金属材料热处理变形及开裂问题研究获奖科研报告

金属材料热处理变形及开裂问题研究获奖科研报告【摘

要】改革开放以来，我国各行各业发展迅速，机械领域也有了很大进步。热处理技术作为当前金属材料深加工过程中最常用的改变金属材料结构特点与使用性能的技术，该技术的应用虽然有助于金属材料稳定性能的增强。但是由于金属材料在热处理的过程中经常出现变形或者开裂的问题，导致金属元件的性能、强度以及硬度等都受到了不同程度的影响。因此，操作人员必须准确的把握金属材料热处理工艺的温度，才能在提升金属材料整体质量的前提下，降低金属材料的变形量。文章主要是就金属材料热处理过程中的变形与开裂问题进行了分析与探讨。

【关键词】金属材料;热处理;变形;开裂;问题研究

引言

在现代工業的快速发展下，各个行业发展对金属材料的需求量加大，金属材料开始被人们广泛的应用在机械设备制造中。借助热处理技术能够实现对金属材料的深加工处理，金属材料在经过深加工处理之后会有效提升材料的稳定性。为此，文章结合实际就金属材料的热处理问题进行探究，旨在通过必要的热处理来减少金属材料开裂问题的发生。

1金属材料热处理过程中变形的种类

金属合金在热加工过程中发生形变是不可避免的，在多数的加工工艺过程中，会产生两种类型的形变。一种是比容形变，这种形变和金属材料中碳元素和一些微量的金属元素有关，通过研究人员的探究发现，金属合金材料的比容形变是普遍存在的，和铁素体、游离碳和比容变化的差有不可分割的关联。金属合金材料的比容形变具有各向同性，也就是说在一块均质的金属内部，在进行热加工的过程中，金属材料向不同方向上发生着相同的形变。发生比容形变后的合金会发生尺寸大小的明显变化;另一种金属材料热处理过程中的变形是内应力塑性形变，这种形变产生的原因是金属块的温度不均匀导致的，具体来说就是在热加工过程中金属块的不同位置温度不均匀，导致不同部位的冷却速度也不同，因此随着温度的下降，金属的不同位置发生着不尽相同的热胀冷缩相应，这种原因产生的不良形变就是热应力塑性形变。

2金属材料热处理变形及开裂出现的主要原因

2.1金属材料热处理过程中的冷却方法

由于金属材料热处理过程中主要分为退火、正火、淬火和回火等几个步骤，再加上金属材料在热处理过程中对冷却技术的应用提出了非常严格的要求，如果冷却技术选择出现问题的话，必然会导致金属材料因为冷却处理不均匀，影响金属材料的拉伸应力。就目前来说，我国最常用的金属材料热处理工艺主要有双液淬火与单液淬火两种。经过长期的实践应用发现，这两种方法在实际应用的过程中优势和缺陷都非常的明显。在这其中，双液淬火法虽然实现了快速降低金属材料温度的目的，但是其淬火效率较低，无法进行大范围的推广和应用。而单液淬火法虽然可以应用于大型金属材料的热处理，但是由于使用这种方法操作人员无法有效控制淬火的速度。如果金属材料热处理过程中，操作人员选择了措施的冷却方法的话，不但会会影响到金属材料的形变应力控制能力，而且还会因为金属材料热处理效率的下降，影响金属材料使用性能的提高。

2.2残余应力引起金属材料开裂的影响

在使用金属零件的过程当中，工作应力和残余应力会重叠，从而导致残余应力的分布和金属零件的二次变形。如果由于工作环境而使用金属零件，则由于平均工作温度和残余应力的影响零件的耐蚀性和抗裂性将大大降低。根据原理，残余应力裂纹主要分为晶间裂纹和透晶裂纹。在应力影响的开裂过程中，开裂主要在垂直于最大载荷的方向上进行。

2.3温度把控不合理

金属材料热处理对周围温度有着较高的要求，在操作的时候如果没有对温度进行有效的把控就会使得金属材料出现热处理变形和开裂的问题。比如在没有对金属材料进行精密温度测量就将其直接进行热处理就会导致金属材料报废。

3金属材料热处理变形及开裂问题的解决对策

3.1对机械金属材料锻造和预热处理的实践探索

在机械金属合金材料淬火的时候，处理要得当，就会有规律得减少金属材料的变形情况。比如高碳金属材料的制造构件，热处理加工中，金属材料淬火以及锻造工艺是否合理格外重要，网状碳化物相应减少保证金属材料的使用效能。对于标准较高的构件加工，应力退火、正火以及调试处理环节必不可少，开裂和变形现象也会大大减少。此外不同介质的水或油进行冷却也会产生不同的作用效果。

3.2运用合理的冷却方法

（1）对金属材料的尺寸大小进行考量，分析相关工艺参数，选择最适宜的冷却处理方法。（2）现阶段金属材料热处理的冷却方法包含了双液淬火、单液淬火等多种方式，根据不同的热处理要求，科学选择淬火冷却方法，可以提升冷却工作的质量与水平。（3）在保证模具硬度要求的前提下，采用预冷和分级冷却，是减少一些形状较复杂工件变形的有效方法。

3.3减少金属材料因热处理产生的残余应力

虽然工作人员通过优化和完善金属材料热处理工艺的方式，可以最大限度的减少金属材料热处理后残留的应力，但是由于残留应力并不能完全消除，所以必然会因为金属材料表面保护膜遭到破坏，而导致零部件出现变形或者开裂的问题。针对这一情况，操作人员在进行金属材料的热处理时，应该根据零部件实际应用的现场，采取具有针对性的措施，将金属材料的残留应力降至可控的范围。此外，针对本身就后已经出现局部局限的金属零部件，必须在进行热处理前，仔细的检查金属材料表面的粗糙度、裂纹、划伤等表面质量，避免因为金属材料表面存在缺陷，导致零部件在催化过程中因为热膨胀出现应力集中的问题，影响金属零部件热处理的质量和效果。

3.4对机械金属材料加热温度的实践探索

在对机械金属材料的热处理过程中，要依据金属材料的不同淬透性，针对相对低的淬火温度，从而加强金属材料的相关性能效果提升。对于高弹合金钢材料制造的机械构器件，根据不同情况，淬火温度也要相应提高，奥氏体量在降低的同时很好地加强金属材料的性能。

3.5科学应用淬火工艺

淬火工艺是金属材料热处理工艺流程中最核心的工序，具有极为重要的作用。如果淬火介质使用不当，就会造成金属材料内部应力的变化失调，最终影响整个材料的结构和形状。故在热处理过程中，应尽可能减少失误，这就要求相关工作人员必须深入探究节能高效、绿色环保的高性能淬火工艺，并加以科学运用。主要方法：（1）在淬火冷却的过程中，必须科学合理地调节冷却的速度，才能降低材料变形的可能性。（2）采用合适的介质。水和油是较为常用的淬火介质。通常情况下，水温应该控制在55～65℃，而油温一般控制在60～80℃，同时需提高淬火的速度，以确保最终的冷却效果。研究表明，在同样的条件下，水性介质比油性介质的冷却速度要快一些，水温变化对水性介质冷却特性的影响较大，油性介质相对水性介质淬火后的变形量要相对小，故从长期稳定性方面考虑，应使用油性介质。

结语

总而言之，通过分析热处理变形和开裂机理，可以发现引起热处理变形的最重要因素。用于