趙瑩

【摘 要】熱處理工藝在機(jī)械制造中具有非常重要的應(yīng)用，隨著社會(huì)的發(fā)展，我們對(duì)熱處理工藝提出了越來(lái)越高的要求，并且在近些年來(lái)涌現(xiàn)出了一些新型的熱處理工藝。本文主要針對(duì)近些年來(lái)涌現(xiàn)的激光熱處理、真空熱處理、形變熱處理等新型熱處理工藝進(jìn)行詳細(xì)、深度的剖析。本文期望通過(guò)金屬材料熱處理新型工藝的介紹來(lái)更好的促進(jìn)中國(guó)熱處理行業(yè)和制造業(yè)更好的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】熱處理；新工藝；激光；真空；形變

隨著現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，我們對(duì)機(jī)械零件、模具等提出了越來(lái)越高的要求。金屬熱處理作為制造業(yè)中非常重要的工藝之一，往往是金屬加工過(guò)程中不可或缺的工藝環(huán)節(jié)。由于熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)組成，只是通過(guò)改變工件內(nèi)部的顯微組織結(jié)構(gòu)等來(lái)改善工件的內(nèi)在質(zhì)量，因此它具有其他工藝無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在汽車、拖拉機(jī)、機(jī)床等制造中，需要熱處理的金屬零件多達(dá)70%～80%，而在模具和滾動(dòng)軸承中，金屬熱處理基本上達(dá)到了100%。因此它越發(fā)受到了人們的關(guān)注，在石油化工、航空航天、汽車制造業(yè)等發(fā)揮著重要的作用。

傳統(tǒng)的熱處理方式主要有退火、正火、淬火、回火，俗稱“四把火”，它在人類發(fā)展的歷史長(zhǎng)河中烙下了深深的印記，到目前為止，它仍然是我們主要的熱處理方式。隨著我們對(duì)能源、環(huán)境的重視，對(duì)工件性能要求的提高，人們一直在探索新型的金屬熱處理工藝。由于先進(jìn)設(shè)備的發(fā)明和測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，新型熱處理工藝不斷涌現(xiàn)。金屬熱處理工藝從傳統(tǒng)的熱處理工藝發(fā)展到現(xiàn)在新型的表面熱處理、真空熱處理、氣氛熱處理、形變熱處理、時(shí)效處理等。隨著近代等離子場(chǎng)在熱處理工藝上的應(yīng)用，離子滲氮、離子滲碳為熱處理提供了新的思路。特別是激光、電子束技術(shù)的應(yīng)用，大大的豐富了熱處理的工藝手段。

1.激光熱處理

激光自從問(wèn)世以來(lái)，以其相干性和單色性好，能量大等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，其一系列潛在絕大價(jià)值已經(jīng)引起了各個(gè)部門的重視，特別是在航空軍工等領(lǐng)域，激光更是被視為新一代制導(dǎo)武器。隨著激光理論、空間技術(shù)的迅速發(fā)展和日臻完善，激光熱處理已經(jīng)顯現(xiàn)出了其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和效果，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于材料的切割、焊接、熱處理等領(lǐng)域，是一種有望在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用的新型熱處理工藝手段。

1.1激光熱處理工藝的熱學(xué)分析

激光照射金屬工件表面可以快速加熱工件，其輸出功率P可以用功率密度和光斑面積S來(lái)表示：P=·S（S=d2/4）其中功率密度可以達(dá)到109W/cm2，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通的熱源（約107W/cm2），且激光光斑面積可以小至10-5cm2，為普通太陽(yáng)光最小光斑面積的1/100。因此激光的輸出功率可以達(dá)到普通熱源的104倍。

一般來(lái)講激光輻射在材料內(nèi)部產(chǎn)生的熱處理過(guò)程不僅與輻射功率密度有關(guān)，而且與作用時(shí)間有密切關(guān)系。在實(shí)際的應(yīng)用中我們可以控制輻射功率密度和輻射時(shí)間來(lái)控制能量的輸入，從而進(jìn)行相變強(qiáng)化、非晶態(tài)化、重熔合金化等處理。

1.2激光熱處理工藝概述

激光熱處理工藝主要有激光切割、激光淬滅、激光涂覆等幾種工藝方法。

激光切割：該技術(shù)是采用激光束照射到金屬工件表面的高能量使工件表面局部熔化并蒸發(fā)，從而達(dá)到局部切割的效果。一般來(lái)講激光切割技術(shù)使用的較多的是二氧化碳激光切割技術(shù)，它具有切割質(zhì)量好，精度高，切縫不需要再加工，切割速度快等工藝優(yōu)點(diǎn)；另外它還是一種安全清潔、無(wú)污染的切割技術(shù)。

激光猝滅：以高密度能量激光作為能源，迅速加熱工件使熱量急劇向內(nèi)層傳遞和向環(huán)境散熱，從而產(chǎn)生內(nèi)部相變的工藝過(guò)程。它已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于冶金、機(jī)械、石油化工等領(lǐng)域，特別是在提高軋輥、剪刃等易損件的使用壽命方面效果顯著近來(lái)在模具、齒輪等工件的強(qiáng)化方面也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

激光涂覆：利用激光束照射金屬工件表面使之熔融，然后在其表面進(jìn)行涂覆處理。在激光涂覆處理過(guò)程中，我們需要控制好照射時(shí)間和輻射功率密度的條件，從而使覆層具有良好的結(jié)合力，保證涂層的涂覆質(zhì)量。該法具有覆層材料消耗量小，工藝過(guò)程容易控制等優(yōu)點(diǎn)。

2.真空熱處理

真空熱處理是指在低于一個(gè)大氣壓的環(huán)境中進(jìn)行的熱處理工藝，它是真空技術(shù)與熱處理技術(shù)相結(jié)合的一種新型的熱處理技術(shù)。它可以實(shí)現(xiàn)其他常規(guī)熱處理工藝過(guò)程所涉及到的過(guò)程，但是其熱效果的質(zhì)量得到大幅度的提高，被視為一種具有潛在巨大應(yīng)用價(jià)值的金屬熱處理工藝。

真空熱處理的應(yīng)用。

真空熱處理可以實(shí)現(xiàn)無(wú)氧化、無(wú)脫碳、無(wú)滲碳等效果，另外還可以去掉金屬工件表面的磷屑，能夠達(dá)到表面光亮凈化的效果，因此近年來(lái)其應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣，從真空退火的應(yīng)用延伸到真空滲碳等應(yīng)用方面。

2.1真空退火

對(duì)于金屬工件來(lái)講，退火可以改變晶體結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)，消除組織應(yīng)力等作用，利用真空退火還可以防止脫碳、除氣脫脂、蒸發(fā)氧化物從而提高金屬工件的表面光亮度和力學(xué)性能。實(shí)踐表明，真空退火時(shí)，金屬工件的光亮度與體系的真空度、退火溫度等有關(guān)。對(duì)于結(jié)構(gòu)鋼來(lái)講，在700～850℃，真空度為133.3×10-2Pa時(shí)，平均光亮度為60～70%；然而當(dāng)真空度提高的話光亮度可以提高到70～80%。因此在生產(chǎn)中可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)加以選擇。對(duì)于各種不銹鋼來(lái)講，只有在高于133.3×10-3Pa真空度條件下退火才能使光亮度達(dá)到70%以上。

2.2真空化學(xué)熱處理（真空滲碳）

隨著熱處理工藝的不斷發(fā)展，真空化學(xué)熱處理的應(yīng)用也越來(lái)越受到重視，真空化學(xué)熱處理方法能有效的提高金屬工件的各項(xiàng)綜合性能。在真空化學(xué)熱處理方法中以真空滲碳工藝較為經(jīng)典，它是在真空淬火和高溫滲碳的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新的熱處理工藝。它具有滲碳時(shí)間短、作業(yè)條件好等優(yōu)點(diǎn)，有著極為廣泛的應(yīng)用前景。

3.形變熱處理

形變熱處理工藝，作為一種新型的熱處理工藝方式，是在形變強(qiáng)化和熱處理強(qiáng)化基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。人們?cè)谏a(chǎn)研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)金屬工件在同時(shí)受到形變和相變時(shí)，奧氏體晶粒發(fā)生細(xì)化，位錯(cuò)密度提高，晶界發(fā)生畸變，能夠達(dá)到單一形變或者單一相變所不能達(dá)到的綜合強(qiáng)韌化的效果。形變熱處理的方法很多，一般來(lái)講，根據(jù)形變與相變過(guò)程的相互順序可以將其分為相變前形變、相變中形變、相變后形變等。近年來(lái)，在形變熱處理工藝的基礎(chǔ)上又發(fā)展起來(lái)了一些復(fù)合形變熱處理方法。它是將形變熱處理與化學(xué)熱處理、表面淬火工藝等結(jié)合起來(lái)而派生出來(lái)的。從這些快速發(fā)展的復(fù)合形變熱處理工藝我們可以看出熱處理工藝作為一種新型的熱處理工藝所體現(xiàn)出來(lái)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和生命力。

4.結(jié)語(yǔ)

金屬材料作為國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和基礎(chǔ)建設(shè)的重要支柱行業(yè)，在機(jī)械制造中具有非常重要的作用，因此正確運(yùn)用熱處理，了解其作用和特點(diǎn)是非常重要的。熱處理的新工藝會(huì)隨著社會(huì)的不斷發(fā)展而不斷涌現(xiàn)，給制備高端、精密儀器帶來(lái)了希望。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]巨東英.日本金屬熱處理未來(lái)發(fā)展路線概述.第十次全國(guó)熱處理大會(huì)論文集，2011，9.