金属热处理(DOC29)

金属热处理 heat treatment
金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中
保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺。
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其他加工工艺相比，热处理一般
不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改
变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。其特点是改善工件的内在
质量，而这一般不是肉眼所能看到的。
为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料
和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。钢铁是机械工业中应用最广
的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金
属热处理的主要内容。另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改
变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。
在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们
所认识。早在公元前 770～前 222 年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性
能会因温度和加压变形的影响而 变化。白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重
要工艺。
公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅
速发展。中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏
体存在，说明是经过淬火的。
随着淬火技术的发展，人们逐渐发现淬冷剂对淬火质量的影响。三国蜀人蒲元
曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制 3000 把刀，相传是派人到成都取水淬火的。这说
明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能
力。中国出土的西汉(公元前 206～公元 24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为 0.1
5～0.4%，而表面含碳量却达 0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。但当时作为个
人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。
1863 年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组
织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时
转变为一种较硬的相。法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥
斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。与此同时，
人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中
金属的氧化和脱碳等。
1850～1880 年，对于应用各种气体(诸如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加
热曾有一系列专利。1889～1890 年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。
二十世纪以来，金属物理的发展和其他新技术的移植应用，使金属热处理工艺
得到更大发展。一个显著的进展是 1901～1925 年，在工业生产中应用转筒炉进
行气体渗碳 ；30 年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研
究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60 年代，