热处理变形的影响因素

热处理变形的影响因素
随着机械工业的快速发展，机械工业制作和机械精度的要求也越来越高，而
在工业生产零件过程中，热处理产品是必不可少的重要一步，它对于材料的性能
和工艺要求也越来越大，产品的精度、强度、噪音、反应速度以及寿命等，都是
影响到产品能力的主要表现。因此对于精度要求较高的零件应当从其制作完成
前，充分考虑到其的变形量、变形强度、变形后恢复速度等关键因素。本文将从
温度的角度着手，探讨温度是控制变形的关键因素和同时列举出几种可能导致产
品变形的因素。

标签：热处理变形；金属热处理；变形因素；温度
1引言
金属的材料热处理是将固态的金属或者合金，通过高温加热的方式，直接冷
却、保温冷却、突然冷却的方式将金属内部的组织和结构进行改变，在此过程中
为了能够获得更好的结果，经常加入化学材料或者机械工艺材料。热处理工业是
获得金属合金的主要方式，也是获得大量可靠、安全材料性能的主要方式。在当
前不少金属材料中，热处理的合金经常能够有着抗高温、抗变形、抗腐蚀等重要
的作用。

但是在现实中的热处理工艺经常会产生不少问题，所加入的材料和化学催化
剂作用不完全、物理作用下，金属已经发生变形或者内部发生断裂等情况，这些
都是在机械加工过程中应当避免发生的。而这些情况又都是不可避免发生。这两
种相互作用的结果将直接导致所出产品的质量和性能。如果我们能够在产品的保
质温度下进行产品锻炼或者产品融合，就可以保证在产品变形之前获得较好的产
品性能和产品质量。

2热量是工件变形的关键
工业中生产的产品所处理的热工艺非常的多，通过加热、正火、回火、淬火、
冷却，再加热等方式，他们之间互相的关键其实在于热作用的过程，主要都是通
过加热、保温、冷却三个方式进行。而整个工作处理的过程中往往可以通过加热
速度、加热温度、保温速度、保温时间、冷却速度、冷却时间以及热处理的周期
等几种重要的工作参数进行测量和计算。

在热处理工艺过程中，要将材料进入各种加热炉进行加热，金属热处理的整
个过程都是会在这些加热炉中进行的。（如基本热处理中的退火、淬火、回火、
化学热处理的渗碳、渗氨、渗铝、渗铬或去氢、去氧等等）。

为了保证金属的整个加热效果，测量炉内温度和炉内降温速度成为了热处理
的重要工艺参数。每一种热处理工艺规范中，温度是很重要的内容。如果温度测
量不准确，热处理工艺规范就得不到正确的执行，以至造成产品质量下降甚至报
废。温度的测量与控制是热处理工艺的关键，也是影响变形的关键因素。
（1）工艺温度降低后工件的高温强度损失相对减少，塑性抗力增强。这样
工件的抗应力变形、抗淬火变形、抗高温蠕变的综合能力增强，变形就会减少。

（2）工艺温度降低后工件加热、冷却的温度区间减少，由此而引起的各部
位温度不一致性也会降低，由此而导致的热应力和组织应力也相对减少，这样变
形就会减少。

（3）如果工艺温度降低、且热处理工艺时间缩短，则工件的高温蠕变时间
减少，变形也会减少。

3变形的其它影响因素及减小措施
3.1安排加热的工艺排序和冷却的方式
不同的零件要求对于其内部的结构式不同的，因此要进行热处理必须要对零
件的内部结构有着充分的了解和认识，在进行热处理前对于加工材料的分析和计
算，并通过实验结果证明加工的温度和冷却的方式符合当前零件的需求。

在加工工艺工程中，通过预定的热处理尽可能减少变形的发生和，最终达到
变形量最小的目的。不过如此进行加工，会导致加工成本过高，加工工艺复杂，
且浪费时间，因此在一般的加工工艺过程中，除非有特别要求进行加工的零件，
才会采用此种方式进行。

3.2加工前预热处理
由于热处理属于直接对产品进行加热，正火的温度过高、混晶、大量索氏体
或魏氏组织都很容易导致温度过大，零件内部孔长大增加空间，如果直接加入或
者快速加热很容易当整个零件直接断裂，因此加热过程中，应当通过控制温度正
火或者等温退火、等温加热的方式来处理锻件。金属的正火、退火工艺已经通过
加热的材料和保温的速度都会对金属的最终变形量产生巨大的影响，甚至应当到
金属内部组织结构上的变化，在不断试验证明，使用正火进行等温淬火可以让金
属内部组织区域均匀，是的变形量达到最小，其产品的性能也能获得较高。

3.3合理的冷却方法
使用金属淬火后冷却过程也是影响零件变形的主要原因之一。淬火的工艺中
一般可以分为：热油淬火、冷油淬火的方式，而热油淬火往往比冷油淬火的变形
量小，一般如果能够将温度控制到100±20℃，热油就能够将零件的温度逐渐降
温，从而保证零件的内部结构相应的不产生大幅度变化。值得一提的是，热油淬
火的关键是在油的冷却能力上，如果淬火的油冷却能力较大，冷却不均匀，其将
会导致热油无法均匀降低零件热量，导致零件内部应力增加，温度不均匀将会生
成，零件内部断裂或者变形增大。因此在保证模具硬度前应尽可能采用预热的方
式，通过分级冷却淬火就能相应的减少模具变形的热应力和组织应力。
3.4零件分布结构要合理
金属热处理之后再冷却的过程中，一般而言金属零件都会产生热传递，薄的
部分将会传热量较快，厚的部分传递的热量较慢。在生产工艺冷却环节中，应当
尽可能的了解当前生产的需求，尽可能减少工件的厚薄悬殊。要求零件的横截面
保持均匀。以减少整个过渡区的应力因为热量分布的不均匀产生的畸变与开裂。
工件如果有薄厚变化的，应当通过薄的部分持续加热，而厚的部分适当降低温度，
让双方温度保持大致一致，然后再逐级进行温度递减，保证温度的一致性。为了
保证工件的稳定和安全，工件应当避免尖锐棱角、沟槽等。在工件的厚薄交界处、
台阶处要有圆角过渡；尽量减少工件上的孔、槽筋结构不对称；厚度不均匀零件
采用预留加工量的方法。

3.5合理的装夹方式及夹具
工件的制作过程中装夹和夹具的使用也需要注意加热冷却均匀，防止热应
力、组织应力不均匀导致产品变形而损坏产品。在此种方式上，可以通过改变整
个装夹的方式、盘类零件与油面零件相互垂直，轴类零件立装，使用补偿垫圈，
支承垫圈，叠加垫圈等，花键孔零件可用渗碳心轴等。

3.6机械加工
当热处理是工件加工过程的最后工序时，处理热量的畸变在允许值中应当满
足于图样上的规定工件尺寸，而畸变量是工件绘制图上的加工尺寸而确定的。因
此工件的畸变规律在进行预先修正和调整，防止在畸变过程中，工件由于畸变过
大而导致的尺寸发生巨大变化。

热处理的畸变在工件运行的合理范围内，通过可以通过计算而定，计算的公
式应为:热处理前的加工余量应视为机加工余量和热处理畸变量之和。由于热处
理存在的影响因素较多，在确定畸变量时，不能将整个变量定死，要留有一定的
变量空间来保证加工过程中其他因素产生的畸变量。热处理后在进行加工，根据
工件的变形规律，施用反变形、收缩端预胀孔，提高淬火后变形合格率。

4结束语
热处理是处理整个零件的性能的主要方式，通过加强热工件的强度和硬度，
通过化学、物理等方式进行改造，减少工件变形，增加工件的性能。我国当前在
处理工艺依然存在着大量的不足，因此我们需要不断学习国外先进的科学技术，
同时通过自我研发、自我创新的技术能力提升，在创建高热处理工件的质量和合
格率，为我国热处理工业做出自己的贡献。

参考文献
[1]合金钢.合金钢[M].北京:机械工业出版社，1997.
[2]姚璐年.钢的特处理裂纹和变形[M].北京：机械工业出版社，1987.