金屬熱處理基本知識

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金屬熱處理是將金屬工件放在一定的介質(zhì)中加熱到適宜的溫度，并在此溫度中保持一定時間后,，又以不同速度冷卻的一種工藝,。
金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一，與其它加工工藝相比,，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學成分,，而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織，或改變工件表面的化學成分,，賦予或改善工件的使用性能,。其特點是改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，而這一般不是肉眼所能看到的,。
為使金屬工件具有所需要的力學性能,、物理性能和化學性能，除合理選用材料和各種成形工藝外,，熱處理工藝往往是必不可少的,。鋼鐵是機械工業(yè)中應用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復雜,，可以通過熱處理予以控制,，所以鋼鐵的熱處理是金屬熱處理的主要內(nèi)容。另外,，鋁,、銅、鎂,、鈦等及其合金也都可以通過熱處理改變其力學,、物理和化學性能，以獲得不同的使用性能。
在從石器時代進展到銅器時代和鐵器時代的過程中,，熱處理的作用逐漸為人們所認識,。早在公元前770～前222年，中國人在生產(chǎn)實踐中就已發(fā)現(xiàn),，銅鐵的性能會因溫度和加壓變形的影響而變化,。白口鑄鐵的柔化處理就是制造農(nóng)具的重要工藝。
公元前六世紀,，鋼鐵兵器逐漸被采用,，為了提高鋼的硬度，淬火工藝遂得到迅速發(fā)展,。中國河北省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟,，其顯微組織中都有馬氏體存在，說明是經(jīng)過淬火的,。
隨著淬火技術(shù)的發(fā)展,，人們逐漸發(fā)現(xiàn)淬冷劑對淬火質(zhì)量的影響,。三國蜀人蒲元曾在今陜西斜谷為諸葛亮打制3000把刀,，相傳是派人到成都取水淬火的。這說明中國在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了,，同時也注意了油和尿的冷卻能力,。中國出土的西漢(公元前206～公元24)中山靖王墓中的寶劍,心部含碳量為0.15～0.4%，而表面含碳量卻達0.6%以上,，說明已應用了滲碳工藝,。但當時作為個人“手藝”的秘密，不肯外傳,，因而發(fā)展很慢,。
1863年，英國金相學家和地質(zhì)學家展示了鋼鐵在顯微鏡下的六種不同的金相組織,，證明了鋼在加熱和冷卻時,，內(nèi)部會發(fā)生組織改變，鋼中高溫時的相在急冷時轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相,。法國人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論,，以及英國人奧斯汀最早制定的鐵碳相圖，為現(xiàn)代熱處理工藝初步奠定了理論基礎,。與此同時,，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過程中對金屬的保護方法，以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等,。
1850～1880年,，對于應用各種氣體(諸如氫氣、煤氣,、一氧化碳等)進行保護加熱曾有一系列專利,。1889～1890年英國人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利,。
二十世紀以來，金屬物理的發(fā)展和其它新技術(shù)的移植應用,，使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)展,。一個顯著的進展是1901～1925年，在工業(yè)生產(chǎn)中應用轉(zhuǎn)筒爐進行氣體滲碳 ,；30年代出現(xiàn)露點電位差計,使爐內(nèi)氣氛的碳勢達到可控,，以后又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進一步控制爐內(nèi)氣氛碳勢的方法,；60年代,，熱處理技術(shù)運用了等離子場的作用，發(fā)展了離子滲氮,、滲碳工藝,；激光、電子束技術(shù)的應用,，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學熱處理方法,。