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金属材料热处理变形原因及防止变形的技术措施

王国东

【摘要】在金属工件的热处理过程中应尽量防止其变形,进而满足工件的加工和使

用性能.热处理过程中存在许多影响工件发生形变的因素,分析金属材料热处理过程

中产生变形的原因,制定合理的应对技术措施,对改善和防止零件在热处理过程中的

形变,具有重要意义.

【期刊名称】《现代制造技术与装备》

【年(卷),期】2018(000)003

【总页数】2页(P105-106)

【关键词】金属热处理;热处理形变;防止措施

【作者】王国东

【作者单位】中煤北京煤矿机械有限责任公司,北京102400

【正文语种】中文

金属材料的热处理是将固态金属或合金，采用适当的方式进行加热、保温，然后采

取合适的方式冷却，使金属合金发生固态相变，以获得所需要的组织结构和性能的

工艺。实际工业生产中，仅凭选择材料和成形工艺并不能满足工件所需要的性能，

通过对金属材料进行热处理而获得优良的综合性能是必不可少的。但金属材料的热

处理除改善材料的综合性能的积极作用外，在热处理过程中也不可避免地会产生或

多或少的变形，而这又是工件生产过程中极力消除和避免的。因此，需要找出工件

热处理过程中发生形变的原因，采取技术措施把变形量控制在符合要求范围内。

1金属热处理变形的原因分析

在工业生产过程中，各种金属零件早已成为机械制造的必要部分。在零件的设计、

选材中，对综合性能方面也提出了更高要求。特别是生产过程中，对产品热处理加

工后的品质提出了新要求。但在热处理过程中出现形变等质量问题，一直是热处理

过程中难以克服的。以下就金属材料的热处理变形原因进行简要分析。

1.1金属热处理的内应力塑性变形

金属工件进行热处理时，通常经历加热、保温和冷却三个阶段。由于加热和冷却的

不均匀性，金属组织在固态相变时的不同时等因素，致使工件在热处理过程中产生

一定的内应力。在内应力的作用下，金属工件产生塑性变形。根据应力产生的不同

原因，一般分为热应力塑型变形和组织应力变形。热应力塑型变形是由于金属工件

在加热和冷却过程中，零件的内外温度不一致，致使热胀冷缩的程度不同产生的。

组织应力变形是由于金属工件在热处理时内部组织发生相变的时间不同而产生的。

内应力塑性变形与工件的结构和形状有直接关系，变形具有明显的方向性，体积变

化并不明显。内应力导致工件的塑性变形量与热处理次数成正比。

1.2金属热处理的比容变形

在热处理过程中，由于金属内部组织的相不同，相变时出现体积、尺寸等微小变化

就是比容变形。比容变形一般与奥氏体中合金元素含量、渗碳体和铁素体的含量、

残余奥氏体的多少以及金属材料本身的淬透性等因素有关。

比容变形与内应力变形相比，具有变形方向不确定性。一般组织结构较均匀时，其

比容形变在不同方向上的变化是相同的。另外，材料的比容变形与其经历的热处理

工艺和次数无明显的关联性。

2防止或减小金属工件热处理形变的技术措施

热处理的“四把火”通常指正火、退火、淬火和回火。这些都属于热作用过程，分

为加热阶段、保温阶段与冷却阶段。在采取措施防止或减小金属工件热处理变形时，

往往在工件的结构、热处理工艺参数、加热方式，工装工具的选择以及冷却介质等

方面进行分析。

2.1金属工件结构方面

金属工件在热处理过程中，内应力的作用发生形变与工件的结构有很大关系。生产

过程中长棒或长条状、薄板状、薄厚不均的工件极易发生变形。因此，在工件设计

过程中，要充分考虑工件在热处理过程中的形变，能够通过校直方式调整工件变形

的，加工余量可以小一些。不能进行校直的工件，要保证充分的加工余量，避免工

件因热处理后发生变形导致工件报废。对于热处理工序是最终生产工序的工件，在

工件设计时应充分选择好材料和工件结构的设计，以减少热处理过程形变对工件的

质量和使用性能的影响。

在满足工件使用性能的情况下，工件设计应尽量减少工件厚薄悬殊，工件的截面力

求平均，工件的结构尽可能保持对称，以减少过渡区域因应力集中和冷热不均而产

生畸变和开裂倾向。需要热处理的工件应尽量避免尖棱尖角、沟槽、小孔等特殊结

构，在工件的厚薄相接处和台阶处要有圆角过渡，以减小应力集中。

2.2热处理工艺参数方面

热处理工艺技术参数主要包括加热速度与温度、保温时间、冷却速度等。加热速度

过快、加热温度过高，不仅增大了工件的形变倾向，还会造成工件的过热和过烧倾

向，严重时会造成工件报废。特别是薄壁和细长的工件，更容易发生变形。因此，

在热处理过程中应选择合理的加热速度和加热温度。在制定保温时间的热处理工艺

参数时，应充分计算工件的有效厚度，确保