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影响金属材料热处理变形的因素及减小措施研究

作者:2017-06-17 17:06阅读:文章来源:未知

  在金属材料加工制造的过程中应用热处理技术,主要的目的是为了促进材料自身性能的提高,确保金属材料可以满足社会经济发展的实际需求。而热处理过程在提高金属材料性能的同时,也不可避免的产生热处理变形,使工件的尺寸发生偏离,给后续机械加工造成困难,严重者甚至会使工件报废。作为热处理工艺员,必须采取切实可行的方法将金属材料热处理的变形控制在允许的范围之内。

  1 金属材料热处理变形影响因素

  在进行金属材料的热处理时,通常会因为材料自身的密度、结构以及外部因素的影响,而出现冷热分布不均匀的的状况。一般情况下金属材料的热处理主要分为加热、保温以及冷却三部分内容,由于金属材料受热及冷却时,随着温度的变化,其内部结构的应力也会随之发生改变,从而增加了金属材料变形的几率。大多数情况下,在进行金属材料的热处理时,都会出现因为材料内部应力分布不均匀而造成的变形,也就是通常所说的内应力塑性变形。这种变形最显著的特点是,不仅其方向性非常显著,而且发生频率也相对较高。

  金属材料内部应力结构会随着金属材料热处理的次数而发生改变,也就是说金属材料进行热处理的次数越多,内应力结构的变化也就越明显,正是因为受到这样的影响,从而导致了金属材料的结构与形状都出现了显著的变化。但是金属材料内应力塑性变形并不会影响到金属材料本身,这种变化只是针对于材料的内部结构。在进行内应力塑性变形实际的分析后发现,导致金属材料内应力产生的因数有很多种,而不同因素引发的变形方式也不同。

  在金属材料热处理过程中比较常见的内应力塑性变形主要有组织应力变形和热应力变形两种。金属材料处于温度环境下进行加热冷却处理时,必须要掌握金属材料的热应力变形,否则无法实现金属材料的组织应力变形,也就是说,金属材料自身的淬透性、材料形状以及加热冷却方式直接决定着组织应力变形。经过分析内应力塑性变形的种类和特点后发现,虽然在实际的操作过程中,已经掌握了对金属材料的加热、保温以及冷却等技术和工艺,但是经过实际的操作发现,在金属材料热处理的过程中还必须充分的重视正火、淬火、回火以及退火等工艺,才能从根本上保证金属材料热处理的质量与水平不断的提高。在金属材料热处理的过程中,必须根据材料种类的不同进行操作流程的调整和变化,同时对材料热处理过程中的相关信息数据和参数及时的收集和整理。由于目前我国针对金属材料热处理工艺的温度控制与检测能力还较为薄弱,无法准确的控制材料热处理过程中温度检测的精度,所以造成了金属材料的结构在热处理的过程中受到损坏。同时金属材料内部的不容差异也很大。如果热处理过程中没有严格的按照要求进行温度控制的话,也会导致比容变形的出现,并由此增加了金属材料热处理发生变形的几率。

  2 减小金属材料热处理变形所遵循的主要原则

  对于金属材料热处理而言,采取科学合理的措施和手段才能有效的减小变形量。同时确保金属材料在热处理过程中满足相关的工艺和技术要求,也就是说,在进行金属材料热处理的过程中,必须在科学精神、科学手段以及科学理念的指导下,以现有的金属材料热处理技术为基础,减少热处理过程中变形现象的出现。同时在进行热处理变形量降低操作时必须严格遵守相关的操作规程。一般情况下,金属材料的热处理的场地都会选择城市的近郊作为操作场地,同时其实际操作的环境也较为简陋,从而无法在热处理的过程中科学合理的处理整个过程中出现的变形现象,为了彻底改变这一现状,必须在金属材料热处理变形降低方案的应用过程中,最大限度的降低变形量方案的容错率,并采取科学合理的措施降低外部因素对热处理变形量造成的影响。从而为金属材料热处理工艺水平与质量的有效提升,奠定良好的基础。科学合理的进行金属材料热处理工艺技术的应用,对于促进企业加工的金属材料制品品质的提升,以及金属材料加工工艺的顺利实施都有积极的促进作用。

  3 减小金属材料热处理变形的有效措施

  控制金属材料热处理变形量的过程相对较为复杂,相关操作人员必须对金属材料变形量产生的因素与热处理过程中的关系进行科学合理的分析,并以此为基础,采取科学合理的方式与工艺进行热处理操作,才能确保在整个处理过程中有效的控制应力对材料变形造成的影响,为金属材料热处理质量的提高奠定坚实的基础。

  3.1 金属材料热处理的预处理要科学合理

  实践发现,经过正火处理的金属材料,不仅可以促进材料自身结构的完整性与均匀性提高,同时也会降低材料内部应力对金属材料造成的影响,对降低热处理过程中变形量有着极为重要的作用。为了提高金属材料减小热处理变形的效果,也可以选择进行退火工艺,最终实现对金属材料热处理过程中变形量的有效控制,促进金属材料热处理水平的不断提高。

  3.2 金属材料热处理淬火工艺的科学应用

  淬火工艺是金属材料热处理工作中最核心的步骤,而且具有极为重要的作用,假如使用的淬火介质不合理的话,就会造成金属材料内部应力的变化失调,最终造成材料的结构与形状受到影响。因此必须在进行金属材料热处理的过程中,尽可能的减少淬火阶段可能出现的失误,这就要求相关工作人员必须积极的进行淬火工艺的改革和创新。在进行金属材料淬火冷却的过程中,必须科学合理的调节冷却的速度,才能确保金属材料在淬火的过程中,降低材料变形量的增加。水和油是较为常用的淬火介质。为了确保冷却的效果以及淬火速度,一般情况下水温应该控制在55 65℃。如果使用油作为淬火介质的话,油温一般在60 80℃,必须提高淬火的速度,才能确保最终的冷却效果。科学合理的进行金属材料淬火介质和速度的选择应用,不仅可以有效的降低金属热处理对材料内部应力造成的影响,同时也有效控制了金属材料的变形量。

  3.3 金属材料热处理中冷却方法的科学选择

  目前,针对金属材料热处理的方式主要有双液淬火、单液淬火等方式,而所谓的双液淬火主要是将金属材料放入冷却速度相对较高的介质当中,使其温度可以在短时间内迅速的下降至300℃左右,然后再将其放入冷却速度低的介质中进一步冷却。而单液淬火则指的是利用单一的介质进行材料的冷却处理,虽然这种方式可以促进淬火工作效率的提升,但是却无法控制淬火的速度。金属热处理经淬火后的冷却环节对金属变形也有极大的影响。如果金属在热处理过程中冷却速度过快的话,就会造成金属表面冷却的不均匀,而这就增加了金属的拉应力,最终导致工件变形量的增加。必须在确保金属强度不受影响的情况下,采用预冷以及分级降温的方式进行金属材料热处理的冷却,才能从根本上降低金属冷却不均匀导致的金属内部应力组织的变化。

  3.4 科学合理的选择装夹方式和夹具

  在加热、冷却过程中装夹方式的不同,加工件形状受到的影响也就不同。必须根据零件的实际情况进行装夹方式和夹具的选择,才能降低因为热应力的不均匀所造成的工件变形。而且在实际应用的过程中可以根据应用的要求和特点对装夹的方式进行改变。

  3.5 机械加工

  如果金属材料在加工的过程中进行热处理,必须要在热处理前的机械加工过程中,留有一定的加工余量,以确保热处理过程中材料的变形量余地足够。热处理完成之后,进行工件加工时,必须根据其实际的变形规律,促进材料淬火变形合格率的进一步提升。同时在热处理过程中,所出现的变形值必须要满足工件的规定和要求,并根据实际的变形量进行加工工序的尺寸确定。

  4 结束语

  深入的研究和探讨金属材料热处理过程中的变形因素,不仅实现了对金属材料加工制造过程中变形的科学控制,同时也充分的将热处理技术应用于实际的生产加工过程中,对于我国金属材料生产能力以及产品质量的提升具有积极的促进作用,从根本上确保了我国相关产业的健康稳定发展。

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