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金属材料热处理变形影响因素

期刊目录网冶金论文发表2022-05-25 11:20关注(1)

      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。

金属材料热处理变形影响因素

  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搅拌方式,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]

  [1]张永军.金属材料热处理变形的影响因素与控制策略[J].世界有色金属,2020(10):176-177.

  [2]赵行,肖捷.金属材料热处理变形的影响因素和控制策略[J].中国金属通报,2019(11):123,125.

  [3]王宝仓,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.

  [4]赵娇娇.金属材料热处理变形的影响因素与控制策略探究[J].科学经济导刊,2019(11):99.

  [5]居春艳.探究金属材料热处理的影响因素[J].冶金与材料,2021(2):23-24.

  作者:李晋

  来源于《现代盐化工

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