金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度帆喇，并在此溫度中保持一定時(shí)間后警医，又以不同速度冷卻的一種工藝。

　　金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一馁雏，與其他加工工藝相比酱晾，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)成分，而是通過(guò)改變工件內(nèi)部的顯微組織瘸劳，或改變工件表面的化學(xué)成分品扯，賦予或改善工件的使用性能投沃。其特點(diǎn)是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的捻钢。

　　為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能绞艘、物理性能和化學(xué)性能，除合理選用材料和各種成形工藝外稻续，熱處理工藝往往是必不可少的妈削。鋼鐵是機(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)雜滔菠，可以通過(guò)熱處理予以控制逮碾，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外批斯，鋁辞槐、銅、鎂粘室、鈦等及其合金也都可以通過(guò)熱處理改變其力學(xué)榄檬、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能衔统。

　　在從石器時(shí)代進(jìn)展到銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代的過(guò)程中鹿榜，熱處理的作用逐漸為人們所認(rèn)識(shí)。早在公元前770～前222年锦爵，中國(guó)人在生產(chǎn)實(shí)踐中就已發(fā)現(xiàn)舱殿，銅鐵的性能會(huì)因溫度和加壓變形的影響而變化。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農(nóng)具的重要工藝险掀。

　　公元前六世紀(jì)沪袭，鋼鐵兵器逐漸被采用，為了提高鋼的硬度迷郑，淬火工藝遂得到迅速發(fā)展枝恋。中國(guó)河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟创倔，其顯微組織中都有馬氏體存在嗡害，說(shuō)明是經(jīng)過(guò)淬火的。

　　隨著淬火技術(shù)的發(fā)展却值，人們逐漸發(fā)現(xiàn)淬冷劑對(duì)淬火質(zhì)量的影響卑竹。三國(guó)蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制3000把刀，相傳是派人到成都取水淬火的私闭。這說(shuō)明中國(guó)在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了砾漓，同時(shí)也注意了油和尿的冷卻能力。中國(guó)出土的西漢(公元前206～公元24)中山靖王墓中的寶劍,心部含碳量為0.15～0.4%宽用，而表面含碳量卻達(dá)0.6%以上闭榛，說(shuō)明已應(yīng)用了滲碳工藝盒器。但當(dāng)時(shí)作為個(gè)人“手藝”的秘密，不肯外傳衍肥，因而發(fā)展很慢攻睬。

　　1863年，英國(guó)金相學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織刀念，證明了鋼在加熱和冷卻時(shí)浅慎，內(nèi)部會(huì)發(fā)生組織改變，鋼中高溫時(shí)的相在急冷時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相贺潜。法國(guó)人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論抵蚊，以及英國(guó)人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，為現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論基礎(chǔ)溯革。與此同時(shí)贞绳，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過(guò)程中對(duì)金屬的保護(hù)方法，以避免加熱過(guò)程中金屬的氧化和脫碳等致稀。
1850～1880年熔酷，對(duì)于應(yīng)用各種氣體(諸如氫氣、煤氣豺裆、一氧化碳等)進(jìn)行保護(hù)加熱曾有一系列專利拒秘。1889～1890年英國(guó)人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利。

　　二十世紀(jì)以來(lái)臭猜，金屬物理的發(fā)展和其他新技術(shù)的移植應(yīng)用躺酒，使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)展。一個(gè)顯著的進(jìn)展是1901～1925年蔑歌，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進(jìn)行氣體滲碳 羹应；30年代出現(xiàn)露點(diǎn)電位差計(jì),使?fàn)t內(nèi)氣氛的碳勢(shì)達(dá)到可控，以后又研究出用二氧化碳紅外儀次屠、氧探頭等進(jìn)一步控制爐內(nèi)氣氛碳勢(shì)的方法脆逊；60年代，熱處理技術(shù)運(yùn)用了等離子場(chǎng)的作用拇蟋，發(fā)展了離子滲氮棒鞍、滲碳工藝 ；激光蓖搅、電子束技術(shù)的應(yīng)用崖蟀，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學(xué)熱處理方法。

　　金屬熱處理的工藝

　　熱處理工藝一般包括加熱翩汰、保溫吹迎、冷卻三個(gè)過(guò)程，有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過(guò)程溃耸。這些過(guò)程互相銜接湃足，不可間斷猩缺。

　　加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多剂户，最早是采用木炭和煤作為熱源弧跑，進(jìn)而應(yīng)用液體和氣體燃料。電的應(yīng)用使加熱易于控制擂送，且無(wú)環(huán)境污染悦荒。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過(guò)熔融的鹽或金屬嘹吨，以至浮動(dòng)粒子進(jìn)行間接加熱搬味。

　　金屬加熱時(shí)，工件暴露在空氣中蟀拷，常常發(fā)生氧化碰纬、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對(duì)于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響问芬。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護(hù)氣氛中悦析、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進(jìn)行保護(hù)加熱此衅。

　　加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一强戴，選擇和控制加熱溫度，是保證熱處理質(zhì)量的主要問(wèn)題挡鞍。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理的目的不同而異骑歹，但一般都是加熱到相變溫度以上，以獲得高溫組織胀爸。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時(shí)間夜墓，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時(shí)，還須在此溫度保持一定時(shí)間锌德，使內(nèi)外溫度一致泰锦，使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段時(shí)間稱為保溫時(shí)間沼惹。采用高能密度加熱和表面熱處理時(shí)诗实，加熱速度極快，一般就沒(méi)有保溫時(shí)間氏诽，而化學(xué)熱處理的保溫時(shí)間往往較長(zhǎng)事匈。

　　冷卻也是熱處理工藝過(guò)程中不可缺少的步驟狰赘，冷卻方法因工藝不同而不同壳凳，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢扮人，正火的冷卻速度較快浆左，淬火的冷卻速度更快挥闸。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進(jìn)行淬硬伪节。

　　金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理光羞、表面熱處理和化學(xué)熱處理三大類。根據(jù)加熱介質(zhì)怀大、加熱溫度和冷卻方法的不同纱兑，每一大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝化借，可獲得不同的組織潜慎，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬蓖康，而且鋼鐵顯微組織也最為復(fù)雜铐炫，因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。

　　整體熱處理是對(duì)工件整體加熱蒜焊，然后以適當(dāng)?shù)乃俣壤鋮s倒信，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。鋼鐵整體熱處理大致有退火泳梆、正火鳖悠、淬火和回火四種基本工藝。

　　退火是將工件加熱到適當(dāng)溫度捣睬，根據(jù)材料和工件尺寸采用不同的保溫時(shí)間肢阿，然后進(jìn)行緩慢冷卻，目的是使金屬內(nèi)部組織達(dá)到或接近平衡狀態(tài)乳嘁，獲得良好的工藝性能和使用性能甸赏，或者為進(jìn)一步淬火作組織準(zhǔn)備。正火是將工件加熱到適宜的溫度后在空氣中冷卻寻适，正火的效果同退火相似藏崇，只是得到的組織更細(xì)，常用于改善材料的切削性能凤婆，也有時(shí)用于對(duì)一些要求不高的零件作為最終熱處理短揉。

　　淬火是將工件加熱保溫后，在水非畜、油或其他無(wú)機(jī)鹽刚肠、有機(jī)水溶液等淬冷介質(zhì)中快速冷卻。淬火后鋼件變硬亦弛，但同時(shí)變脆冒晰。為了降低鋼件的脆性，將淬火后的鋼件在高于室溫而低于650℃的某一適當(dāng)溫度進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的保溫，再進(jìn)行冷卻壶运，這種工藝稱為回火耐齐。退火、正火蒋情、淬火埠况、回火是整體熱處理中的“四把火”，其中的淬火與回火關(guān)系密切棵癣，常常配合使用辕翰，缺一不可。

　　“四把火”隨著加熱溫度和冷卻方式的不同狈谊，又演變出不同的熱處理工藝 金蜀。為了獲得一定的強(qiáng)度和韌性，把淬火和高溫回火結(jié)合起來(lái)的工藝的畴，稱為調(diào)質(zhì)渊抄。某些合金淬火形成過(guò)飽和固溶體后，將其置于室溫或稍高的適當(dāng)溫度下保持較長(zhǎng)時(shí)間丧裁，以提高合金的硬度禁妓、強(qiáng)度或電性磁性等。這樣的熱處理工藝稱為時(shí)效處理央嘱。

　　把壓力加工形變與熱處理有效而緊密地結(jié)合起來(lái)進(jìn)行唧痴，使工件獲得很好的強(qiáng)度、韌性配合的方法稱為形變熱處理；在負(fù)壓氣氛或真空中進(jìn)行的熱處理稱為真空熱處理，它不僅能使工件不氧化甘有，不脫碳窖张，保持處理后工件表面光潔糙箍，提高工件的性能，還可以通入滲劑進(jìn)行化學(xué)熱處理。

　　表面熱處理是只加熱工件表層，以改變其表層力學(xué)性能的金屬熱處理工藝临辰。為了只加熱工件表層而不使過(guò)多的熱量傳入工件內(nèi)部，使用的熱源須具有高的能量密度讲媚，即在單位面積的工件上給予較大的熱能亏乞，使工件表層或局部能短時(shí)或瞬時(shí)達(dá)到高溫。表面熱處理的主要方法有火焰淬火和感應(yīng)加熱熱處理裆操，常用的熱源有氧乙炔或氧丙烷等火焰怒详、感應(yīng)電流、激光和電子束等踪区。

　　化學(xué)熱處理是通過(guò)改變工件表層化學(xué)成分昆烁、組織和性能的金屬熱處理工藝吊骤。化學(xué)熱處理與表面熱處理不同之處是后者改變了工件表層的化學(xué)成分善玫∷化學(xué)熱處理是將工件放在含碳密强、氮或其他合金元素的介質(zhì)(氣體茅郎、液體、固體)中加熱或渤，保溫較長(zhǎng)時(shí)間系冗，從而使工件表層滲入碳、氮薪鹦、硼和鉻等元素掌敬。滲入元素后，有時(shí)還要進(jìn)行其他熱處理工藝如淬火及回火池磁∠叮化學(xué)熱處理的主要方法有滲碳、滲氮捻尉、滲金屬饮茬。

　　熱處理是機(jī)械零件和工模具制造過(guò)程中的重要工序之一。大體來(lái)說(shuō)候钟，它可以保證和提高工件的各種性能拉狸，如耐磨、耐腐蝕等滤萝。還可以改善毛坯的組織和應(yīng)力狀態(tài)稿纺，以利于進(jìn)行各種冷、熱加工碗履。

　　例如白口鑄鐵經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間退火處理可以獲得可鍛鑄鐵谭驮，提高塑性；齒輪采用正確的熱處理工藝勾萌，使用壽命可以比不經(jīng)熱處理的齒輪成倍或幾十倍地提高桑抱；另外，價(jià)廉的碳鋼通過(guò)滲入某些合金元素就具有某些價(jià)昂的合金鋼性能尼荆，可以代替某些耐熱鋼左腔、不銹鋼；工模具則幾乎全部需要經(jīng)過(guò)熱處理捅儒。

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