热处理在机械工业中的地位及热处理生产

热处理在机械工业中的地位及热处理生产

技术发展现状及展望

一、在机械工业中的重要作用

（1）什么是热处理

热处理是将钢在固态下加热到一定的温度，并在该温度下保持一定时间，然后以一定的速度冷却下来的一种热加工工艺，其目的是改变钢的内部组织结构以改善钢的性能。（见下图）

（2）在机械制造业中的作用

热处理是机械工业制造技术的主要组成部分，是强化金属材料，发挥潜在能力的重要工艺措施，是保证和提高机械产品质量和寿命的关键因素。是提高产品竞争能力的重要生产工艺。

二、国外热处理技术发展趋势

由于热处理和机械产品的质量密切相关，国外先进工业国家都十分重视热处理技术的研究和使用，热处理的发展日新月异，主要表现在：①以保护气氛与真空为主的少无氧化热处理技术日趋完善和普及；②低压渗碳、气淬、表面改性技术等新的热处理和表面热处理技术不断涌现；③节能热处理和精密热处理技术迅猛发展；④热处理的污染和治理及清洁环境问题受到了足够的重视；⑤热处理产品质量的控制愈来愈严格；⑥生产的自动化水平不断提高。

（1）“少无氧化”热处理技术

它的普及程度是80～90年代热处理水平的主要标志。先进工业国家的无氧化热处理比重已达到80％以上。据国家热处理和表面工程联合会（1FHT ）统计和预测，欧洲工业国在1980年经真空热处理的零件比重达3％，1985年上升到18％，2000年增加到23％，此间可控气氛热处理也由19％增加到了29％。而在氧化气保温 冷却 升温 τ T （℃）

氛中的热处理工件大大减少，由于80年代的55％减少到7％。比如美国石油机械制造业85年少无氧化的热处理产品零件达到60％以上。

属于少无氧化热处理范畴的技术包括气氛、真空、感应、流态床、盐浴、激光、电子束、涂层包装热处理和燃烧炉火焰的还原性调节，在惰性、中性气氛和多组元可控气氛中加热的气氛热处理仍是当前最广泛应用的无氧化加热方法。

（2）表面热处理新技术

①液捧、气体渗C、C、N共渗，N—C—S N—C—o N。C—o—S共渗等低温化学热处理技术，具有耐磨、减摩、节能和少变形的特点，乙炔低压渗碳具有渗层组织均匀和高的渗入能力，使小孔及狭缝渗C成为可能。

②表面改性层技术是对传统的渗C等单一元素渗入增加为同时渗入几种元素，通过加入稀土元素催渗，在提高渗速的同时，由于稀土催渗使渗层与基体之间增加的过渡层加深，而且细化了晶粒，淬火后渗层与基体之间的硬度变化平缓，提高渗层的韧性。

③Ni—P化学镀和随后的时效硬化是化学镀和热处理的复合技术，镀层硬度高、零件变形小。

④TiC、TiN、NbC、NbN等硬质化合物的CVD、PVD（化学、物理沉积）法，无晶形碳和类金钢石薄膜沉积技术使摩擦磨损件的寿命大幅度提高。

⑤激光、电子束、加热相变硬化，熔化凝固和表面合金化技术已应用于生产中。

（3）节能“少无浪费”

能源的紧缺是世界性问题，工业发达国家对开发新能源，尤其是节约使用能源都极为重视。而热处理又是机械制造业中的耗能大户，为机械制造业的20一30％。

合理选择热处理能源；广泛采用节能工艺，对传统的工艺方法从节能角度重新予以“探讨”；开发推广节能的热处理设备；强制实行废热余热的利用（多次）；合理组织热处理生产，尽量保证设备满负荷运转，使热处理平均电耗在300℃/吨以下。

比如把渗C强度从930℃提高到1050℃可减少40％的工艺周期，在一般电阻炉这种温度的提高受到发热体和耐热材料的限制是很难实现的，而在真空炉中低压渗C在1050℃施行是轻而易举之事；以N—C共渗S—N共掺和O—N共渗代替渗C和C—N洪渗，可把工艺温度由850—930℃降低到550—580℃，代替

一般气体渗N可将渗N时间从30—70h减少到1.5—3h；利用锻后预热施行锻坯的调质淬火，可节约重新加热的热能，而且还能获得改善组织和性能的形变热处理功效，又比如加热设备节能的潜力也很大，连续式加热炉比周期性加热炉节能，四种炉型能源利润率排序（由大到小）振动式炉、井式炉、箱形炉、输送带式炉。

美国ASM提出2020年热处理目标中的能源利用率，届时普遍提高到80％。

（4）环保—“少无污染”

热处理生产伴随有废敢、废水、废盐、废渣、油烟噪音和电磁波的形成，其中不少为有毒物品，直接排放和倾倒会造成破坏生态及污染环境的后果。

先进的热处理技术首先是对环境没有污染的技术，其中包括“清洁工艺”、“清洁设备”、“清洁材料”等。

可控气氛、真空，具有良好的屏蔽的感应热处理就是最广泛应用的典型“清洁工艺”，等离子热处理、低压渗C、高压气淬、激光电于束强化、喷雾淬火、真空清洗等也属于少无污染技术；与这些工艺相对应使用的真空炉离子渗C炉，低NoX·SOx燃烧加热炉、流态炉属无污染设备；聚合物淬火剂、无纲氯烃溶剂、A12O3·Si02等流态床粒子、N和各种惰性气体属清洁材料。

大量用氰盐的液态渗C，C、N共渗和N、C共渗应禁止使用。

含碳酸盐盐浴“切勿加入尿素”或“缩二脲”，否则会反应生成氰酸盐后分解为氰盐。

含S、Li的氰盐浴可使氰化物保持0.1％一0.5％的低水平，我国的LT碳、N共渗属此类，在氰盐浴中加有机聚合物melon也可降低氰盐含量2％一3％其余大部分为无毒的氰酸盐，QPQ处理技术盐浴届此种。

BaCl2过量废水对人体有害，须无害化处理达标才允许排放。

热处理用淬火油，目前尚无法完全取代，淬火时形成的油烟对作业场地及周围环境有影响，目前我国的企业都是直接抽风室外排放，这是迟早必须解决的，美国2020年热处理目标首先要实现零污染。

（5）产品质量、使用寿命“少无废品”

热处理是解决机器零件使用寿命的关键，搞好热处理也是节约原材料的有效途径。国外，先进工业国的许多知名企业都把热处理技术作为其产品的有力竞争手段而严格保密。在开发各种专利技术的同时，还在生产中采用各种先进的测控技术来保证产品质量的严格控制，保证产品100％的合格率，真正实现TQC式生产。