什么是金属热处理?

[拼音]：jinshu rechuli

[外文]：heat treatment of metals

利用金属固态相变等规律，使金属随温度变化，发生组织结构转变，以改善并控制金属的物理、化学和力学性能的技术学科，简称为热处理。出土的春秋战国钢剑表明，中国在二千多年以前就掌握了钢的渗碳技术和淬火技术。但直到19世纪金属的显微组织得到观察、钢的临界点及铁碳平衡图被测定以后，热处理技术才走上实践与理论相结合的发展道路，逐渐形成一门学科。钢中奥氏体在临界点以下的恒温转变和关于钢的淬透性的研究，奠定了热处理技术的基础。随着物理测试技术的发展，X射线、电子显微分析等用来研究金属热处理中的问题，大大丰富并发展了这门学科（见冶金学）。

热处理技术可以分为三大类：一般热处理、化学热处理与形变热处理。

是单纯利用温度变化改善金属的组织与性能的热处理方法。包括：

（1）退火。即把金属加热到临界点以上温度，获得高温相，然后缓慢冷却，使金属在接近平衡的条件下发生固态相变，以改善金属在凝固、范性形变、焊接或以前的热处理过程中产生的组织；也可以把金属加热到不发生相变的温度，使金属得以消除内应力，或使经受冷变形的金属发生回复和再结晶。退火是使金属内部组织趋近于平衡状态的热处理。若在获得高温相后以中速冷却，使金属获得比退火组织较细的组织，以达到与退火相似的效果，同时起着提高性能的作用，则称为正火。

（2）淬火。把金属加热到临界点以上温度，获得高温相，然后急剧冷却，获得不平衡组织，以保持高温相或形成亚稳相，借以利用高温相的良好性能，并为下一步热处理作准备。如在高温下只发生第二相溶解（基体不发生相变），然后急冷，将高温固溶状态保留到室温。则称为固溶热处理。

（3）回火。淬火的后继处理，把淬火后的不平衡组织，加热到临界点以下温度，使金属重新趋近于平衡的组织；并且控制相变的进程，使金属获得合宜的组织和性能。经固溶处理后在室温或通过加热到某个较低温度以促进第二相脱溶的工艺，则称为“时效处理”。

利用金属中的扩散和合金相的形成等规律，使金属在特定的可控介质中，从表面渗入不同元素，改变金属表面层的化学成分和组织结构，并可在随后的热处理中使金属发生所需要的相变，以改善其化学、物理或力学性能的方法。通常渗入的元素有：碳、氮、硼、氧、硫、铝、铬、硅、钒、钛等，也可以同时渗入多种元素。化学热处理可以在气态、液态或固态介质中进行。

在金属塑性加工过程中，利用金属范性形变与相变规律，特别是形变与相变的动态交互作用，控制金属内部的组织，提高其综合性能。目前重要的工艺发展有控制轧制和锻后余热淬火。这些工艺既提高金属的性能，又降低能源消耗。

为了使热处理达到预期的目的，必须选择可能发生某种相变的金属或合金，同时必须选择能够控制其组织变化的热处理工艺制度(加热与冷却制度)。在钢的热处理中，用连续冷却时过冷奥氏体转变图将上述两方面统一起来，使实际工件经热处理后获得所需要的组织。

加热使金属获得高温相。高温相的状态决定了金属在冷却过程中发生相变的能力。为了保证在热处理过程中金属表面化学成分不发生改变，广泛应用了可控保护气氛或真空热处理。

高密度能量热处理，如电感应加热、离子轰击热处理、激光加热与电子束加热等可以有效地强化热处理工艺、节约能源。电感应加热利用感应电涡流的集肤效应，将金属表面层迅速加热到高温后淬火，已是较成熟的工艺，被广泛地运用于热处理生产。离子轰击热处理是在低气压电场下使气体介质离子化，在高电压下高能量离子轰击金属表面，把工件表面层迅速加热到所需温度、并把离子注入金属表面层，达到改变其化学成分和组织结构的目的。离子轰击热处理在氮化处理已表现出其优越性，正迅速地扩展到其他化学热处理，激光加热和电子束加热与激冷相结合可在更宽广的范围内改变金属表面的组织与性能（见非晶态金属）。

热处理工艺的计算机程序控制，不仅能够精确控制工艺参数，保证工件质量，而且可以充分发挥生产设备效率，节约能源。因此，微处理机已经在热处理生产中开始应用。