熱處理

　　物質處於不同的溫度及環境氣氛內，其能量狀態和結構狀態不同。若物質狀態不符合它所處的溫度及環境內的應有狀態，就有發生變化的趨勢；能否發生變化要看具體的條件（溫度和時間）。利用這兩個因素來改變物質所處的狀態，從而使物質的結構和性能發生一定變化的方法，就叫熱處理。主要依據相圖的知識進行熱處理設計。根據物質是否有固態結構的變化（相變）以及熱處理的目的，通常可以區分為以下幾類：

　　退火　也稱稱熟煉，是利用加熱到一定溫度范圍，使偏離平衡狀態的結構恢復到平衡狀態的熱處理。又可分為以下幾種不同情況。

　　再結晶退火　對金屬及合金進行冷加工（金屬的范性）會發生加工硬化，硬度、強度、電阻、內應力（彈性應力）增加而延展性降低，若再繼續范性形變會導致裂縫出現。將加工硬化瞭的金屬合金在高於其再結晶溫度（對純金屬來說約等於0.4T

，如為 固溶體則再結晶溫度提高）的溫度范圍內加熱，則可使加工硬化現象消除，恢復原有的延展性。加熱溫度低於再結晶溫度時，可使內應力、電阻降低，而強度、硬度不顯著降低。

　　均勻化退火　也稱擴散退火，固溶體是在一段溫度范圍內凝固的，隨溫度下降，析出的固溶體的平衡成分要作相應的調整（固相與液相間的溶質相互擴散），若降溫速度太快，來不及擴散時，獲得的固溶體是濃度不均勻的（晶內偏析）。這樣的金屬材料強度低、易腐蝕；若是透明的無機材料晶體則光學性質不好，內應力大，易開裂。將這種固溶體加熱到該成分范圍的固相線以下50～100°C范圍內長時間停留，使成分均勻化，可以消除這種缺陷。

　　相變重結晶退火　這種退火方法是將材料加熱到固態相變點以上30～50°C（見圖）透熱後非常緩慢地冷卻。這樣可以使鑄造合金的粗晶粒組織變為細晶粒組織，消除機械加工產生的內應力及不適當的晶粒組織。也可使材料進行冷加工前軟化。進行這種退火，要求材料（主要指金屬合金）具有固態相變，可以根據相圖來確定（見圖）。從圖中a和b，可以看出，成分為x₁的合金加熱超過s點，成分x₂的合金超過s₁點均可發生相變，但合金x₂超過s₂點才能有完全的相變；陰影線部分即在x₁、x₂成分附近的合金相變重結晶加熱溫度區。但加熱後冷卻速度要求非常慢，使相變過程接近於平衡態。否則過程偏離平衡而成為下述的淬火過程。

　　淬火　又稱淬煉，加熱到發生相變重結晶後的試樣急冷到一定的溫度范圍（一般為室溫），使高溫相（圖a的α， 圖b內的γ）或亞穩的過渡相（例如鋼中馬氏體）保持到室溫（過飽和固溶體）的熱處理。淬火要求的冷卻速度隨材料的性質不同而異。有的可在空氣冷卻，有的要在冰水或其他快速冷卻劑中冷卻。淬火得到的結構和性能一般不是最後所要求的，還需進行隨後的熱處理（回火或時效）。

　　回火及時效　圖a中的合金淬火後得到的過飽和固溶體（α 相）一般較軟，強度硬度不高，若使該合金在室溫（自然時效）或稍高的溫度（人工時效）進行分解， 則可得到彌散的兩相組織，性能有所提高，稱為時效。若淬火後得到的過渡相（例如馬氏體）隨後使之在不同溫度范圍加熱，則稱為回火加熱溫度不同得出的顯微組織和性能也不同。淬火、回火(或時效)是改變合金材料性能及結構的有效手段。對非金屬材料來說，單相的晶體內由於時效過程發生第二相的沉淀是使晶體性能變壞的原因，需設法避免。

　　其他熱處理　此外，還有所謂化學熱處理，是在高溫下通過擴散使一種或多種元素滲入零件表面，改變表面的化學成分（結構）或使之能進行熱處理，獲得表面高硬度及耐腐蝕等性質，例如鋼的滲碳、滲氮等。

　　利用液態急冷以獲得非晶態薄膜，其原理與淬火相同，隻是保持到室溫的一般是非晶態相，也有時效現象。