷却，需要结合预处理进行操作，这样能够加快冷却速度，改善金属材料冷却过程中的变形情况。综上所述，需要根据实际情况选择合适的冷却方式，改善金属材料在热处理过程中出现的变形情况，提升金属材料的质量[2]。
3.2 选择合适的淬火介质
淬火介质的选择对金属材料热处理具有重要的作用，如果淬火介质不合适，会导致金属材料内部应力失调，造成材料变形，甚至出现材料开裂的情况，影响金属材料的质量。常见的淬火介质是油和水。当水作为淬火介质使用时，其温度需要控制在60℃左右，这样不仅能加快淬火速度，还可以优化冷却效果，减少金属材料的变形量。但如果温度降低，保持在30℃左右，冷却效果就会逐渐降低，速度也会减缓，这样容易导致金属材料变形。因此在实际操作中，可以添加盐液或碱液来加快冷却速度，降低金属材料变形的概率。油淬火介质主要是对合金类材料的淬火，当温度在60℃左右时，冷却效果非常差，冷却速度完全不能满足冷却需求。所以，针对不同的金属材料，需要选择合适的淬火介质，严格控制淬火介质的加热温度，控制金属材料热处理的温度，这样不仅能加快冷却速度，还能提升金属材料的质量，降低金属材料变形的概率[3-4]。
3.3 加强对预处理变形的控制
在预处理过程中，要想降低金属材料变形的概率，需要结合等温正火的冷却方式处理材料。这样不仅能够改善金属材料内部结构不均匀的现象，还可以减少材料变形的现象。在热处理过程中，由于金属材料的内部结构大有不同，需要根据材料内部结构特点进行处理，通过在预处理过程中的变形控制，可以选择合适的材料加工手段和冷却方式，提高金属材料的质量。当然，在预处理过程中，要想达到较好的成形效果，成本就会增加，金属材料处理的时间会延长，所以需要根据实际需求，合理安排预处理方式[5]。
3.4 选择合适的加工方式
在金属材料加工过程中，不仅需要加热、冷却，还需要采取夹装等加工方式。在夹装过程中，需要对金属材料部件的形状进行控制。因此，合适的夹装方式能够改善热力不均造成的金属材料变形。在加工过程中，热处理为最后的工艺手段，需要在材料加工过程中预留出加工余量，可以根据不同的材料变形情况，结合反变形的加工方式，对其余材料进行反加工，尽最大的可能恢复变形的金属材料，进而提升变形材料的合格率，提高金属材料的质量。同时，材料加工装置的合理应用，能够对材料的厚度进行控制，设计出合格的零部件，以免材料变形导致零件变形、产生棱角或沟槽等情况，提高金属材料的使用效率。
4 结语
工业发展离不开高质量、高品质、高性能的金属材料，而热处理技术对金属材料的应用越来越广泛。其不仅能够加强对金属材料的加工处理，还可以提升金属材料的性能。对金属材料热处理变形的影响因素及控制策略进行详细的分析，深入研究热处理变形的种类，对不同种类材料和不同性质材料的变形问题进行分析，找出导致金属材料热处理变形的主要因素，分析其存在的原因，总结金属材料热处理变形的控制策略，降低金属材料变形的概率，提高材料的质量，扩大金属材料的使用范围，加快我国金属材料的工业发展和金属材料的加工速度。
[参考文献]
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[3]王寶仓，张远冲.金属材料热处理变形的影响因素和控制策略研讨[J].世界有色金属，2019（13）：171，173.
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