热处理技术[英文名称] Heat treatment

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[定义]
  　概念定义：通过加热和冷却的方法,使金属和合金内部组织结构发生变化,并获得工件使用性能所要求的组织结构。
　  研究范围：热处理技术研究范围包括常规热处理(退火、正火、回火、淬火)、化学热处理、真空热处理、感应热处理、激光热处理、形变热处理、电子束热处理、淬火介质、计算机技术的发展和应用。
[国外概况]
  　(一) 发展过程
　  50年代初～60年代中期
　  需求动力：真空技术、感应加热技术、形变技术等的发展,推动热处理技术的发展。
  　主要特点：该阶段的主要特点是:1.广泛采用无保护气氛的常规热处理如盐浴处理;2.真空热处理开始用于工业生产;3.形变热处理研究处于最为活跃时期,主要用于强化轧制件和锻造件;4.感应热处理作为一种热效率高、加热速度快的表面淬火工艺,得到普遍应用。
　  典型成果和产品：典型成果:真空油淬,真空退火,形变热处理,感应热处理
　  60年代中期～80年代初期
　  需求动力：新技术革命浪潮的出现,推动了热处理工艺与设备的现代化和合理化。主要技术基础包括激光技术、真空技术、电子束技术、离子技术、计算机技术等。
　  主要特点：该阶段的主要特点是1.保护气氛热处理所占比例越来越大;2.真空热处理得到广泛应用,新型加热元件、绝热材料和真空淬火介质的研究将真空热处理推向一个新的阶段;3.热处理新工艺不断问世,如电子束热处理、激光热处理、离子束热处理等;4.计算机控制开始应用于热处理工艺,并得以迅速发展。
　  典型成果和产品：典型成果：激光热处理、电子束热处理、离子束热处理
　  80年代初～至今
　  需求动力：能源紧缺的出现,推动热处理节能技术的发展,新型高温材料在航空航天工业的广泛应用,对热处理提出极高的要求,为此推动了热处理新技术的迅速发展。此外欧美各国对热处理观念的改变也推动了热处理技术与设备的发展。
　  主要特点：该阶段的特点是:1.真空热处理成为发展最快的技术,该技术的增长率超过了80年代其它热处理方法的增长率;2.热处理过程中广泛采用了计算机控制技术;3.各种节能热处理工艺、设备和材料倍受重视;4.新工艺如激光热处理、离子束热处理、流态床热处理、电子束热处理等技术得到迅速发展;5.热处理冷却技术进展较大,新方法和新型淬火介质不断问世,如聚合物淬火介质得到广泛应用,超冷处理、水-空气混合剂冷却、强烈淬火法也用于某些特殊零部件。
　  典型成果和产品：典型成果:高压真空气淬热处理、高流率真空气淬、高压高流率气淬处理、激光热处理、电子束热处理、离子束热处理、流态床热处理、有关节能技术的计算热处理炉中能源消耗的国际计算机系统(CALECIF)
　  (二) 现有水平及发展趋势
　  随着现代物理冶金、电子技术、计算机技术、激光技术、真空技术等的迅速发展,热处理技术取得了新进展。
    近年来,计算机控制在热处理工艺与设备应用方面的进展主要表现在以下几个方面:1.加热炉的计算机控制从早期的单一温度控制向热处理工艺程序全过程的精密化和最佳系统控制过渡;2.化学热处理中电子计算机的应用从单级控制发展为二级乃至多级自动控制系统;3.利用计算机信息系统进行合金和热处理工艺设计;4.利用计算机评估淬火强度和预测硬度分布。计算机控制在热处理技术中的应用,优化了工艺参数,提高了产品质量,改善能耗,节约能源,使整个生产线成为全自动流水线。
    在热处理的加热技术方面,高能量密度热处理发展很快,如激光热处理、电子束表面淬火、等离子弧加热、高频电阻感应加热、高频脉冲感应加热等。激光热处理在美国、原苏联、日本、西欧等国受到重视,激光淬火、激光表面合金化、激光冲击处理等工艺已在许多材料和领域得到成功应用,但是由于激光设备功率的限制,影响其应用范围,今后激光热处理的主要发展方向是开发大功率激光器、开展深层激光淬火的研究和应用。
    在冷却技术和新型淬火冷却介质方面,国外的研究重点是在水或油中加入一些能调整或控制冷却特性的单一或复合添加剂来使冷却介质更好地满足现代化生产的需要,主要有以下几个方面:1.聚合物水溶性淬火介质;2.加入变性添加剂的淬火物;3.新型淬火油系列;4.水--空气混合剂的喷雾冷却技术;5.流态床冷却的发展和应用。
    近年来,在化学热处理方面进展较大的新工艺包括离子轰击、离子注入薄层渗碳、热循环化学热处理和复合化学热处理等。最近美国宇航局开发了一种高真空下的离子氮化技术,效果颇好。
    真空热处理作为一种应用最广的热处理技术也不断更新,近年来真空气淬工艺发展很快,主要包括:真空高压气淬工艺、高流率真空气淬工艺和高压高流率气淬工艺。新炉型有德国Degassa公司的VKSQ型,美国Abar-Ipsen公司的HFQ型等。
    总之,近年来,热处理新技术的发展方向主要有以下几个方面:1.将计算机和机器人技术引入热处理,向生产自动化发展;2.采用新的加热源和新加热技术;3.使用新的淬火介质;4.发展复合热处理;5.降低热处理技术能耗。
　  美国在热处理新工艺的研究和应用方面具有世界先进水平,航空航天零件所用热处理设备基本上都是真空炉和气体保护炉,计算机已广泛用于热处理的工艺控制。在高压真空气淬工艺方面进展较大,Abar-Ipsen公司制造的高压高流率真空气淬炉达到世界先进水平。激光热处理(表面淬火)在汽车工业,国防工业的生产中得到广泛应用,取得良好的经济效益和社会效益。激光表面合金化已取得试验室成功。美国联合碳化物公司的UCON和好富顿公司的Aqua-Quench聚合物水溶性淬火介质代表了世界先进水平,在许多国家的热处理工业中得到广泛应用,其销量占淬火剂总量的15%以上。
    日本在热处理工艺方面,非常重视节能热处理的研究和应用,发展了节能热处理炉,在氮基气氛渗碳炉和离子热处理装置上采用节能措施。真空热处理和离子热处理得到较大发展,具有较先进水平。近年来,日本非常重视高性能热处理技术的开发应用,如激光热处理和电子束热处理。聚合物淬火介质也已广泛用于热处理工业,如丰田汽车公司的淬火锻件中有60%采用聚合物水溶性淬火介质。
    原苏联在激光热处理方面具有世界先进水平,在激光热处理的研究和应用方面均取得了较大成功。在推广应用新型淬火介质方面具有一定特色,采用的聚丙烯酸、乙基氧基烷基酚水溶液有较大实用价值。
    西欧各国在热处理工艺的研究和应用方面各具特色,德国在高压气淬工艺方面处于世界领先地位,法国、英国和加拿大在真空热处理方面也具有较先进水平。在激光热处理的研究方面做了大量工作,但在生产中应用不多。
　  (三) 主要研究机构
　  西德德古沙公司(Degussa company)，主攻技术及工程：主要制造各种真空热处理炉,可控气氛炉。