金屬熱處理加熱電加熱法

以電為熱源，通過各種方法使電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芤约訜峁ぜ?。電加熱時(shí)，溫度易于控制，無環(huán)境污染，熱效率高。電加熱有多種方法。

金屬熱處理加熱電熱元件加熱

利用工頻（50～60赫）交變電流通過電熱元件時(shí)產(chǎn)生的電阻熱加熱工件。電熱元件常布置在加熱室內(nèi)四周或兩側(cè)，以保證加熱室內(nèi)溫度均勻；也有把元件裝在輻射管內(nèi)對(duì)工件間接加熱的。對(duì)于外熱鹽浴爐或金屬浴爐，則把電熱元件布置在坩堝外、殼體內(nèi)的空間。這種加熱方法也可用于氧化鋁粒子的浮動(dòng)粒子爐。它適用于工件整體加熱和電能充足的地區(qū)。

金屬熱處理加熱工件電阻加熱

降壓后的交變電流直接通過工件，由工件本身電阻產(chǎn)生熱量使工件溫度提高。這種方法適用于對(duì)截面均勻的工件進(jìn)行整體加熱。還有一種方式是利用滾動(dòng)銅輪壓在金屬工件上，通以低電壓大電流的交變電流，利用銅輪與工件間的接觸電阻產(chǎn)生熱量而加熱工件表面。

金屬熱處理加熱工件感應(yīng)加熱

把工件放在一個(gè)螺旋線圈內(nèi)，線圈中通以一定頻率（一般高于工頻）的交流電，使放在線圈中的工件產(chǎn)生渦流電流，利用工件本身的電阻產(chǎn)生熱量而被加熱。這種加熱的深度可隨電流頻率提高而變淺，稱為感應(yīng)加熱熱處理。感應(yīng)加熱主要用于加熱工件表面，但采用較低頻率而工件直徑又小時(shí)，也可以進(jìn)行整體加熱。這種加熱方法效率高，耗電少，多用于中、小零件的加熱淬火。

金屬熱處理加熱加熱介質(zhì)電阻加熱

將工業(yè)頻率的低壓交變電流導(dǎo)入埋在介質(zhì)中的電極，利用電流流過介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的電阻熱使介質(zhì)本身達(dá)到高溫。工件放在這種高溫介質(zhì)中進(jìn)行加熱，可以減少或避免氧化脫碳。這種介質(zhì)都是導(dǎo)電體，如鹽、石墨粒子等。加熱爐的爐型有內(nèi)熱式鹽浴爐和石墨浮動(dòng)粒子爐。這種加熱方法主要用于中、小零件的加熱淬火。

所用燃料可以是固體（煤）、液體（油）和氣體（煤氣、天然氣、液化石油氣）。

金屬熱處理加熱燃煤加熱

煤的資源豐富，燃煤反射爐在熱處理加熱方法中有過一定的地位。煤的性質(zhì)和反射爐的結(jié)構(gòu)，決定了煤不易完全燃燒，因而煤爐熱效率低，加熱質(zhì)量和勞動(dòng)條件差，煤煙污染環(huán)境。這些缺點(diǎn)，使得燃煤加熱法逐漸被其他加熱方法所取代。

金屬熱處理加熱液體燃料加熱

主要使用重柴油作燃料，適用于大型加熱爐加熱，也用于外熱式鹽浴爐的加熱，一般在爐子加熱室外墻一側(cè)或兩側(cè)安裝噴嘴。液體燃料用于加熱外熱式鹽浴爐時(shí)，噴嘴則安裝在坩堝外的爐殼上。液體燃料在噴嘴中與空氣混合，并在壓縮空氣的作用下霧化，然后噴出噴嘴，在加熱室中（或在鹽浴爐的坩堝外）燃燒,以加熱工件（或坩堝）。噴嘴的合理設(shè)計(jì)與布置,對(duì)保持爐溫均勻、節(jié)省燃料起著關(guān)鍵作用。噴嘴噴出的霧化油也可以在爐內(nèi)的輻射管中燃燒，加熱輻射管以間接加熱工件。燃油比燃煤容易控制加熱溫度，適用于大件整體的加熱和供油量充足的地區(qū)。

金屬熱處理加熱氣體燃料加熱

在噴嘴中，氣體與一定比例的空氣混合后噴出燃燒。這種方法可直接加熱放在加熱室中的工件，也可以把火焰噴入裝在加熱室中的輻射管，間接加熱工件。用于鹽浴爐時(shí),噴嘴裝在坩堝外的爐殼上,火焰射向坩堝外側(cè)以加熱熔鹽。用于加熱的氣體燃料有煤氣、天然氣和液化石油氣等。調(diào)節(jié)空氣與氣體的比值可以獲得氧化或還原的燃燒氣氛，從而減少工件加熱時(shí)的氧化脫碳程度。這種加熱方法適用于大件整體加熱和燃?xì)夤?yīng)充足的地區(qū)。

另一種方式是用噴嘴的火焰直接加熱工件表面，這時(shí)噴嘴和工件作相對(duì)移動(dòng)，所用氣體為氧-乙炔、氧-丙烷、氧-甲烷等。這種加熱方法即火焰淬火，適用于工件的表面淬火 。

30年代初期，可控氣氛光亮加熱法和機(jī)械化連續(xù)熱處理設(shè)備的出現(xiàn)，使熱處理的加熱方法又前進(jìn)一步。60年代以后真空熱處理的問世，可控氣氛的擴(kuò)大應(yīng)用，新熱源的移植，氧探頭和微處理機(jī)的應(yīng)用等，使熱處理加熱方法有了更新的發(fā)展。

加熱是金屬熱處理主要工序之一。選用合理的加熱方法可以保證和提高金屬熱處理的質(zhì)量（見金屬熱處理質(zhì)量控制）。有些零件在熱處理后出現(xiàn)的缺陷就是由于加熱方法不當(dāng)造成的。加熱時(shí)，應(yīng)保持溫度適當(dāng)而均勻以避免或減少金屬表面氧化、脫碳，同時(shí)還應(yīng)控制加熱速度。這些都與恰當(dāng)?shù)剡x擇加熱方法有關(guān)。早期的加熱是以木炭或煤為燃料，在敞開的灶式爐中進(jìn)行的。后來改變?nèi)紵业奈恢?，制成不同形式的反射爐，提高了加熱效率。為了改變因火焰直接接觸工件而引起的表面氧化脫碳，一些中、小型工件常采用間接加熱方法，如將工件埋在熔融鹽液等介質(zhì)中加熱，即“浴爐”加熱，可以基本上避免氧化，減少脫碳。液體和氣體燃料的采用，電加熱的擴(kuò)大應(yīng)用，使金屬熱處理的加熱方法更趨完善，加熱溫度更易于控制，同時(shí)避免了環(huán)境污染。在第一次世界大戰(zhàn)前后出現(xiàn)專門制造熱處理加熱爐的企業(yè) 。

以很大的功率密度加熱工件表面，加熱時(shí)間以毫秒計(jì),功率密度可達(dá)10(～10(瓦/厘米(，采用的熱源有太陽能、激光束和電子束等。

金屬熱處理加熱太陽能加熱

以聚光式太陽能加熱器加熱工件。

金屬熱處理加熱激光束加熱

利用CO₂連續(xù)激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光，經(jīng)過聚焦產(chǎn)生高溫射束照射工件，使工件局部表面薄層瞬時(shí)達(dá)到淬火溫度或熔化溫度。照射停止后，表面熱量迅速傳入基底材料而使表面淬硬或迅速凝固。利用激光束加熱的工藝有相變硬化-淬硬、表面“上光”-快速凝固、表面合金化等。使反射鏡可以改變光束的方向，所以這種方法最適用于內(nèi)壁（如汽缸套）加熱，但熱效率較低。

金屬熱處理加熱電子束加熱

利用高速運(yùn)動(dòng)的電子轟擊工件表面，使很高的動(dòng)能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，將工件表面溫度迅速提高到淬火溫度或熔化溫度。照射停止后，表面熱量在瞬時(shí)間即可傳入冷態(tài)的基底材料而淬硬或迅速凝固。與激光加熱一樣,電子束加熱的工藝也有相變硬化表面“上光”和表面合金化等由于加熱需要在真空室內(nèi)進(jìn)行，工件批量受到一定限制，但熱效率較高 。2100433B

金屬熱處理加熱方法，加熱是金屬熱處理主要工序之一。

選用合理的加熱方法可以保證和提高金屬熱處理的質(zhì)量（見金屬熱處理質(zhì)量控制）。有些零件在熱處理后出現(xiàn)的缺陷就是由于加熱方法不當(dāng)造成的。加熱時(shí)，應(yīng)保持溫度適當(dāng)而均勻以避免或減少金屬表面氧化、脫碳：同時(shí)還應(yīng)控制加熱速度。這些都與恰當(dāng)?shù)剡x擇加熱方法有關(guān)。早期的加熱是以木炭或煤為燃料，在敞開的灶式爐中進(jìn)行的。后來改變?nèi)紵业奈恢?，制成不同形式的反射爐，提高了加熱效率。為了改變因火焰直接接觸工件而引起的表面氧化脫碳，一些中、小型工件常采用間接加熱方法，如將工件埋在熔融鹽液等介質(zhì)中加熱，即“浴爐”加熱，可以基本上避免氧化，減少脫碳。液體和氣體燃料的采用，電加熱的擴(kuò)大應(yīng)用，使金屬熱處理的加熱方法更趨完善，加熱溫度更易于控制，同時(shí)避免了環(huán)境污染。在第一次世界大戰(zhàn)前后出現(xiàn)專門制造熱處理加熱爐的企業(yè)。30年代初期，可控氣氛光亮加熱法和機(jī)械化連續(xù)熱處理設(shè)備的出現(xiàn)，使熱處理的加熱方法又前進(jìn)一步。60年代以后真空熱處理的問世，可控氣氛的擴(kuò)大應(yīng)用，新熱源的移植，氧探頭和微處理機(jī)的應(yīng)用等，使熱處理加熱方法有了更新的發(fā)展。按熱源的不同，金屬熱處理加熱方法大致可分為燃料燃燒加熱法、電加熱法和高能量密度能源加熱法3大類。燃料燃燒加熱法　所用燃料可以是固體（煤）、液體（油）和氣體（煤氣、天然氣、液化石油氣）。燃煤加熱　煤的資源豐富，燃煤反射爐在熱處理加熱方法中有過一定的地位。煤的性質(zhì)和反射爐的結(jié)構(gòu)，決定了煤不易完全燃燒，因而煤爐熱效率低，加熱質(zhì)量和勞動(dòng)條件差，煤煙污染環(huán)境。這些缺點(diǎn)，使得燃煤加熱法逐漸被其他加熱方法所取代。液體燃料加熱　主要使用重柴油作燃料，適用于大型加熱爐加熱，也用于外熱式鹽浴爐的加熱，一般在爐子加熱室外墻一側(cè)或兩側(cè)安裝噴嘴。液體燃料用于加熱外熱式鹽浴爐時(shí)，噴嘴則安裝在坩堝外的爐殼上。液體燃料在噴嘴中與空氣混合，并在壓縮空氣的作用下霧化，然后噴出噴嘴，在加熱室中（或在鹽浴爐的坩堝外）燃燒，以加熱工件（或坩堝）。噴嘴的合理設(shè)計(jì)與布置，對(duì)保持爐溫均勻、節(jié)省燃料起著關(guān)鍵作用。噴嘴噴出的霧化油也可以在爐內(nèi)的輻射管中燃燒，加熱輻射管以間接加熱工件。燃油比燃煤容易控制加熱溫度，適用于大件整體的加熱和供油量充足的地區(qū)。氣體燃料加熱　在噴嘴中，氣體與一定比例的空氣混合后噴出燃燒。這種方法可直接加熱放在加熱室中的工件，也可以把火焰噴入裝在加熱室中的輻射管，間接加熱工件。用于鹽浴爐時(shí)，噴嘴裝在坩堝外的爐殼上，火焰射向坩堝外側(cè)以加熱熔鹽。用于加熱的氣體燃料有煤氣、天然氣和液化石油氣等。調(diào)節(jié)空氣與氣體的比值可以獲得氧化或還原的燃燒氣氛，從而減少工件加熱時(shí)的氧化脫碳程度。這種加熱方法適用于大件整體加熱和燃?xì)夤?yīng)充足的地區(qū)。另一種方式是用噴嘴的火焰直接加熱工件表面，這時(shí)噴嘴和工件作相對(duì)移動(dòng)，所用氣體為氧-乙炔、氧-丙烷、氧-甲烷等。這種加熱方法即火焰淬火，適用于工件的表面淬火。電加熱法　以電為熱源，通過各種方法使電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芤约訜峁ぜ?。電加熱時(shí)，溫度易于控制，無環(huán)境污染，熱效率高。電加熱有多種方法。電熱元件加熱　利用工頻（50～60赫）交變電流通過電熱元件時(shí)產(chǎn)生的電阻熱加熱工件。電熱元件常布置在加熱室內(nèi)四周或兩側(cè)，以保證加熱室內(nèi)溫度均勻；也有把元件裝在輻射管內(nèi)對(duì)工件間接加熱的。對(duì)于外熱鹽浴爐或金屬浴爐，則把電熱元件布置在坩堝外、殼體內(nèi)的空間。這種加熱方法也可用于氧化鋁粒子的浮動(dòng)粒子爐。它適用于工件整體加熱和電能充足的地區(qū)。工件電阻加熱　降壓后的交變電流直接通過工件，由工件本身電阻產(chǎn)生熱量使工件溫度提高。這種方法適用于對(duì)截面均勻的工件進(jìn)行整體加熱。還有一種方式是利用滾動(dòng)銅輪壓在金屬工件上，通以低電壓大電流的交變電流，利用銅輪與工件間的接觸電阻產(chǎn)生熱量而加熱工件表面。工件感應(yīng)加熱　把工件放在一個(gè)螺旋線圈內(nèi)，線圈中通以一定頻率（一般高于工頻）的交流電，使放在線圈中的工件產(chǎn)生渦流電流，利用工件本身的電阻產(chǎn)生熱量而被加熱。這種加熱的深度可隨電流頻率提高而變淺，稱為感應(yīng)加熱熱處理。感應(yīng)加熱主要用于加熱工件表面，但采用較低頻率而工件直徑又小時(shí)，也可以進(jìn)行整體加熱。這種加熱方法效率高，耗電少，多用于中、小零件的加熱淬火。加熱介質(zhì)電阻加熱　將工業(yè)頻率的低壓交變電流導(dǎo)入埋在介質(zhì)中的電極，利用電流流過介質(zhì)時(shí)產(chǎn)生的電阻熱使介質(zhì)本身達(dá)到高溫。工件放在這種高溫介質(zhì)中進(jìn)行加熱，可以減少或避免氧化脫碳。這種介質(zhì)都是導(dǎo)電體，如鹽、石墨粒子等。加熱爐的爐型有內(nèi)熱式鹽浴爐和石墨浮動(dòng)粒子爐。這種加熱方法主要用于中、小零件的加熱淬火。高能量密度能源加熱　以很大的功率密度加熱工件表面，加熱時(shí)間以毫秒計(jì)，功率密度可達(dá)106～108瓦／厘米2，采用的熱源有太陽能、激光束和電子束等。太陽能加熱　以聚光式太陽能加熱器加熱工件。激光束加熱　利用CO2連續(xù)激光發(fā)生器產(chǎn)生的激光，經(jīng)過聚焦產(chǎn)生高溫射束照射工件，使工件局部表面薄層瞬時(shí)達(dá)到淬火溫度或熔化溫度。照射停止后，表面熱量迅速傳入基底材料而使表面淬硬或迅速凝固。利用激光束加熱的工藝有相變硬化-淬硬、表面“上光”-快速凝固、表面合金化等。使反射鏡可以改變光束的方向，所以這種方法最適用于內(nèi)壁（如汽缸套）加熱，但熱效率較低。電子束加熱　利用高速運(yùn)動(dòng)的電子轟擊工件表面，使很高的動(dòng)能迅速轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，將工件表面溫度迅速提高到淬火溫度或熔化溫度。照射停止后，表面熱量在瞬時(shí)間即可傳入冷態(tài)的基底材料而淬硬或迅速凝固。與激光加熱一樣，電子束加熱的工藝也有相變硬化、表面“上光”和表面合金化等。由于加熱需要在真空室內(nèi)進(jìn)行，工件批量受到一定限制，但熱效率較高。參考書目　南京機(jī)器制造學(xué)校編：《熱處理爐及車間設(shè)備》，機(jī)械工業(yè)出版社，北京，1984?！×何牧志帲骸陡袘?yīng)加熱裝置》，機(jī)械工業(yè)出版社，北京，1982。 2100433B

金屬熱處理綜述

熱處理工藝一般包括加熱、保溫、冷卻三個(gè)過程，有時(shí)只有加熱和冷卻兩個(gè)過程。這些過程互相銜接，不可間斷。

金屬熱處理加熱

加熱是熱處理的重要工序之一。金屬熱處理的加熱方法很多，最早是采用木炭和煤作為熱源，進(jìn)而應(yīng)用液體和氣體燃料。電的應(yīng)用使加熱易于控制，且無環(huán)境污染。利用這些熱源可以直接加熱，也可以通過熔融的鹽或金屬，以至浮動(dòng)粒子進(jìn)行間接加熱。

金屬加熱時(shí)，工件暴露在空氣中，常常發(fā)生氧化、脫碳(即鋼鐵零件表面碳含量降低)，這對(duì)于熱處理后零件的表面性能有很不利的影響。因而金屬通常應(yīng)在可控氣氛或保護(hù)氣氛中、熔融鹽中和真空中加熱，也可用涂料或包裝方法進(jìn)行保護(hù)加熱。

加熱溫度是熱處理工藝的重要工藝參數(shù)之一，選擇和控制加熱溫度 ，是保證熱處理質(zhì)量的主要問題。加熱溫度隨被處理的金屬材料和熱處理目的不同而異，但一般都是加熱到某特性轉(zhuǎn)變溫度以上，以獲得高溫組織。另外轉(zhuǎn)變需要一定的時(shí)間，因此當(dāng)金屬工件表面達(dá)到要求的加熱溫度時(shí)，還須在此溫度保持一定時(shí)間，使內(nèi)外溫度一致， 使顯微組織轉(zhuǎn)變完全，這段時(shí)間稱為保溫時(shí)間。采用高能密度加熱和表面熱處理時(shí)，加熱速度極快，一般就沒有保溫時(shí)間，而化學(xué)熱處理的保溫時(shí)間往往較長(zhǎng)。

金屬熱處理冷卻

冷卻也是熱處理工藝過程中不可缺少的步驟，冷卻方法因工藝不同而不同，主要是控制冷卻速度。一般退火的冷卻速度最慢，正火的冷卻速度較快，淬火的冷卻速度更快。但還因鋼種不同而有不同的要求，例如空硬鋼就可以用正火一樣的冷卻速度進(jìn)行淬硬。

金屬熱處理大分類

金屬熱處理工藝大體可分為整體熱處理、表面熱處理和化學(xué)熱處理三大類。根據(jù)加熱介質(zhì)、加熱溫度和冷卻方法的不同，每一大類又可區(qū)分為若干不同的熱處理工藝。同一種金屬采用不同的熱處理工藝，可獲得不同的組織，從而具有不同的性能。鋼鐵是工業(yè)上應(yīng)用最廣的金屬，而且鋼鐵顯微組織也最為復(fù)雜，因此鋼鐵熱處理工藝種類繁多。

金屬熱處理特點(diǎn)

金屬熱處理是機(jī)械制造中的重要工藝之一，與其他加工工藝相比，熱處理一般不改變工件的形狀和整體的化學(xué)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(xué)成分，賦予或改善工件的使用性能。其特點(diǎn)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。所以，它是機(jī)械制造中的特殊工藝過程，也是質(zhì)量管理的重要環(huán)節(jié)?！?/p>

為使金屬工件具有所需要的力學(xué)性能、物理性能和化學(xué)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(jī)械工業(yè)中應(yīng)用最廣的材料，鋼鐵顯微組織復(fù)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(xué)、物理和化學(xué)性能，以獲得不同的使用性能。

金屬熱處理發(fā)展

在從石器時(shí)代進(jìn)展到銅器時(shí)代和鐵器時(shí)代的過程中，熱處理的作用逐漸為人們所認(rèn)識(shí)。早在商代，就已經(jīng)有了經(jīng)過再結(jié)晶退火的金箔飾物。公元前770～前222年，中國(guó)人在生產(chǎn)實(shí)踐中就已發(fā)現(xiàn)，銅鐵的性能會(huì)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(jì)，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(guó)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(duì)淬火質(zhì)量的影響。三國(guó)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(guó)在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了，同時(shí)也注意了油和尿的冷卻能力。中國(guó)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(dá)0.6%以上，說明已應(yīng)用了滲碳工藝。但當(dāng)時(shí)作為個(gè)人“手藝”的秘密，不肯外傳，因而發(fā)展很慢。

1863年，英國(guó)金相學(xué)家和地質(zhì)學(xué)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(shí)，內(nèi)部會(huì)發(fā)生組織改變，鋼中高溫時(shí)的相在急冷時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N較硬的相。法國(guó)人奧斯蒙德確立的鐵的同素異構(gòu)理論，以及英國(guó)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(chǔ)。與此同時(shí)，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過程中對(duì)金屬的保護(hù)方法，以避免加熱過程中金屬的氧化和脫碳等。

1850～1880年，對(duì)于應(yīng)用各種氣體(諸如氫氣、煤氣、一氧化碳等)進(jìn)行保護(hù)加熱曾有一系列專利。1889～1890年英國(guó)人萊克獲得多種金屬光亮熱處理的專利。

二十世紀(jì)以來，金屬物理的發(fā)展和其他新技術(shù)的移植應(yīng)用，使金屬熱處理工藝得到更大發(fā)展。一個(gè)顯著的進(jìn)展是1901～1925年，在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用轉(zhuǎn)筒爐進(jìn)行氣體滲碳 ；30年代出現(xiàn)露點(diǎn)電位差計(jì)，使?fàn)t內(nèi)氣氛的碳勢(shì)達(dá)到可控，以后又研究出用二氧化碳紅外儀、氧探頭等進(jìn)一步控制爐內(nèi)氣氛碳勢(shì)的方法；60年代，熱處理技術(shù)運(yùn)用了等離子場(chǎng)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(yīng)用，又使金屬獲得了新的表面熱處理和化學(xué)熱處理方法。