金属材料热处理变形问题及开裂问题的解决措施研究

金属材料热处理变形问题及开裂问题的解决措施研究

周锴, ,张宇慧, ,师玉英, ,周动林

中国航发哈尔滨东安发动机有限公司  黑龙江省哈尔滨市   150066

摘要：近年来,我国航空航天、武器装备等领域对产品轻量化设计、高强度高硬度新材料的应用及智能制造技术要求越来越高,与之密切相关的热处理技术已经成为机械加工中一个必不可少的工艺方法,但工艺技术人员在应用热处理方法与安排热处理工序在工艺路线中的位置时感到迷惑,甚至无从下手,主要原因是相关工作者缺乏解决实际生产矛盾的经验及对热处理知识的匮乏,而从工艺路线角度划分热处理方法具有重要的指导意义,便于理解、掌握与应用。“选对、应用好热处理方法,充分发挥热处理技术在制造全过程中的作用,提升制造技术,保证产品质量,提高加工效率”是机械制造业永恒的主题。

关键词：金属材料；热处理；变形问题；开裂问题；解决措施

引言

由于影响金属材料热处理效率和影响加工生产的外部因素，金属材料的热处理可能会产生问题。因此，有必要加强对金属材料热处理的技术研究，并制定解决金属材料热处理引起的变形和裂纹问题的办法，以确保金属材料的完整性和良好的综合机械性能，在这种情况下。

1金属材料的概念、类型与性能

金属材料指的是光泽性、导电性、延展性以及传热性良好的材料，主要包括黑色金属、有色金属以及特种金属这三种类型。其中，黑色金属主要指钢铁等材料，例如碳含量在0.0218%以内的工业纯铁、杂质总含量在0.2%以内的工业纯铁、含碳量大于2.11%的铸铁等。从广义角度来看，黑色金属也包括铬、锰、合金等材料。有色金属材料指的是除黑色金属外的金属及合金，包括诸多类型，例如重金属、贵金属、半金属、轻金属等，其强度及硬度都更高一些。特种金属材料指的是功能金属材料、结构金属材料等，常见的有非晶态金属材料等。金属材料的性能有很多，例如，疲劳性、塑性、耐久性等。金属的疲劳性指的是在承受交变载荷的状态下，即使金属材料的屈服极限高于应力水平，但在长期受到应力影响后，金属也会出现脆性断裂的情况。相比于其他材料，金属的疲劳性较为独特，例如，其载荷应力是交变的；交变载荷作用的时间相对较长；当金属材料承受不住载荷后会瞬间断裂；无论是脆性金属材料还是塑性金属材料，在疲劳断裂区中都存在脆性特点。金属材料的塑性指的是，材料在载荷外力作用的影响下出现塑性变形的情况，主要利用了金属材料的断面收缩率及长度延伸率衡量材料的塑性。金属材料的耐久性具有均匀腐蚀、电偶腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀、应力腐蚀等特点。技术人员需要根据金属材料的类型以及性能对其进行热处理，从而优化材料性能。

2热处理变形开裂的原因

2.1热处理原因

一般来说，目前公司对金属材料进行的热处理会选择冷却和加热模式，并伴随着连续的热处理，因为热膨胀和收缩的表现直接决定金属材料的体积调整。强调从金属零件的角度来看，如果加工过程达到震动温度条件，尽管零件强度继续下降，但对于金属零件强度而言，当内部应力大于内部应力时，塑性处于相反的状态-会引发塑性变形的危险。

2.2残余应力引起

在正常条件下对金属材料进行热处理不会引起变形和裂纹问题，但在热处理过程中，如果金属材料的总应力超过临界值，则壳应力可能导致变形或裂纹。此外，金属材料可能受到工作环境、工作环境等因素的影响。从而降低了金属材料的耐蚀性和抗裂性，甚至降低了金属材料表面控制裂纹保护膜的断裂性，导致金属材料变形或局部裂纹，从而影响了金属材料的寿命和质量。

3金属热处理变形与开裂的解决方案

3.1金属钢材的选用

在新的发展背景下，为了避免机械制造企业加工过程中出现金属材料的热加工变形和裂纹问题，工作人员必须首先对加工现场条件的各个方面进行全面调查，选择不同类型的金属零件 这就要求工作人员制定单独的处理计划。对于高渗透性合金钢，如果存在大型截面或复杂形状零件的生产标准等，工作人员可以选择这种材料。面对要求非常高标准的复杂形状制造任务，工作人员可以选择微变形钢制造金属部件；最后，它是一种合金钢，主要用于易开裂和变形的零件，如Cr12MnV等。

3.2减少金属材料热处理过程中产生的应力

如果控制金属材料热处理过程中的温度变化，则还可以通过热处理消除金属材料热处理产生的应力。例如，金属材料的温度在一定的温度下加热，然后保持在恒定的温度下，在该温度下应力消失得越慢，温度越高，应力消失得越快，最后冷却。金属材料也可以连续冷却、加热、冷却和加热，热/冷交替产生的应力可由原始应力抵消，以减少残馀应力。除热处理外，还可以通过冲击和频率传输等方法消除应力，但这些方法各有优缺点，冲击负荷大，冲击效率低，频率传输成本高。根据金属材料和生产条件，可以选择适当的加工方法来减少和消除由此产生的应力。

3.3做好热处理前的准备工作

金属材料热加工变形和裂纹的主要原因是正火和抖动。在正火和抖动过程中，由于热处理温度较高，金属材料的内部变形可能会出现明显问题。对于这类问题，工作人员必须采取有效措施，在热处理前控制热处理温度，以避免由于严重的温度误差而降低金属材料的性能和使用质量。使用正火后，可以使用同等温度的软火来确保金属材料的内部结构统一，从而有效控制金属材料的内部变形。此外，为了提高正火效率，工作人员必须根据金属材料的内部结构选择最佳退火方法，稳定不同温度阶段的金属材料结构，以控制金属材料热处理引起的变形问题。

3.4热处理在整个工艺路线中的顺序

设计热处理在整个工艺路线中的顺序是制造产品的首要任务与关键点之一,依据产品图样上的材料和技术要求安排热处理在工艺路线中的顺序是制定工艺方案的原则,此外,为避免机械加工与热处理加工间的工艺脱节,在制定工艺方案和组织生产准备时,各专业的技术人员应互相沟通,处理好热处理与前后工序间的关系,共同解决工艺上的难点。在保证质量的前提下,结合生产条件,对技术路线进行全面分析论证,以最小的加工余量、最优的工艺方法、最优的工艺路线完成工艺设计,保证产品精度。在生产实际中,往往会遇到结构复杂的零部件,全工艺流程长且涉及包括热处理在内的多个工种,在工艺设计时应兼顾每个工种的实际加工能力全盘考虑,合理安排工序,使产生变形大的工种分散开,并在相邻的后续工序中安排去应力及机械加工等工序,使工种间的精度有效地结合,达到多工种工艺协调的最优化,一般以热处理工序为界划分不同的加工阶段。

3.5保证零部件配置的合理性

金属零部件的结构也是导致变形的原因。金属材料因为厚度不同，冷却的速度也不同，所以，工作人员在进行金属零件热处理时，采取有效措施减少材料薄厚的误差，将变形和开裂问题集中在可控制范围内，从而保证金属零部件表面的均匀状态。在金属零部件设计阶段，要尽量避免棱角和沟槽的出现，这样才能最大限度降低金属零部件热处理产生的变形和开裂问题。

结束语

灵活应用热处理工艺与技术有利于优化金属材料的性能，提高产品质量。为此，需要综合分析热处理工艺对金属材料抗疲劳性、耐久性以及切割效果的影响，根据实际情况优化热处理工艺与技术，充分发挥退火、正火等一般热处理工艺的作用以及激光热处理、热处理CAD技术等特殊热处理技术的作用。同时，应加大对金属材料热处理工艺与技术的研究力度，不断探索新工艺与新技术，进一步优化金属材料的热处理效果。

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