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

吴传宝

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摘要：金属材料热处理会因为受到外界因素的影响而出现问题，影响金属材料热处理工艺的应用效果，其加工生产也会受到影响。所以，要加强金属材料热处理的工艺研究，对于金属材料热处理过程中产生的变形及开裂问题，制定出解决方案，从而保证金属材料的完整性和优良的综合力学性能，在这种情况下，金属材料在后期加工和相应的金属产品制造中就会减少问题的发生。

关键词： 金属材料热处理；变形问题；开裂问题；解决措施

1 金属材料热处理

1.1 金属材料热处理定义

金属材料的热处理是通过加热、保温和冷却获得所需结构和性能的过程。金属材料的热处理可以避免加工过程中由于材料内部组织不同而导致的不合理现象，从而保证金属材料的生产、加工和质量。在金属材料的最终热处理中，应综合考虑使用过程中所需的力学性能，从而制定合适的热处理工艺参数，以确保金属材料各项性能的有效提高。热处理工艺的优点是可以减少金属材料中网状碳化物和其他杂质的含量，这有利于提高金属材料的质量和综合性能。

1.2金属材料热处理分类

金属材料有三种常见的热处理工艺，包括淬火工艺、退火工艺和回火工艺。金属材料的淬火工艺应首先确保淬火冷却介质的合理性，以确保各种冷却介质的匹配效果。金属材料的退火工艺有很多种，包括完全退火、等温退火、球化退火和消除应力退火。这些工艺应根据金属材料的性能和实际加工要求合理选择，以便对金属材料加工早期的退火工艺进行合理处理，以满足金属材料的热处理和加工要求，保证金属材料的热处理质量和加工质量。金属材料的回火处理可以消除金属材料的内应力，稳定金属材料的性能，从而改善金属材料在后处理中的质量问题和低加工水平。

2.热处理变形和开裂的原因

在金属材料热处理过程中，该过程调节材料的内应力。综合组织应力和热应力会导致金属材料工件硬度的提高问题。当金属材料的应力不能承受这种力时，就会导致变形，甚至一些金属材料也会产生无法调整的变形。金属材料在热处理过程中变形和开裂的原因可结合以下方面进行分析。

2.1热处理原因

一般来说，目前企业会选择冷却和加热两种方式对金属材料进行热处理，采用连续热处理，因为热膨胀和冷收缩的性能将直接决定金属材料体积的调整。将焦点放在金属材料工件的角度上。如果处理过程达到淬火温度，尽管工件的强度将继续下降，但塑性将处于相反的状态。对于金属工件的强度而言，当内应力大于它时，就会产生塑性变形的隐患。

2.2组织压力的原因

站在金属材料工件的应力结构下，与轴向应力相比，切向应力相对较大，与金属工件表面相比，它们具有大致相同的应力。如果外部存在较大的拉应力，金属材料工件的表面将受到相应的影响。淬火操作过程中，结构应力会发生变形和开裂，这主要是由于工作人员进行的热处理对金属材料工件的结构应力和热应力的影响所致。

3金属热处理变形与开裂的解决方案

3.1 金属钢材的选用

在新时代的发展背景下，为了避免机械制造企业在热处理过程中金属材料的变形和开裂问题，员工必须首先调查加工现场的各个方面的条件，并通过热处理效果选择不同类型的金属工件，如高淬透性合金钢、，微变形钢和碳钢是企业经常使用的材料，所有这些都要求员工分别制定处理方案。对于高淬透性合金钢，如果有大截面尺寸或复杂形状的工件制造标准，工作人员可以选择这种材料；然而，面对复杂的形状和极高的制造任务标准，工人可以选择微变形钢来制造金属工件；最后，合金钢主要用于易淬火和变形的工件，如Cr12Mn V。

3.2冷却方式的选择

在合金工件的热处理方面，淬火和冷却过程是常见的。为了确保工件具有良好的性能和质量，工作人员必须控制淬火和冷却过程。所谓淬火冷却过程，就是工作人员事先准备好热油和冷油，在两者的共同作用下进行淬火过程。在此期间，工件变形大的问题可以控制，工作人员应将温度保持在80~120℃范围内。为了避免过程中金属材料变形等问题，工作人员还必须选择有针对性的搅拌方式，并在整个过程中密切关注搅拌速度。通常，冷却速度较快的金属材料的冷却速度相对不均匀。由于过程中出现较大的应力，变形和开裂的概率增加。例如，在选择冷处理方法时，有必要考虑金属材料的尺寸和大小，并用原材料的微原子结构进行分析。

3.3降低残余应力

为了降低金属材料热处理后的残余应力，工作人员不断优化和改进热处理工艺，但残余应力不能完全消除，这将不可避免地损坏金属材料的保护膜，导致零件出现问题。因此，工作人员应根据零件的实际情况，采取有针对性的措施，将残余应力降低在可控范围内。此外，对于局部零件应力集中引起的问题，在热处理前应仔细检查金属材料的表面，以避免表面出现缺陷，这可能会由于热处理过程中的热膨胀而导致零件的应力集中，从而影响零件的质量。

3.4确保零件配置的合理性

金属零件的结构也是变形的原因。由于金属材料的厚度不同，冷却速度也不同。因此，在对金属零件进行热处理时，工作人员采取了有效措施，减少了材料厚度的误差，并将变形和开裂问题集中在可控范围内，以确保金属零件表面的均匀状态。在金属零件的设计阶段，应尽量避免拐角和凹槽，以尽量减少金属零件热处理引起的变形和开裂问题。

3.5 改进冷却工艺

除了改进淬火工艺外，合理改进冷却工艺对减少金属热处理过程中的金属变形和开裂也起着关键作用。不同的金属材料不仅需要不同的淬火工艺，还需要不同的冷却工艺。在金属材料的热处理过程中，通常有两种冷却过程：单液冷却和双液冷却。以双液冷却为例，利用双液冷却技术，金属材料的冷却过程可以分为淬火和冷却两个阶段。首先，淬火后的金属材料在快速冷却介质中冷却，金属材料的温度在此阶段将迅速下降到约300℃；其次，经过短时间保温后，将金属材料从快冷介质中取出，放入慢冷介质中冷却。由于金属材料需要冷却两次，因此这两种冷却介质的选择应合理，以确保金属材料在冷却过程中不会变形和开裂。

3.6采取措施降低金属材料在热处理过程中的残余应力

金属材料在热处理过程中出现变形和开裂问题的原因是，热处理过程产生的残余应力是表面张力变小，最终发生变形和开裂的问题。因此，为了减少金属表面的变形和开裂，热处理工人应采取相应措施降低金属材料在热处理过程中的残余应力。最常见的方法是在热处理过程中向金属材料中添加附加元素，使其具有更强的表面张力，从而成功完成热处理操作。此外，在热处理之前，应仔细检查金属原材料，并及时消除有缺陷的金属原材料以避免金属材料因自身结构损坏而变形和开裂。

结论

随着金属材料的广泛应用，热处理过程中的变形和开裂问题将逐步得到解决。研究人员应该从理论和实践两方面入手，不断探索解决问题的方法，从而提高金属材料热处理的质量和性能。参考文献：

[1]刘延.金属材料热处理变形问题及开裂问题的解决措施研究[J].中国金属通报,2021(07):75-76.

[2]陈越伟.金属材料热处理变形问题及开裂问题的解决措施研究[J].装备维修技术,2020(02):53.

[3]李磊.金属材料热处理变形问题与开裂问题的解决方案探究[J].中国金属通报,2019(11):296+298.