汪宏宇
哈尔滨飞机工业集团有限责任公司
分析如何减小金属热处理过程中的变形
汪宏宇
哈尔滨飞机工业集团有限责任公司
在金属加工业中，通过对金属进行一定的热处理后，可以有效的改变金属材料原有的性能，并可根据不同的热处理方式，使得金属的相关性能向着需求方向发展，从而更好的提高金属材料的使用性能。但是通过这样的加工以后，金属往往会发生一定程度的变形，这些变形会对金属件的使用强度及精度等方面造成极大的影响，故在进行金属热处理工艺操作时，应采用有效的措施来避免或降低变形发生的机率和程度，从而提高金属件性能及使用寿命等。本文中详细的探讨了减少金属热处理过程中发生变形的方法及措施。
金属热处理；变形；减少
金属材料在各个行业中的应用都十分的广泛，同时金属件的热处理工艺也是较为常见的一种处理方式，对金属件进行热处理主要是对其进行加热、保温及冷却等操作，当有特殊需求时，还会加入一些化学元素进行对金属件进行处理，从而改变金属件原有的性能，使其更加符合生产加工需求。但是在金属件进行热处理时，如不采取一定的措施，金属件就会发生不同程度的变形，从而影响使用。因此采用合理的控制措施，减少金属件在热处理过程中产生的变形，对于提高金属件利用率具有十分重要的意义。
一、金属热处理中影响变形的主要因素
要想解决金属件在热处理过程中的变形问题，首先要对发生变形的原因进行透彻的分析，经过长时间的加工实践，可知影响金属热处理变形的主要因素是温度。在日常的热处理加工中，有许多形式的处理工艺，但这诸多工艺的操作基础都是基于加热、保湿、冷却等几个环节来对处理金属件。而在金属件的实际处理操作中，加热、冷却的速度及温度会直接的影响着金属件的性能。首先金属件的热处理是在加热炉中进行的，这时加热炉的温度就决定着金属件的热处理效果，也是热处理工艺中一个十分重要的基础性参数。如果对金属件热处理的温度没有做到较好的控制，就会使得金属件发生各处程度的变形，降低其使用性及使用寿命。金属热处理主要有以下几种形式：
1.内应力塑性变形
金属热处理过程中加热冷却的不均匀和相变的不等时性，都会产生内应力，在一定塑性条件的配合下，就会产生内应力塑性变形。在加热和冷却过程中，零件的内外层加热和冷却速度不同造成各处温度不一致，致使热胀冷缩的程度不同，这样产生的应力变形叫热应力塑性变形。在加热和冷却过程中，零件的内部组织转变而发生的时间不同，这样产生的应力变形叫组织应力变形塑性变形。
2.比容变形
在金属热处理过程中，各种相结构的组织比容不同，在相变时发生的体积和尺寸变化为比容变形。比容变形一般只与奥氏体中碳和金元素的含量、铁素体的多少、淬火前后组织比容变化差和残余奥氏体的多少和钢的淬透性等因素有关。
二、影响变形的其它因素及相应的减小措施
1.加工前的预处理
工件正火后硬度过高会导致其发生变形现象，如内孔扩大、表面开裂等；因此控制好正火温度是保证工件热处理后工件不发生变形的关键性因素。工件经正火后，在降温的过程中会使用吹风、喷水或者直接放在空气中使其自动冷却等，这些也将对工件的变形量造成影响；经大量实践证明，工件在正火时，采用与工件热处理后的温度相近的淬火方法可有效地减少工件发生变形。
2.运用合理的冷却方法
金属件在通常加热炉进行加热后，通常要进行淬火处理，从而实现冷却的目的，而这一冷却过程得不到有效的控制，就会加重金属件的变形。如金属经加热后冷却的速度过快，那幺就会导致金属表面及内部存在冷却不均的现象，这时金属会产生较大的拉应力，拉应力变大就会相应的增加变形量。故在金属进行淬火冷却时，在可以达到要求硬度的前提下，可采取先预冷的方法，同时也可进行分级预冷等方式进行缓慢冷却，从而降低因冷却速度过快而产生的金属内部应力增大而导致的变形。
3.热处理的零件结构要合理
金属热处理后的冷却过程中，金属相对较薄的部分冷的速度较快，比较厚的部分冷的速度慢。因此，为了达到工件投入使用后能发挥其良好性能，应尽量避免工件的厚薄分布不均，零件截面应尽量处理均与，以便减少过渡区因应力集中导致工件产生畸变和开裂的倾向；工件的结构要与材料的成分、组织保持相对称。
4.采用合理的装夹方式及夹具
采用合理的装夹方式及夹具主要是保证工件加热或者冷却过程中受热或降温均匀，避免因受热不均或者降温不均导致工件拉应力或组织应力发生变化，使工件变形量增大。
5.机械加工
机械加工是工件经热处理后的后期工序，在对工件的加工过程中，要将机械加工图纸上工价尺寸和工件热处理后的畸变范围值保持一致；畸变量要根据上道工序加工尺寸确定；因此，在工件的机械加工过程中应遵循工件的畸变规律，在工件热处理最好对其尺寸进行预修正，使其畸变量符合机械加工的需要。
6.采用合适的介质
在对加热的金属件进行冷却时，介质的选用也十分的重要，如若使用的介质不恰当，就很有可能增大金属件的变形量，严重时可能会出现开裂而无法继续使用。而在冷却介质当中，水的冷却速度要快于油的冷却速度，因此在进行介质选择时，在保证可达到工件要求硬度的前提下，应尽量选择油性介质来做为冷却介质，从而减缓冷却速度，避免产生过大的应力。此外，还要注意虽然油性介质对金属件的变形情况相对影响较大，但在具体的操作中也要控制好相应的淬火速度。
结语：
综上所述，通过对金属件进行适当的热处理，可在以有效的提高其使用性能，但在这一过程中要采取有效的措施来避免因热处理而导致的金属件变形。因此相关的专业人员要在实践中不断摸索，积累操作经验，不断的对操作工艺进行改进及优化，并能够探索出更有效的防变形措施及方法，从而尽可能的实现在保证性能的同时降低变形率。相信通过操作人员及科研人员的共同努力，会有更加有效的措施应用到实际的金属加工当中，进而有效的促进我国热处理行业的快速发展。
[1]张利云.浅谈如何减小金属热处理变形[J].科技资讯.2013 (23).
[2]庞勃.浅谈影响金属热处理变形的因素及改善措施[J].科技创新与应用.2014(22).
[3]孙大林，崔巧娜，刘晨蕊.浅谈如何减小金属热处理过程中的变形[J].科技创业家.2014(01).
