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摘 要：为了达到机器构件硬度、强度、耐磨度、韧性等要求，单一的某种金属一般是不可能具备所有要求的，所以必须对金属进行热处理以改善材料的各种性能。在金属热处理过程中材料的变形是难以避免的，这在很大程度上会影响到工件的精度、强度以及寿命，对于那些强度要求高的零件，就必须减小其变形量，而温度是影响金属变形的重要因素。
关键词：金属热处理 温度 变形 热处理畸变
对固体金属或者合金进行热处理时，必须运用合理的方法对其进行加热、保温和冷却，必要时还需满足化学作用以及机械作用的要求。金属热处理的目标是通过改变金属内部的组织与结构，达到改善材料的综合性能的目的，热处理是各种金属材料得到优良性能的必要途径之一。在实际运用中选用的材料一般难以直接达到金属工件所要求的各项性能标准，此时热处理的作用就显现出来了。
热处理工艺虽然对改善金属的材料各项性能有明显的效果，但是在处理途中难免会造成金属的变形，为了既满足改善材料性能的要求，同时也需满足尽量减小材料因热处理产生的变形的要求，运用合理的方法使两者达到最佳匹配。
一、温度是变形的关键因素
如何减少与控制工件在热处理过程中产生的变形，一直是展现在人面前的难题，直至如今人们还不能提出定量化、完整的能够预计材料热处理变形的数学模型。有关专家通过对大量资料的分析和多次试验，一致认为影响热处理变形最主要的因素是对温度的合理控制，并列出不同温度对热处理变形的影响，详情见下表1。
表1 不同温度对热处理变形的影响
从表中可以了解到：随着温度的下降，工件精度的等级也在不断下降，这是因为热处理引起的变形在增大。
实际生产加工中各种各样的热处理方式被运用，不难发现它们的共同特征，都需经过加热、冷却、保温三个阶段。全过程基本上能够用加热速度、加热温度、保温时间以及冷却速度等多个参数来阐述。在热处理途中，需用到多种加热炉，在加热炉中对金属进行退火、淬火、回火处理，有时还需进行渗碳、渗氮热处理。所以，加热炉中的对温度的控制是至关重要的，这需要定时的对温度测量。一旦出现对温度测量不准确的情况，热处理的效果就体现不出来，甚至还会造成产品的报废。温度的测量和控制决定着热处理工艺成败，其具体表现为以下几个方面。
1.温度的下降会减少零件在高温强度时的相对损失，提高零件的塑性抗力。从而能够提高零件的抗应力、抗淬火、抗高温变形的能力，已达到减小热处理变形的效果。
2.温度的下降会造成零件加热、冷却的温度区间的减少，从而能够使零件各位置的温度尽可能的相同，达到降低热应力与组织应力的效果，因而能够减少热处理变形。
3.降低工艺温度的同时也需减少热处理过程的时间，这样就会减少因高温而造成的蠕变。
减少热处理变形应尽量采用满足工件需求的熱处理工艺。如下图1所示，经过热处理后的钢齿圈齿表面、齿心部硬度和有效硬化层深度都符合了标准。
从上图1中可以看出660℃球化退火效果比较明显，并且随着离表面距离的增大，其硬度越低，到了一定距离后，其硬度基本不变，不仅保证了钢齿的表面硬度，也保证了其韧性。
2.变形的其它影响因素及减小措施
2.1预备热处理
由于正火的处理而造成硬度过高、混晶以及大量索氏体，从而引起内孔增大，因此需要采用控温正火或者等温退火。金属的正火、退火和淬火前的调质，在金属总变形量上也起到了比较大的影响，金属组织结构的变化直接受到这几个因素的影响。多次实践表明，正火时运用等温淬火对金属组织结构的均匀十分有利，因而可以达到减少变形量的效果。
图1 齿圈经不同温度球化退火后的硬度分度曲线
2.运用合理的冷却方式
金属淬火之后采用合理的冷却方式也可以比较有效的减少热处理变形。温度在80℃-120℃间的热油相对冷油对淬火冷却时产生的变形要小，所以说油的温度对冷却的影响也比较大。淬火时的不同搅拌方式以及冷却速度的快慢都会引起变形的差异，热处理时其冷却速度越快，冷却的就越不均匀，应力就会相应增大，从而造成模具更大的变形，所以在能够满足模具硬度的需求条件下，需尽可能的使用预冷。使用分级冷却淬火能够很好的解决金属淬火时造成的热应力与组织应力过大的问题，对减小复杂零件变形有明显的效果。
3.零件结构要合理
金属热处理后在进行冷却的途中，工件各部位的冷却速度差异很大，往往是越厚的部位冷却的速度越小。为解决这一问题，在符合工件生产要求的条件下，应最大程度上的保证工件的截面均匀，这样可以达到减少过渡区因应变力过于集中而造成畸变与开裂倾向的效果。
保证工件的结构和材料成分需要与组织的对称，也能够减小其因冷却不均匀造成的畸形。保持工件上的孔、槽对称性，对减小冷却不均匀造成的畸变也效果明显。
4.采用合理的装夹方式及夹具
采用合理的装夹方式及夹具能够使零件加热冷却均匀，避免热应力以及组织应力的不均匀，从而减小零件因热处理造成的变形。如：变换装夹方式或者增加垫圈，合理运用这些方法，都可以达到预期的效果。
5.机械加工
工件进行热处理最后的一步后，应该检查工件因热处理造成的畸变量是否符合图样规定的要求。为保证工件的成功，需研究工件的畸变规律，在热处理之前应该修改工件的尺寸，确保热处理产生的畸变量在标准的范围中。在热处理进行中间程序时，热处理前的加工余量应该被看做机械加工余量与热处理产生畸变量的总和。一般情况下，机械加工的余量容易被确定，相对而言热处理的畸变量就难以确定，所以在机械加工余量的方面就应该留下比较大的空间。热处理后还需加工，这可以结合工件的变形规律，采用相应措施，以达到提升淬火后变形合格率的目的。
6.采用合适的介质
在满足工件硬度的条件下，应最大程度上的使用油性介质。根据多次试验表明，在不考虑其它影响因素的条件下，油性介质的相对水性介质来说其冷却速度较慢，易于控制。并且对水性介质来说，其水温变化对冷却效果影响比较大。在同等情况下，应选择油性介质，这可以减小淬火后产生的变形。
三、结束语
热处理在一定程度上虽然可以提高零件的机械性能，但是产生的变形却难以避免，直至如今人们还没有提出一个定量化、完整的能够预计材料热处理变形的数学模型。所以我国现阶段的主要工作有两项：一是研究出完善的热变形数学模型；二是不断地学习、借鉴国外的优秀热处理技术以及尽可能地改善设备。提高工件热处理的合格率，不仅可以减少生产成本的投入，还可以提高工作人员的积极性。
参考文献
[1]刘晔东.热处理变形浅析.机械工人：热加工.2007年10期.
[2]雷声.齿轮热处理变形的控制.机械工程师.2008年5期.
[3]魏强，刘晓清.热处理淬火变形的控制.汽车工艺与材料.2008年7期.
关键词：金属热处理 温度 变形 热处理畸变
对固体金属或者合金进行热处理时，必须运用合理的方法对其进行加热、保温和冷却，必要时还需满足化学作用以及机械作用的要求。金属热处理的目标是通过改变金属内部的组织与结构，达到改善材料的综合性能的目的，热处理是各种金属材料得到优良性能的必要途径之一。在实际运用中选用的材料一般难以直接达到金属工件所要求的各项性能标准，此时热处理的作用就显现出来了。
热处理工艺虽然对改善金属的材料各项性能有明显的效果，但是在处理途中难免会造成金属的变形，为了既满足改善材料性能的要求，同时也需满足尽量减小材料因热处理产生的变形的要求，运用合理的方法使两者达到最佳匹配。
一、温度是变形的关键因素
如何减少与控制工件在热处理过程中产生的变形，一直是展现在人面前的难题，直至如今人们还不能提出定量化、完整的能够预计材料热处理变形的数学模型。有关专家通过对大量资料的分析和多次试验，一致认为影响热处理变形最主要的因素是对温度的合理控制，并列出不同温度对热处理变形的影响，详情见下表1。
表1 不同温度对热处理变形的影响
从表中可以了解到：随着温度的下降，工件精度的等级也在不断下降，这是因为热处理引起的变形在增大。
实际生产加工中各种各样的热处理方式被运用，不难发现它们的共同特征，都需经过加热、冷却、保温三个阶段。全过程基本上能够用加热速度、加热温度、保温时间以及冷却速度等多个参数来阐述。在热处理途中，需用到多种加热炉，在加热炉中对金属进行退火、淬火、回火处理，有时还需进行渗碳、渗氮热处理。所以，加热炉中的对温度的控制是至关重要的，这需要定时的对温度测量。一旦出现对温度测量不准确的情况，热处理的效果就体现不出来，甚至还会造成产品的报废。温度的测量和控制决定着热处理工艺成败，其具体表现为以下几个方面。
1.温度的下降会减少零件在高温强度时的相对损失，提高零件的塑性抗力。从而能够提高零件的抗应力、抗淬火、抗高温变形的能力，已达到减小热处理变形的效果。
2.温度的下降会造成零件加热、冷却的温度区间的减少，从而能够使零件各位置的温度尽可能的相同，达到降低热应力与组织应力的效果，因而能够减少热处理变形。
3.降低工艺温度的同时也需减少热处理过程的时间，这样就会减少因高温而造成的蠕变。
减少热处理变形应尽量采用满足工件需求的熱处理工艺。如下图1所示，经过热处理后的钢齿圈齿表面、齿心部硬度和有效硬化层深度都符合了标准。
从上图1中可以看出660℃球化退火效果比较明显，并且随着离表面距离的增大，其硬度越低，到了一定距离后，其硬度基本不变，不仅保证了钢齿的表面硬度，也保证了其韧性。
2.变形的其它影响因素及减小措施
2.1预备热处理
由于正火的处理而造成硬度过高、混晶以及大量索氏体，从而引起内孔增大，因此需要采用控温正火或者等温退火。金属的正火、退火和淬火前的调质，在金属总变形量上也起到了比较大的影响，金属组织结构的变化直接受到这几个因素的影响。多次实践表明，正火时运用等温淬火对金属组织结构的均匀十分有利，因而可以达到减少变形量的效果。
图1 齿圈经不同温度球化退火后的硬度分度曲线
2.运用合理的冷却方式
金属淬火之后采用合理的冷却方式也可以比较有效的减少热处理变形。温度在80℃-120℃间的热油相对冷油对淬火冷却时产生的变形要小，所以说油的温度对冷却的影响也比较大。淬火时的不同搅拌方式以及冷却速度的快慢都会引起变形的差异，热处理时其冷却速度越快，冷却的就越不均匀，应力就会相应增大，从而造成模具更大的变形，所以在能够满足模具硬度的需求条件下，需尽可能的使用预冷。使用分级冷却淬火能够很好的解决金属淬火时造成的热应力与组织应力过大的问题，对减小复杂零件变形有明显的效果。
3.零件结构要合理
金属热处理后在进行冷却的途中，工件各部位的冷却速度差异很大，往往是越厚的部位冷却的速度越小。为解决这一问题，在符合工件生产要求的条件下，应最大程度上的保证工件的截面均匀，这样可以达到减少过渡区因应变力过于集中而造成畸变与开裂倾向的效果。
保证工件的结构和材料成分需要与组织的对称，也能够减小其因冷却不均匀造成的畸形。保持工件上的孔、槽对称性，对减小冷却不均匀造成的畸变也效果明显。
4.采用合理的装夹方式及夹具
采用合理的装夹方式及夹具能够使零件加热冷却均匀，避免热应力以及组织应力的不均匀，从而减小零件因热处理造成的变形。如：变换装夹方式或者增加垫圈，合理运用这些方法，都可以达到预期的效果。
5.机械加工
工件进行热处理最后的一步后，应该检查工件因热处理造成的畸变量是否符合图样规定的要求。为保证工件的成功，需研究工件的畸变规律，在热处理之前应该修改工件的尺寸，确保热处理产生的畸变量在标准的范围中。在热处理进行中间程序时，热处理前的加工余量应该被看做机械加工余量与热处理产生畸变量的总和。一般情况下，机械加工的余量容易被确定，相对而言热处理的畸变量就难以确定，所以在机械加工余量的方面就应该留下比较大的空间。热处理后还需加工，这可以结合工件的变形规律，采用相应措施，以达到提升淬火后变形合格率的目的。
6.采用合适的介质
在满足工件硬度的条件下，应最大程度上的使用油性介质。根据多次试验表明，在不考虑其它影响因素的条件下，油性介质的相对水性介质来说其冷却速度较慢，易于控制。并且对水性介质来说，其水温变化对冷却效果影响比较大。在同等情况下，应选择油性介质，这可以减小淬火后产生的变形。
三、结束语
热处理在一定程度上虽然可以提高零件的机械性能，但是产生的变形却难以避免，直至如今人们还没有提出一个定量化、完整的能够预计材料热处理变形的数学模型。所以我国现阶段的主要工作有两项：一是研究出完善的热变形数学模型；二是不断地学习、借鉴国外的优秀热处理技术以及尽可能地改善设备。提高工件热处理的合格率，不仅可以减少生产成本的投入，还可以提高工作人员的积极性。
参考文献
[1]刘晔东.热处理变形浅析.机械工人：热加工.2007年10期.
[2]雷声.齿轮热处理变形的控制.机械工程师.2008年5期.
[3]魏强，刘晓清.热处理淬火变形的控制.汽车工艺与材料.2008年7期.