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摘要 ：为降低金属材料热处理变形概率，切实提升金属材 料的加工质量， 使得金属材料的质量可以切实符合使用要求， 本 文将对金属材料热处理变形的影响因素及控制策略进行分析。 首先对热处理变形进行阐述，其次对金属材料热处理的变形类 型进行简析， 再次对其影响因素及原则进行解析， 最后对其控制 策略进行分析， 以供参考及借鉴。
关键词 ：金属材料,热处理,变形,影响因素,控制策略
金属材料热处理技术是当前金属加工技术中的重要组成部 分，通过对金属材料进行热处理加工， 可以有效的提升金属材料 的使用性能以及耐磨损程度，并最大限度的延长金属材料的使 用时间。但是在对金属材料进行热处理的过程中， 由于受到诸多 方面的影响， 使得金属材料在热处理过程中发生了变形， 严重的 降低了金属材料的质量。因此， 需要金属材料热处理技术人员对 其变形的因素进行综合的分析， 并制定出控制策略， 以此来全面 降低金属材料在热处理过程中变形的机率，提升金属材料的整 体质量， 以促进我国工业领域的长足发展与进步。
1 金属材料热处理变形综述
1.1 热处理变形原理分析
热处理技术就是一个对金属材料进行加热、保温以及冷却 的过程， 在对其进行处理的过程中， 金属材料整体结构会随着自 身温度的变化发生相应的改变，从而在过程中产生一定的热应 力及组织应力。若是从力学的视角上来看， 当金属材料的内部应 力过大， 且超过自身的塑性红线时， 金属材料自身就会产生一定 的形变， 塑性形变也是当前金属材料变形的主要类型之一。
金属材料在加工的过程中，因为其表面温度存在差异，从而 生成了相对不均匀的应力， 称之为热应力。在对其进行加热的过 程中， 材料的表层温度是要高于其内部温度的， 表层受热开始膨 胀，内部温度尚未达到膨胀温度，那么材料表层就会受到压应 力，而材料的内部就会受到拉应力。当其内部温度开始升高时， 金属材料就会发生一定的变形，整体的表现为金属材料的体积 增大。在金属材料开始冷却时， 其表层温度下降的速度是要高于 内部， 表层温度下降就会产生拉应力， 内部温度下降便开始进行收缩， 形成压应力， 这种应力会在其冷却结束后仍残留在材料内 部，从而形成残余应力。
在金属材料进行热处理的过程中，由于材料各个部位的冷 却时间不同，导致其在组织转变的过程中存在一定的时间差异， 由此所引发的应力便被称为组织应力。在对材料进行淬火的过 程中，金属材料的表层会形成马氏体，从而导致其体积变大。但 是材料内部的温度冷却的相对较慢， 使得其成为奥氏体， 其体积 保持不变， 进而在金属材料的表面形成的受拉应力， 而在其内部 形成残余应力。
1.2 温度场机理分析
对金属材料进行热处理其实是一个非线性过程，若是将其 淬火过程为例，其非线性可以分为三个方面来进行阐述。第一， 金属材料的表面换热系数并不是一成不变，其系数的范围会随 之温度的变化而变化。第二，在相变过程中，热处理会产生相变 潜热。第三，其导热系数以及比热系数是温度的函数，会随之组 织应力的变化而发生变化。
在金属材料热处理的过程中，其初始条件也就是初始温度 场，初始温度场的温度是一个变量， 倘若初始温度条件相对较为 平均，将金属材料进行加热，再经过一段时间的保温，使得金属 材料表层与其内部温度达成一致。若技术人员对其温度数值进 行计算， 便可以根据其初始温度场的温度数值， 来对其金属材料 的受力平均度进行有效的分析。
2 金属材料热处理形变种类分析
在金属材料热处理加工中，金属材料出现变形的概率是相 对较大。若是从加工工艺的角度而言， 其金属材料热处理变形的 种类可以分为两种。第一，金属材料的比热容形变，出现这种形 变的主要原因是金属材料内部存在一定的碳元素以及其他金属 元素。根据调查显示，合金金属出现热处理变形的概率最高。因 为合金金属的比热容形变与其金属元素的比热容是存在一定联 系，在对其进行加热的过程中，金属元素会发生形变，且形变方 向不一致，从而导致金属材料出现形变。第二，金属材料中的内 应力塑性出现了形变，出现这种形变的主要因素是由于金属材料受热不均， 冷却速度存在差异所导致。
3 影响金属材料热处理变形的因素分析
3.1 冷却影响
在对金属材料进行热处理时，由于金属材料受到高温影响， 其金属材料自身所具有的特殊属性会导致其在热处理的过程中 出现低温回火的情况，从而导致金属材料的形状以及尺寸发生 一定的变化， 从而在其冷却阶段， 因为冷热不均而发生一定的变 形。这就需要技术人员对冷处理技术以及热处理技术进行改进， 确保在热处理的过程中不会对金属材料的内部结构造成影响， 并将金属材料的马氏体以及奥氏体进行互相转化，对金属材料 中的碳化物进行析出， 以此来改变金属材料的变形情况， 从而提 升金属材料的质量。
3.2 淬火影响
对金属材料进行淬火，是其加工过程中的重要一环，其淬火 工作的质量与热处理质量息息相关。并且淬火工作对其变形有 着相对较大的影响， 将金属在淬火介质中进行冷却， 能够对其特 殊性质进行提升。因此在对淬火介质进行选择的过程中， 技术人 员要科学严谨。同时在淬火的过程中要不断的进行搅拌， 对搅拌 速度以及方式进行严格控制，以此来保证金属材料的热处理加 工质量。
3.3 预处理影响
金属材料进行预处理的主要作用就是将金属材料中的内部 应力进行清除，使得金属材料在进行热处理的过程中不会发生 变形。当前相对较为常见的热处理方式为正火处理法， 正火处理 法可以将金属材料中的残余应力进行全部的清除。但是正火处 理法在使用的过程中会受到一些外部因素的影响。使得其内外 温差变得过大，现冷热不均的情况，进而导致金属材料的内部 组织结构发生变化， 并出现变形的现象。或是技术人员在进行正 火处理的过程中， 由于自身的操作失误， 导致正火处理出现了问 题，也会增加金属材料热处理变形的概率。
3.4 应力影响
技术人员在对金属材料进行热处理过程中，因为金属材料 的内部构造、比容等要素各不相同， 会导致金属材料在热处理过 程中出现温度分布不均的情况。一般情况下是由于其冷却温、湿 度变化以及高温加热等因素改变而导致，从而使得金属材料出 现了变形， 针对温度的变化而言， 会导致其材料内部出现不同的 作用力， 并与外界的压力进行对抗。因为当前金属材料内部构造 的不同， 使得其对外界压力的应力也不相同。从而导致其金属材 料出现了一定程度的形变，进而造成其在冷却阶段无法对其以 往的形状记性恢复，从而导致其金属材料的热处理加工质量无 法满足实际的金属材料加工质量需求。
4 金属材料热处理变形控制原则
简易原则强调金属材料热处理加工一般都是在城郊地区进行，若是场地条件限制金属材料的热处理加工， 那么技术人员需 要切实提升有关处理技术， 提升金属材料的容错率， 从而控制其 变形，以此来降低外部因素对于金属材料热处理加工技术的影 响。金属材料在进行热处理变形控制时要秉持科学的原则， 要对 热处理技术的工艺以及实际性能进行联系，切实保证金属热处 理加工技术标准满足加工技术需求。实用性原则强调金属材料 热处理加工是当前自然界变化中的一种极为重要的社会行为， 对当前的自然界转化有着极为重要的推动作用， 在从零到有， 从 小及大的过程中，需要进行加工的金属材料种类变得越来越多， 其加工技术成本在其加工处理工作中的比重变得越来越高。
5 金属材料热处理节能技术分析
当前，我国金属材料热处理加工一般都会借助回火处理来 有效地提升其钢板的性能。但是技术人员在对回火炉进行应用 的过程中，会将其温度精度控制在 15 度左右，但该温度与热处 理加工标准中的温度数值不相符。为了切实提升金属材料热处 理加工技术的节能性和精密性，技术人员可以借助精密化低温 回火炉装置， 利用高速热风循环加热技术， 进行行之有效的强制 对流加热处理， 之后借助路形结构进行热回收。使用该项节能技 术的优势在于通过对强制对流进行加热提升其换热效率，最大 限度地提升其热能供应的平均性，保证其金属材料在热处理加 工中的升温速度快、受热更为均匀。
除此之外，技术人员还可以借助真空热处理技术。真空热处 理技术是指在真空环境下进行的热处理加工技术，在真空环境 下，可以有效的降低金属材料的低压渗碳， 从而使得其金属材料 所需要的热加工处理技术周期变短。由于该项热处理加工技术 需要在真空环境下进行， 对加工环境的需求相对较高， 使得其在 我国尚没有全面的展开，在全国金属材料热处理加工技术使用 中占比 5%，与西方发达国家之间仍存在一定的差距，这也说明 我国的金属材料热处理加工技术仍有进步的空间。
6 金属材料热处理变形控制策略分析
6.1 提升金属材料热处理的淬火工艺水平
金属材料的淬火工艺是其热处理加工技术中的核心，淬火 工艺的质量高低将直接影响到整体的热处理加工质量。金属材 料中的应力是变量，淬火温度以及淬火介质是影响金属材料变 形的主要因素， 倘若其内部应力高， 其内部结构势必会随之发生 变化。所以， 在对其进行热处理加工时技术人员需要对其淬火环 节给予高度的关注及重视，并要根据实际的淬火情况对其热处 理的温度进行控制，同时要对淬火的介质进行科学合理的甄选，最大限度保证金属材料的受热均匀以此来对金属材料热处理变形进行有效的控制。
当前相对较为常见的淬火介质包含盐水及水油。倘若技术 人员甄选水油为淬火介质，那么对其进行淬火的温度就需要控 制在450℃~ 550℃之间，其冷却速度要控制在每秒 500℃。若是 将盐水作为淬火介质， 那么其冷却速度就会提升， 其冷却速度为 水油介质的两倍左右。例如，水油介质的温度为 550℃，那么其 冷却速度为 600 度每秒，若是温度不发生变化，而将水油转变成 为盐水，那么其冷却速度将会提升至 1200 度每秒。若是在金属 材料淬火过程中选择盐水作为淬火介质，那么技术人员就需要 对其冷却的实际要求进行明晰，并对淬火介质的温度进行行之 有效的控制， 以此来降低金属材料热处理变形出现的风险概率。
在对金属材料进行热处理加工的过程中，其机械环节的冗 余度需要被控制在一个合理的范围之内，以此来对当前的金属 材料变形进行预防，最大限度的提升其金属材料的淬火通过率。 若是从实际的淬火工艺上而言，为了切实保证其金属材料的热 处理质量，技术加工人员需要对其金属零件的基本性能进行详 实的了解与掌握，并以此来甄选出合适的吊具，对金属材料的 热应力不均衡的问题进行有效处理。在金属材料被热处理加工 时，技术加工人员需要对其处理技术以及施工工艺进行熟练的 掌握， 并深刻的认识到金属材料发生变形的机理以及规律， 从而 更好的对淬火合格指标进行精准的把控，对金属材料的变形率 进行有效的遏制。
6.2 甄选科学合理的冷却方式
在对金属材料热处理的过程中，其冷却处理技术是其重要 的一环， 若是在冷却处理的环节出现了问题， 就极有可能导致热 处理的金属材料出现变形，所以需要技术人员对其冷却方式进 行科学合理的选择。当前淬火冷却方式一般可以分为四种， 分别 为分级式淬火冷却方式、单介质式淬火方式、等温淬火方式以及 双液淬火方式。其中分级式淬火冷却方式最大的特点就是其进 行淬火的金属材料的应力相对较低，其优势在于分级式淬火方 式可以有助于提升金属材料内部的组织结构质量最大限度的降 低其金属材料的变形概率，在技术人员使用分级式淬火冷却方 式进行淬火时需要注意， 在其金属材料进行冷却的过程中， 技术 人员需要添加一些碱液或是盐液。单介质式淬火冷却法的最大 特点为其可以自行进行冷却，其优势为可以在一定程度上明显 的提升其金属材料的实际冷却效率，但是对其进行使用的过程 中，需要技术人员对其淬火过程进行实时化的观测， 以此来有效 的防止其变形问题的出现，但是技术人员需要值得注意的是单 介质淬火冷却方式的冷却时间相对较长，且成本预算相对较高。 等温淬火冷却方式的最大特点适用一些精密度相对较高的金属 材料，其优势为可以对一些精密性极高的金属材料进行冷却，使用等温淬火冷却法进行淬火冷却的过程中，技术人员需要提 前知晓其冷却时间相对较长却成本高的特点。双液淬火冷却法 其最大的特点为可以适用一系诶组织结构相对较为复的金属材 料，其优势为可以最大限度的对金属材料的变形问题进行有效 的改善， 但是在使用该种淬火冷却方式时， 需要借助预处理环节 的帮助与配合。
以上都是较为常见的淬火冷却方式，每种方式都有其自身 的优势和注意事项。技术人员应根据实际情况进行选择。技术 加工人员可以根据金属材料的特性选择合适的方式，以此有效 提升金属材料热处理加工水平，切实保证金属材料的加工质量。 这有效提升了我国金属加工行业的发展效率和质量。
6.3 提升预处理水平以及零件结构配置水平
对金属材料进行预处理加工一般分为正火以及退火两个环 节，在正火处理中，因为温度的存在差异，使得金属材料内部的 应力增大，变形的概率提升。因此，在正火环节，技术人员要对 其温度进行控制， 等到正火热处理完成后， 便可以使用温淬等方 式，来使其金属材料的受热变得均匀， 从而对金属材料的变形进 行有效的控制。在退火热处理中， 技术人员需要对其温度阶梯进 行有效的控制， 以此来提升金属材料热处理的质量。
在对金属材料进行热处理加工时，工艺顺序并不是固定不 变的， 因为不同的金属材料具有差异， 导致其热处理加工工艺存 在差别。在某些金属材料加工过程中，热处理加工是最后一步， 但在其他金属材料加工中可能是中间步骤之一。技术加工人员 需要认真进行金属材料的预处理工作，并仔细观察余量，并对 余量进行科学合理的保障。在金属材料进行热加工处理后， 技术 人员需要根据实际加工情况评估是否需要进行第二次热处理加 工， 以控制金属材料的变形问题， 并提高热处理加工质量。
除此之外，金属材料的组织结构也会对热处理以及冷却处 理造成影响。当金属材料的厚度过高时， 其冷却速度也会随之降 低。所以在对金属材料进行生产制作的过程中， 要降低金属材料 的厚度差异， 所有构件的接口处必须保持均匀， 在对其进行设计 时，要最大限度的减少槽以及角的出现。
7 结论
综上所述，金属材料热处理变形会对金属材料的加工质量 造成一定的负面影响， 对金属材料的实际使用产生危害， 降低其 使用寿命。因此，需要技术人员对其变形的因素进行综合的剖 析，并制定相对应的解决措施， 来不断的提升金属材料热处理加 工的质量， 切实保证金属材料的质量， 进而全面促进我国工业加 工事业的繁荣发展。
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