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摘要 ：随着科技的发展，我国的能源需求不断增强， 这一定程度上促进了工业水平的进步，同时针对金属材料 的科学开发和应用研究也愈发深入。金属材料是各类机械 设备的原材料，是制造业的基石。随着工业制造规模的不 断扩大，提高金属材料利用效率，解决金属材料变形开裂 问题已是现阶段的重点研究课题。本文简要阐述了金属材 料热处理工艺的优势，对金属材料热处理变形及开裂出现 的主要原因进行分析，提出行之有效的金属热处理变形与 开裂的解决措施。
关键词 ：金属材料,热处理变形,开裂问题,解决措施
金属材料具有优秀的延展性，同时能够导电传热，结合科学技术针对金属材料的理化性能和工艺性能进行开 发利用，是多样化工业结构提高资源利用效率的重点方 向。金属材料在工业生产中占据重要地位，其中钢铁更被 誉为“工业的骨骼”，因此，解决金属材料在生产运用中的 变形开裂问题对于提高工艺水平具有重要意义。通常情况 下，金属材料在经过热处理之后各方面的性能都会大幅度 提高，通过改变金属材料表面或内部的组织结构能够达到 提升材料内在质量，控制生产成本和节约材料资源的目 的。在机械设备制造业中，金属材料的热处理工艺带来的 经济价值和使用价值不可估量。由于我国重工业的发展历 程较短，在技术、设备方面虽然已经取得了一定的成果， 但是金属材料热处理工艺中仍存在大量生产利用难题，其 中变形、开裂是困扰行业领域的主要问题。
1 金属材料热处理工艺的优势
热处理工艺会将金属材料的物理性能、机械性能、化 学性能和工艺性能在一定程度上放大实际效果，并不会从 本质上改变金属材料的化学性质，这更有利于科学家从金 属材料的化学物理性质出发开展课题研究。组成机械设备 的工艺零件由于工况不同，需要材料有一定的耐热性和热 强性。而在日常生活中，离不开电运用，需要不同的设备 连接实现电能和化学能的转换与储存，这与金属材料的导 电性相对应。针对金属材料的耐热性和导热性进行研究， 开发过程为工业生产和社会发展带来诸多便利，但是金属 材料也存在其他缺点，比如部分金属易氧化光泽性维持不够久，部分金属使用寿命低需要定期更换，部分金属价格 高昂不能大范围利用，这在一定程度上都阻碍了金属材料 的深入开发与利用。因此，为了满足社会发展需求，合金 工艺开始运用，通过热处理将相似化学性质的纯金属混 合，能够提高材料质量，扩大其综合性能。热处理工艺只 会改变金属材料的运用结果，并不会对金属材料内部的分 子性质和组成结构造成影响，所以，金属材料在经过热处 理工艺后，仍会保留原有性质，同时从化学性能、工艺性 能和物理性能等方面进行优点放大，以此增强金属材料的 耐用程度提高其工业价值。热处理工艺为金属材料创造高 温、高压的外部环境，对金属材料的内部结构进行打乱重 铸，从强度、硬度等方面提高金属材料在各类环境中的耐 用性， 让金属材料能够抵抗极端环境下产生的高温、高压、 腐蚀等问题。比如，铁本身容易氧化，在与氧气和水分接 触后会生成铁锈，在正常温度湿度下保存时间都不长，但 如果给铁制品进行热处理进行表面镀铝，让铝与氧气发生 反应后生成氧化铝，两性氧化物极具稳定性，耐腐蚀，附 着在铁制品表面形成一层致密的保护膜，阻挡铁在空气中 发生反应，从而提高生活工具、机械零件的使用寿命。热 处理工艺对于提高金属材料使用寿命和利用强度具有重 要意义。
2 我国金属材料热处理工艺现状
金属材料是工业生产的基础，在制造业飞速发展的当 下，对金属材料的需求日益增加。热处理工艺能够赋予金 属材料更加强大全面的综合性能，是我国现阶段提高资源 利用加强生产效率的主要途径。在热处理过程中，金属材 料会因突然又强烈的压力和温度变化造成性能威胁，出现 材料分离问题。我国相关技术部门必须深入对金属材料热 处理变形及开裂问题的解决措施研究，促进工业进步。从 技术运用、设备支撑、理论开发、人员储备等方面综合考 虑，我国金属材料热处理工艺仍有巨大的进步空间。在实 际生产过程中，大型企业具有原料开采、加工等工程，对 金属材料的热处理工艺只是生产中的一环，因此，热处理 工艺大部分情况下重视程度都不高，在企业的内部生产车 间中，热处理功能缺乏技术革新和资金研发。热处理工艺需要创造高温高压的外部环境，对能源的消耗量巨大，我 国现阶段的大部分企业并未针对某一类金属材料进行专 门的工艺炼化，热处理效率低下，造成了资源浪费。另外 在成品质量方面，由于渗碳工艺在技术和设备上的缺陷 性，导致金属材料热处理过程中对含碳量控制不足，造成 同一生产线上仍然出现质量参差不齐的产品，经过返修处 理后会造成资源浪费。在人才储备方面，鉴于我国的教育 机制，往往我国倾向于培养研究型人才，同时研究型人才 在学习资源、学习资金方面也比技术型人才更加宽厚，但 是实际上很少出现研究方向上的创新和理论方面的飞跃， 这在一定程度上阻碍了金属材料在开发利用方面的进步， 导致热处理行业缺乏高经验的专业人才。
3 金属材料热处理变形及开裂出现的主要原因
3.1 金属材料热处理受内应力影响塑性变形
在热处理过程中，金属材料在高温高压环境下极易 受到应力影响，造成原始组织结构改变。在企业的实际热 处理车间中，大面积大密度的金属材料堆积，金属组织之 间，车间环境与金属材料之间的改变都会让金属材料受到 性能影响，让金属材料内部的碳化物造成形态结构改变， 同时金属材料的内部纤维结构、密度也会发生改变，这会 造成金属材料在内应力作用下造成塑形和变形，影响金属 材料的使用效果和利用效率。金属材料在热处理过程中会 经过加热、保温和冷却三个阶段，如果在这三个阶段金属 材料分布不均，各个范围的受处理程度不相同，这会造成 金属组织在形态结构上表现特征不统一，从而在金属材料 内部形成内应力，在内应力的作用下，最终的金属成品会 产生塑形变形问题。比如在钢碳的热处理过程中，回火第 一阶段会产生马氏体的分解聚变，热轧和冷轧会让金属材 料受自身应力的影响在塑形过程中缺乏控制，最终发生形 变，影响金属材料的进一步处理。
3.2 金属材料热处理的比容变形
金属材料在企业车间进行热处理时，经过多年的技术 发展，现阶段大部分企业都能够为热处理工艺创造科学合 理的预期使用条件，但是出于细节管理不严和重视程度不 高，金属材料的热处理工艺在具体操作和使用过程中依旧 存在问题，各个处理环节的问题堆积最终使金属材料发生 形变。比如在冷处理过程中，低温回火现象是造成金属材 料变形的重要因素，也成为我国热处理工艺中急需革新的 难题。在热处理的实际过程中，冷处理环节在时间 、时机 和外部环境方面稍有控制不当，就会产生低温回火现象， 对已经产生初步形态结构的金属材料造成二次形态改变。 在金属材料热处理的过程中，高温高压的短时间环境冲击会让金属材料的内部组织产生相变，此时金属材料的体 积、密度都会发生改变，其中的碳元素和微量金属元素极 易受到受热不均、冷却速度不等的影响，从而让整体的金 属材料形成微小的尺寸改变，比容形变的方向无法确定， 加大了控制难度。
3.3 热处理中的冷却方式选择有误
许多生产企业在金属材料热处理的过程中，冷却环节 倾向于化学模式的工艺方法。化学模式的热处理工艺取得 的处理效果显著，由于外部化学物质的添加或者反应环 境的改变，容易让金属材料在热处理过程中发生性能改 变，主要的性能改变包括金属材料在硬度、耐热性、抗氧 化性和抗腐蚀性方面的强化，但是化学模式下的热处理方 式不受预期控制，一旦反应模式偏离正常轨道，就要对金 属材料进行二次处理，既加大了资源消耗，又影响了热处 理效率。冷处理环节是对金属材料已经形成的综合性能进 行加固深化，在热处理工艺中占据重要地位。在车间的实 际操作中，对冷却环节的技术选择和设备应用有着较高的 要求，如果出现操作失误就会引发金属材料冷却不均匀问 题，让金属材料发生形变，影响金属材料的后续加工，造 成资源损失。
3.4 温度把控不合理
每类金属材料的熔点不同，同类金属材料在不同温度 下内部的分子运动强度也不同，内部组织的活跃状态让金 属材料在不同温度下显示出不同的性能特征和反应活力。 在金属材料的热处理过程中，加热、冷却、保温三个阶段 对环境温度有着不同的要求，如果在操作过程中缺乏对温 度的严格管控，会让金属材料在工艺环节中的形态塑造发 生超出预期的改变，在金属材料内部发生反应时外部出现 不合时宜的温度改变还会造成材料分离引起开裂问题。在 热处理过程中，需要在各类环节开始前对金属材料进行精 密温度测量，然后按照行业要求和国家标准进行温度控 制，否则会让金属材料在热处理过程中直接报废，超出反 应条件之后化学反应速率不受控制，严重者会产生爆炸现 象，对车间人员造成生命威胁，对企业造成设备损失，滞 后企业整个的生产经营进程。
4 应对金属热处理变形与开裂问题的解决措施
4.1 科学合理选用金属钢材
在实际的机械制造业中，如何避免金属材料在加工处 理中发生的变形与开裂问题是当前所研究重点。在企业的 热处理过程中，企业必须派出专业的技术人员对需要加工 的金属材料进行全方位的性质了解，再对加工现场的工艺 流程和设备支撑进行全面核验，对生产加工处理的机械设备进行数据监测确保其能够正常运行。同时，针对实际情 况适当调整处理方案，提高处理效率。在企业的生产过程 中，高淬透性合金钢、微变形钢与碳钢都是常用物质，企 业的技术部门必须针对不同的金属材料进行不同的方案 预设。比如如果最终的金属工件具有大尺寸截面或者外部 形状较为复杂，就可以选择高淬透性合金钢类型的金属材 料进行加工处理。如果金属工件形态复杂，对重量、密度 和轻度有要求，此时的制造任务对原材料具有极高标准， 企业就可以选择微变形钢进行加工处理。而合金钢类型的 金属材料容易碎裂和变形，可用于船舶、飞机、火箭等大 型器具的重要零部件塑造。
4.2 严格把控金属材料热处理过程中产生的应力
金属材料在热处理开始前和热处理过程中都会产生应 力作用，从而引起金属材料的形变，影响金属材料的后续 加工与处理。但是这种应力作用也可以在热处理过程中通 过温度控制来消除。在金属材料的热处理过程中，温度是 控制反应的重要因素，利用温度改变对反应速率进行干扰 就能抵消或消除金属材料在应力作用下产生的形变。比如 在车间的实际操作过程中，在加热环节对金属材料的温度 加热到一定温度，然后进行恒温保存，在开始恒温保存的 过程中，恒定的环境温度会抵制金属材料内部的纤维结构 发生改变，然后应力会逐渐消失，金属材料的形变过程就 会停止。根据实际经验和资料总结，当恒温保存过程中的 温度越高，金属材料内部的分子运动就会更快，应力消失 的过程越短，在应力作用消失后再转换处理环境进行下一 步的冷却处理。在热处理过程中，还可以对金属材料进行 强幅度的温度交替，将金属材料置于容器中布置均匀，然 后以固定温度升降范围和固定处理时间对金属材料进行不 断的降温升温，再降温再升温，这种有规律的强烈性冷热 交替会在金属材料内部产生新的应力，从而与原有的应力 进行抵消， 避免形变现象。除了温度控制外， 高密度敲击也 能消除金属材料内部的应力作用。相比于温度控制，敲击 需要反复进行，工作量大效率低，不过对设备和技术水平 要求不高， 但是效果显著同时短， 同时还具有不可逆性。在 企业的实际生产过程中，工作人员需要以金属材料的类型 为依据，依据当时的处理条件，选择合理的方法严格把控 金属材料热处理过程中产生的应力， 提高资源利用效率。
4.3 强化热处理工艺中的物性计算
温度是影响金属材料性能发挥与改变的关键因素。在 热处理工艺中，温度和时间也是考察金属材料加工进程的主要参数与指标。在企业的具体生产环节中，工作人员必 须结合自身企业的设备资源和原料储备，根据最终金属工 件的形态特点和重量要求选择具体的工艺方法，最大限度 提高金属材料的综合性能和质量，避免二次加工造成资源 浪费，影响企业的业务水平。另外，还要严格把控成本消 耗，提高生产效率，在减少原材料浪费和环境污染的基础 上提高企业每一个项目的经济效益。由于金属材料种类繁 多，涉及的热处理工艺也不尽相同，其中比较常见的包括 退火、热处理与冷处理。企业的工作人员在设计处理方案 时，必须完善热处理工艺中的物性计算工作，结合不同因 素和影响条件来选择不同的处理方式。同时避免因为冷却 速度过快而产生的金属材料退火现象，整个处理工艺必须 为最终金属工件成品保证最基本的强度、硬度要求，然后 进行形状切割，扩大原金属材料的综合性能，延长使用寿 命。在金属材料正式开始加热处理之前，工作人员还要对 金属材料进行预处理，对原材料的表面特征和内部结构进 行微观层面的深入分析，对原材料的物质成分和含量占比 进行数据记录，然后确定整个处理过程中每一个环节的环 境要求，从而适当调整处理方案。原材料的性能参数是最 终成品金属工件性能的基础，工作人员必须根据客户要求 对原材料严格筛选，在满足要求的基础上合理选择原材 料，提高生产效率降低生产成本，还要去除原材料中的杂 质和有害物质确保其纯净性，避免加工处理过程中出现因 素干扰产生不可控的化学反应，影响成品质量，对车间设 备和工作人员造成安全隐患。
5 结语
综上所述，热处理是提升金属材料综合性能的重要加 工手段之一，由技术水平有限和操作管理不当产生变形以 及开裂问题对工业生产效率和成品质量管控造成了严重 影响。行业领域内的相关人员必须结合理论与实际，不断 总结反思，从根源上制定出降低金属材料出现形变分裂问 题几率的解决措施，促进我国机械设备制造业的技术进 步。同时， 相关工作人员应该对相关问题引起高度的重视， 并且积极学习先进技术，运用创新的思维方式，促进这一 工作能力的全面提升，也促进我国经济和社会的稳定发 展。
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