金屬熱處理

　　利用金屬固態相變等規律，使金屬隨溫度變化，發生組織結構轉變，以改善並控制金屬的物理、化學和力學性能的技術學科，簡稱為熱處理。出土的春秋戰國鋼劍表明，中國在二千多年以前就掌握瞭鋼的滲碳技術和淬火技術。但直到19世紀金屬的顯微組織得到觀察、鋼的臨界點及鐵碳平衡圖被測定以後，熱處理技術才走上實踐與理論相結合的發展道路，逐漸形成一門學科。鋼中奧氏體在臨界點以下的恒溫轉變和關於鋼的淬透性的研究，奠定瞭熱處理技術的基礎。隨著物理測試技術的發展，X射線、電子顯微分析等用用來研究金屬熱處理中的問題，大大豐富並發展瞭這門學科（見冶金學）。

　　熱處理技術可以分為三大類：一般熱處理、化學熱處理與形變熱處理。

　　一般熱處理　是單純利用溫度變化改善金屬的組織與性能的熱處理方法。包括：①退火。即把金屬加熱到臨界點以上溫度，獲得高溫相，然後緩慢冷卻，使金屬在接近平衡的條件下發生固態相變，以改善金屬在凝固、范性形變、焊接或以前的熱處理過程中產生的組織；也可以把金屬加熱到不發生相變的溫度，使金屬得以消除內應力，或使經受冷變形的金屬發生回復和再結晶。退火是使金屬內部組織趨近於平衡狀態的熱處理。若在獲得高溫相後以中速冷卻，使金屬獲得比退火組織較細的組織，以達到與退火相似的效果，同時起著提高性能的作用，則稱為正火。②淬火。把金屬加熱到臨界點以上溫度，獲得高溫相，然後急劇冷卻，獲得不平衡組織，以保持高溫相或形成亞穩相，借以利用高溫相的良好性能，並為下一步熱處理作準備。如在高溫下隻發生第二相溶解（基體不發生相變），然後急冷，將高溫固溶狀態保留到室溫。則稱為固溶熱處理。③回火。淬火的後繼處理，把淬火後的不平衡組織，加熱到臨界點以下溫度，使金屬重新趨近於平衡的組織；並且控制相變的進程，使金屬獲得合宜的組織和性能。經固溶處理後在室溫或通過加熱到某個較低溫度以促進第二相脫溶的工藝，則稱為“時效處理”。

　　化學熱處理　利用金屬中的擴散和合金相的形成等規律，使金屬在特定的可控介質中，從表面滲入不同元素，改變金屬表面層的化學成分和組織結構，並可在隨後的熱處理中使金屬發生所需要的相變，以改善其化學、物理或力學性能的方法。通常滲入的元素有：碳、氮、硼、氧、硫、鋁、鉻、矽、釩、鈦等，也可以同時滲入多種元素。化學熱處理可以在氣態、液態或固態介質中進行。

　　形變熱處理　在金屬塑性加工過程中，利用金屬范性形變與相變規律，特別是形變與相變的動態交互作用，控制金屬內部的組織，提高其綜合性能。目前重要的工藝發展有控制軋制和鍛後餘熱淬火。這些工藝既提高金屬的性能，又降低能源消耗。

　　熱處理工藝　為瞭使熱處理達到預期的目的，必須選擇可能發生某種相變的金屬或合金，同時必須選擇能夠控制其組織變化的熱處理工藝制度(加熱與冷卻制度)。在鋼的熱處理中，用連續冷卻時過冷奧氏體轉變圖將上述兩方面統一起來，使實際工件經熱處理後獲得所需要的組織。

　　加熱使金屬獲得高溫相。高溫相的狀態決定瞭金屬在冷卻過程中發生相變的能力。為瞭保證在熱處理過程中金屬表面化學成分不發生改變，廣泛應用瞭可控保護氣氛或真空熱處理。

　　高密度能量熱處理，如電感應加熱、離子轟擊熱處理、激光加熱與電子束加熱等可以有效地強化熱處理工藝、節約能源。電感應加熱利用感應電渦流的集膚效應，將金屬表面層迅速加熱到高溫後淬火，已是較成熟的工藝，被廣泛地運用於熱處理生產。離子轟擊熱處理是在低氣壓電場下使氣體介質離子化，在高電壓下高能量離子轟擊金屬表面，把工件表面層迅速加熱到所需溫度、並把離子註入金屬表面層，達到改變其化學成分和組織結構的目的。離子轟擊熱處理在氮化處理已表現出其優越性，正迅速地擴展到其他化學熱處理，激光加熱和電子束加熱與激冷相結合可在更寬廣的范圍內改變金屬表面的組織與性能（見非晶態金屬）。

　　熱處理工藝的計算機程序控制，不僅能夠精確控制工藝參數，保證工件質量，而且可以充分發揮生產設備效率，節約能源。因此，微處理機已經在熱處理生產中開始應用。