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金属材料热处理变形开裂问题分析

2019/09/25 阅读:

摘要:近年来,在工业生产蓬勃发展的影响下,各行各业对金属材料的需求量愈来愈大,金属材料广泛应用于机械设备的制造方面。利用热处理技术进行金属材料深加工,能够提升金属材料性能,保证其稳定性。本文将针对金属材料热处理变形及开裂问题进行研究。

关键词:金属材料;热处理工艺;变形及开裂

1金属材料热处理工艺的应用及其优势分析

1.1金属材料热处理工艺的应用

金属材料热处理分为四个步骤:退火、正火、淬火、回火。在热处理过程中,将金属材料放进特制装置中,加热到临界温度30°~50°之间,保温暂缓一定时间,再进行缓慢冷却,以此提高其各项性能。

1.2金属材料热处理工艺优势

提高金属材料各项性能:金属材料热处理工艺的应用,使金属材料经过多重方式的淬炼,减少金属材料中存在的网状碳化物等杂质,细化金属颗粒,消除金属材料内应力,从根本上提高金属材料的韧性与强度,有助于其在工业生产中得到更有效的利用。帮助金属材料塑型:金属材料在热处理过程中,原子结构受热应力与重力势能的双重作用,原子结构被破坏充足,在加热过程中金属材料得到一定程度的软化,降低了金属材料塑型的难度,工业生产方面可根据实际需求对金属材料进行再塑型,用于制作一些较为精密细致的机械零件。延长金属材料的使用寿命:金属材料热处理工艺的应用,从根本上提升其力学性能,帮助其能够抵抗局部塑性形变或抵制表面损伤的能力,使其在热应力与重力势能的作用下不断裂,能够有效抵抗金属材料断裂问题,减少应金属材料超负荷运转而带来的各项问题,真正的延长金属材料的使用寿命,降低工业生产成本,获取更高的经济效益。

2金属材料热处理中造成变形与开裂的主要原因

2.1金属材料热处理过程中的冷却方法选择错误

金属材料热处理过程共分为退火、正火、淬火、回火共四个步骤,在这一过程中,对于冷却技术的要求较高,冷却技术选择错误,容易导致金属材料冷却不均匀问题的出现,不利于金属材料产生拉伸应力,对其后期应用产生不利影响。目前金属材料热处理中主要应用双液淬火与单液淬火两种方式,这两种方式各有其优势及缺陷所在,双液淬火法能够实现金属材料的快速降温,但其淬火效率较慢,而单液淬火法使用于热处理工作量较大的金属材料,但其淬火速度不可控。金属材料热处理过程中对冷却方法的选择不当,影响金属材料的变形有效控制应力,不利于热处理质量的提升,对金属材料的性能提升产生负面影响。

2.2温度控制不合理

金属材料热处理过程中,对温度控制的要求极高,在各个步骤中对温度控制有着不同的要求,温度控制失衡是造成金属材料热处理变形及开裂问题的主要原因之一。对金属材料加热炉内的温度不重视,未经过精密的温度测量而直接输送金属材料进行热处理,容易造成金属材料质量问题,甚至导致金属材料报废、不能投入使用。在金属材料热处理过程中,对加热速度、加热温度、保温时间等各项工艺参数的把控不稳定,热处理工艺技术得不到科学规范的落实,容易导致金属材料变形与开裂等缺陷的发生,金属材料的表面硬度降低,淬透性受到不利影响,金属材料不能够适应热应力变形的压力,屈服强度降低,导致金属材料的质量下降。

2.3热处理过程中残余应力引起金属材料变形与开裂问题

拉应力在正常的金属材料热处理过程中,不会导致变形与开裂问题,但当拉应力与多项应力同时存在,产生对冲关系时,金属材料所承受的总应力大于临界值,残余应力体系导致金属材料变形与开裂问题。或因工作环境存在杂质、热处理使用温度、工作介质与残余应力体系的多重因素作用下,金属材料的抗腐蚀性能与防开裂能力大大降低,诱发开裂敏感性,使金属材料表面的控制裂纹保护膜破裂,出现局部开裂、变形现象,影响了金属材料的使用质量与寿命,不利于其广泛应用于机械零件制作与工业生产中。

3如何避免金属材料热处理中变形与开裂问题发生

3.1加强对金属材料热处理过程中冷却技术的选择把控

冷却作为金属材料热处理过程中的重要环节,其在冷处理的过程中将残余奥氏体转化为马氏体,增大金属材料体积,再经过回温与淬火,分解马氏体,当冷却技术选择应用不当时,容易导致金属材料承受不住应力松弛的影响,诱发变形与开裂问题。针对这一情况,相关部门在进行金属材料热处理过程中,必须加强对冷却技术的选择把控工作。例如,相关部门可根据金属材料的尺寸大小进行考量,结合对原材料的微观原子结构如碳化物数量、合金元素含量、纤维锻造方向及金属材料的应用方向等多种工艺参数进行分析,针对性选择最为合适的冷却处理手段。如图1所示,图1为某工厂需进行热处理工作的金属材料尺寸。

3.2精确金属材料热处理过程中对温度的控制

在金属材料热处理工艺规范中,温度是其中的重要参数,温度测量不准确、控制不合理,都会对热处理产生不良影响,降低金属材料应用质量。为解决这一问题,相关工业部门必须精确金属材料热处理过程中对温度的控制工作。

3.3减少金属材料热处理过程中产生的残余应力

金属材料热处理过程中产生的残余应力,容易导致其表面保护膜被破坏,产生变形与开裂问题,降低了金属材料的质量。为解决这一问题,相关工艺部门必须减少金属材料热处理过程中产生的残余应力。例如,根据金属材料的不同性质,在其中加入一定比例的合金元素,能够有效优化金属材料抗应力性能,延长金属材料的工作寿命,使其良好适应热处理工艺处理。除此之外,相关部门在开展金属材料热处理工作前,要注意金属材料本体缺陷的处理,防止因金属材料表面过度粗糙、存在划伤、裂纹等不利因素,导致在淬火过程中因热胀冷缩的作用力而引起变形或开裂,对金属材料进行检测,采用焊接、高温塑变等方式对金属材料进行修复,保证后续热处理工作的稳定由于开展。

4总结

热处理作为金属材料处理中必不可少的一部分,一直以来得到工业部门的重视。为解决处理金属材料热处理中的变形与开裂问题,相关技术人员必须深入探索剖析造成金属材料热处理变形与开裂的主要原因,并针对性提出相应措施进行解决。从根本上提高金属材料各项性能,避免因热处理引发的问题而导致金属材料不可使用,造成不必要的资金浪费,阻碍了工业生产的进一步完善发展。

参考文献

[1]高静,申志敏.金属材料热处理变形的影响因素与控制策略[J].应用能源技术,2017(6):12-14.

[2]苗高蕾.浅谈金属材料热处理节能新技术的运用[J].化工管理,2013,2(24):135-135.

作者:赵梅春 孙志辉 单位:河南卫华重型机械股份有限公司

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