中国热处理技术发展史.docx

中国热处理技术发展史唐电、樊东黎1）唐电福州大学教授,福建省热处理学会理事长,全国热处 理学会理事2）樊东黎教授级高工,全国热处理学会荣誉理事长、中国热 处理行业协会荣誉理事1、中国古代的热处理材料热处理在中国有悠久的历史。与世界其他地区相比，中 国古代热处理技术的进展有明显的区域特色，在某些方面中国的热 处理技术落后于其它地区，但也有许多发明与技术在世界热处理史 上处于遥遥领先的地位，其中很多成果还传播到了世界各地，对世 界热处理技术的进步起到了直接的促进作用。我国材料热处理技术的进展，同其它技术类似，传统的热处理技术 经历过从萌芽、建立、进展、鼎盛到衰弱，最后是现代技术的引入、 消化与进展的过程。参考我国古代的分期，能够认为，在远古时期， 我国的热处理已经开始出现萌芽，在上古时期，我国传统热处理技 术开始初步建立；到中古时期，我国传统的热处理技术进一步进展； 在近古时期，我国传统热处理技术达到鼎盛，在近现代时期，我国 的传统热处理技术逐步衰弱，同时现代技术开始建立与进展。在远古时期，我国的热处理已经出现萌芽。古代热处理技术进 展的基础是火。火的利用是不能不提的。在旧石器时代，火要紧被 用于取暖照明烹饪与驱逐野兽。中国古人类在用火方面素有传统。小、变形开裂倾向小。文中还可见某毋怀文制造性地提出了使用尿 液的淬火工艺。五牲之溺是含盐水，冷却能力强、淬硬层深。令人 们感兴趣的是，如何来懂得文中提及的“浴以五牲之溺，淬以五牲 之脂”，假如是双液淬火，则这一出现在公元6世纪的淬火技术则 是一个重要的突破。中国瓷器的制作有悠久的历史。通常认为，青瓷作为瓷器的 代表是在三国时期诞生的。它的制作是将高岭土做成瓷坯，在其中 掺入酸性氧化物，经摄氏1000。的高温煨烧，成为瓷器。实际上在 新石器时代晚期，中国古代先民用瓷土作原料，在高温烧成的刻纹 白陶与印纹硬陶，是原始瓷器出现的基础。解放后，从遍及南北的 墓葬中，出土 了许多东汉、三国、两晋时代的青瓷器皿。从这些出 士的青瓷来看，由于普遍地使用了优质的矿物原料作为坯体，而且 在胎骨中酸性氧化物二氧化硅相对地增加了，碱性氧化物氧化钙、 氧化镁、氧化钠等都相对地减少，这种情况导致青瓷烧成温度不断 提高。在高温下烧结的青瓷器，其胎骨的玻化程度高，而且由于坯 料加工精细，其他杂质很少，同时在其表面施一层青色玻璃质釉， 使得这种青瓷制品特殊美观、坚硬，标志着中国陶瓷生产进入一个 新的时代。宋元时期古代工匠除了使用百炼钢技术以外，还使用了熟铁 与生铁合炼的技术。“团钢”与“灌钢”技术，实际上都属于液体 渗碳制钢法。北宋的沈括在梦溪笔谈中描述了团钢的制备方法, 是“用'柔铁'盘屈之，乃以生铁'陷其间，泥封炼之，锻令相 入，谓之'团钢"。液体渗碳与固体渗碳比较，有渗速快、渗层厚 度均匀与产品质量稳固等的优点。具有冶炼生铁坚实基础的中国古 人独创了以熔融生铁为渗碳剂的液体渗碳方法，极大地推进了我国 古代的钢铁制造业。液体渗碳毕竟始于何时，目前尚不清晰，很有 可能吴越春秋描绘的“三百人鼓橐装炭，金铁乃濡”就是液体 渗碳的开端。使用液体渗碳方法制取“灌钢”的技术可能很早，西 晋的张协有“楚之阳剑，欧冶所营，乃炼乃烁，万辟千灌”。这里 所谓“灌”，可能指的是“灌钢”，到宋代，灌钢流行全国，已经 取代炒钢与百炼钢，成为当时要紧的炼钢方法。这是我国古代热处 理技术的一项独创性的成就。明清时期，中国古代工匠使用了许多热处理技术。有关的记 载很多。如明代宋应星的天工开物、明代方以智的物理小识、 清代徐寿基的续广博物志与清代陈克恕的篆刻缄度等。这 时期我国工匠在淬火的操纵火候上也有所发明，如使用预冷淬火。 预冷淬火对减小刀具的畸变、提高刀具的强韧性有益处。明代宋应 星的天工开物中有对使用预冷淬火技术制蹉的记载：“以已健 划成纵斜文理，划时斜向入，则方成焰。划后烧红，退微冷，入水 健。”其中“退微冷”，就是预冷淬火工艺。在化学热处理方面，在应用液体渗碳方法制钢方面又有了很 大进展，这时使用所谓的“生铁淋口”技术，生产的钢材被称之“苏 钢”。宋应星在锤锻篇中提及使用液体渗碳法对锄具进行表面 处理的工艺。锄用“熟铁锻成，熔化生铁淋口，入水淬健，即成刚 劲。”能够看出，该工艺是将锄具在熔化生铁中渗碳，目的是使其 表面成为高碳钢，经淬火后得到马氏体而强化。在固体渗碳处理上 使用病熬法固体渗碳工艺。明代宋应星的天工开物中记载了一 种烟熬法固体渗碳技术，他写道：“凡针，先锤铁为细条。用铁尺 一根，锥成线眼，抽过条铁成线，逐寸剪断成针。先蹉其末成颖， 用小槌敲扁其本，刚锥穿鼻，复蹉其外。然后入釜，慢火炒熬。炒 后以土末松木火矢、豆豉三物蜀盖，下用火蒸。”可知当时的渗碳 是在釜中进行的，使用釜外供热方式，固体渗碳剂中松木火矢是一 种木炭，同书有说明火矢是木材经“不闭穴火”所获产物，是要紧 的渗入剂：豆豉也是含碳物质是辅助渗入剂：土末是分散剂，对防 止含碳物质的相互黏结与炭黑的析出有一定的作用。这与当今的装 箱固体渗碳方法如出一辙。固/液渗碳处理不一致于固体或者液体 渗碳，它是以固态物质为骨架或者载体、液态物质为渗剂的渗碳方 式。最常见的固/液渗碳工艺是膏体法渗碳，是将含碳物质混与于 粘性物质中，形成膏体，涂于工件表面，在后续的加热处理中，碳 渗入工件表面。为了要在涂膏中获得液相，通常在膏体中都要添加 盐类，盐在600-90CTC经常呈熔融态。便民图篡提及：“羊角、 乱发俱煨灰，细研，水调，涂刀口，烧红，磨之。”羊角、乱发经 煨烧后要紧成分为氧化钙、碳酸钙与未充分燃烧的生物角质，这些 物质含碳。其中氧化钙、碳酸钙要紧是被用作为载体，而未充分燃 烧的生物角质为含碳渗入剂。明代物理小识“器用类淬刀法” 中干脆用未经煨烧的生物角质为含碳渗入剂：“一以羊角，乱发为 末，调傅刀口，不必蟾酥而自然灰埋也。”其中羊角、乱发是要紧 的含碳物质，含碳量高于其灰；“蟾酥”为癞蛤蟆皮下的汁液，是 生物油脂，油脂不仅可做黏结剂，也可做渗碳剂：“自然灰”要紧 成分是碳酸钠。看来此工艺开始时的关键是以蟾酥为添加剂，以后 进展成以自然灰为重要添加剂的工艺。这两种添加剂都是很必要的, 自然灰的应用是一个明显的进展，不仅由于自然灰来源相对广泛， 更重要的是由于碳酸钠具有明显的碳原子的催渗效果。现在液体化 学热处理常用碳酸钠作为渗碳促进剂，在膏体中亦有其催渗效果。至迟到宋代，中国传统的金属箔的制造业已很成熟。在天 工开物、绘事琐言等古籍中均有记载，马上金片初锻后，层 层叠入特制的乌金纸，扎成束，加以锻打与退火。其中间退火处理, 可能是连同乌金纸一起置于炭炉中，在约100的温度下加热，以 消除加工硬化。其最终退火处理是利用锻造的余热，将金片连同乌 金纸缓慢冷至室温。因制造性地使用乌金纸间隔、扎束锻打与退火 的特殊工艺，才得以制作比国外更薄更均匀的金箔。除金箔外，中 国古代还有关于银箔的记载。银箔要紧用于器物的装饰。元代陶宗 仪南村辍耕录中载：“凡器作什物，以金薄或者银薄依银匠所 用纸糊罩，置金银薄在内，逐旋细切取。铺已，旋漆上，新绵揩拭 牢实。”锡箔是用量很大的金属箔，其最大的用途是制作纸钱与装 饰。关于锡箔的制造在古籍中也有报道。其加工制作也是使用层层 叠合锻打与退火，不一致的是古人可能认识到了锡的表面易形成隔 层（即氧化层），因此不采取金属片之间使用纸间隔的办法。此后， 又开发了蒸汽退火加热技术19。用蒸汽加热可使温度操纵在略高 于10CTC,既可获得很高的延展性，又可避免锡箔过度氧化。从近代起，我国传统冶铁术已无法满足市场需要，尽管仍有 地方生产“灌钢”或者“苏钢”，如在安徽的芜湖、湖南的湘潭、 四川的重庆、威远等地人们还在使用这一传统技术，但在全国范围 内，这一传统的液体渗碳制钢法不再成为制钢要紧手段。我国的钢 铁一方面依靠进口，另一方面开始建立近代化的钢铁厂。从1868 年开始，相继建成福州船政局铁厂、江南机器制造总局炼钢厂、汉 阳铁厂汉冶萍煤铁厂分公司、民族资本与兴铁厂、扬子机器公司铁 厂本溪湖煤铁股份公司钢铁生产厂，这些工厂不仅生产生铁与熟铁, 还可提供大量的钢材。这时积存长期经验所形成的传统热处理技术 仍在金属加工中发挥重要的作用。使用熔融生铁作为渗碳剂的液体 渗碳法的表面处理技术还有所进展，这些方法通常称之“擦生”或 者“擦铺”，其具体处理方法在不一致地区还有许多种。在江西使 用的是类似于宋应星描述的“生铁淋口”技术，河北、山西、内蒙 等地区使用的是“擦渗”法，东北地区则使用“铺渗”法，福建、 广东则更像是“煮渗”法。在淬火及回火的工艺操纵方面已很成熟, 如民间在淬火剂的选择上与进行钢铁控冷自回火方面进展了很多技 巧，如“淬黄火”与“淬白火” 20等。在刀剪制造行业中也逐步 建立了某些名牌商号，包含北京王麻子与杭州张小泉等，尽管他们 不知刀剪的内部组织结构，但他们在长期的实践中总结出来的工艺 技巧，使其能达到性能操纵的目的，从而生产的刃具坚韧、耐用。烟熬法固体渗碳方法已成为渗碳的重要技术，在近代被华中与华北 地区的工匠所使用，他们所用的“釜”是铁锅，制备的钢被称之“烟 钢”。中国热处理技术进展史（二）唐电、樊东黎1）唐电福州大学教授,福建省热处理学会理事长,全国热处 理学会理事2）樊东黎教授级高工,全国热处理学会荣誉理事长、中国热 处理行业协会荣誉理事2、中国的代热处理进展落千丈热处理是机械工业中的一基十分重要的基础工艺，对提 高机电产品内在质量与使用寿命，加强产品在国内外市场竞争能力 具有举足轻重的作用。但是人们认识到这一点却花了相当长的时间 与很大的代价。由于热处理影响的是产品的内在质量，它通常不可 能改变制品的形状，不可能使人直观地感到它的必要性，弄不好还 会严重畸变与开裂；破坏制品的表面质量与尺寸精度，致使制造过 程前功尽弃。因此在我国的制造业中长期存在着“重冷（冷加工） 轻热（热加工）”现象，以致这个行业一直处于落后状态。由于工业基础的薄弱与在战争中遭受的破坏，我国的热处理 在40年代还仅仅属于一种作坊式的生产，尚未形成实质性的产业。 在工科院校中无热处理的专门学科，因而也缺乏高层次的专业技术 人才。当时的热处理操作大都是家传技艺，笼罩着神秘气氛，处于 十分落后的境地。我国的热处理产业起源于50年代初苏联援建的156项企业。 其中的机械工厂都设热处理车间与工段。购买了大批苏制热处理设 备、包含箱式、井式、盐浴等30、40年代水平的电阻加热炉，并相 应建立了第一批按苏联图纸生产这些类型设备的电炉厂。一些高等 工科学校通过院系调整后、创建了包含在机械制造工艺系中的热处 理专业，于19541956年培养出了第一批专科与本科的热处理专业 正式毕业生。50年代末与60年代初还有从苏联学习归来一批热处 理专业的留学生。陆续建立的一些科研机构与专院校，基本上能按 照材料与应用进展的步伐开展热处理基础与应用技术的研究开发， 涌现出一系列的科研成果。由此，从人才培养、研究与开发，生产 技术的革新与设备制造等方面初步形成了一个较完整的专业体系。由于科研与生产应用的脱节，对革新生产设备的忽视与长期 闭关锁国造成的目光短浅，上世纪60、70年代的机械、冶金工厂的 热处理生产技术没有出现明显的进步。直到80年代实现了与国际社 会的沟通，引进了先进的技术与设备，一些大型骨干企业的生产技 术有了明显的改观。2.1热处理行业现状据中国热处理行业协会在制订国家热处理行业“十一，五” 规划时的调查，2003年我国的热处理概括起来有下列几方面的基本 情况：2. 1. 1企业总数全国全能企业热处理厂、分厂、车间、股份制、民营热处理 企业约15000家。其中全民所有制企业约占80%,有12000家；个 体民营与股份制企业占20%,约3000家。由于内地许多地区在进行 国营中小企业改制，华东、华南沿海城市民营企业仍在不断涌现， 也有很多外资企业准备在沿海城市设热处理加工厂，“十五”后期 民营与股份制企业总数仍会继续上升。2. 1.2热处理员工总数按全国热处理厂点15000家，每家平均员工25人计，全国 员工总数约37万人。其中，企业技术人员比例平均为8%,约37 万人；管理人员约9%,约3. 3万人。热处理加热设备总数按企业数占全国企业总数的5%计，反算得出的全国热处理 加热设备（以75kW为一标准台）约15万台，装机容量11X106k肌2. 1.4热处理生产能力设每台设备平均生产率为100kw/h,全国平均1. 5班工作制, 15万台加热设备的年生产能力近45X106t。2. 1.5热处理能源消耗设热处理加热设备的平均利用率为30%,全国平均1.5班工 作制，15万台设备的每年实际热处理生产量为13.5X106t,消耗电 总量为 9. 9X109kW. ho2. 1.6热处理年营业额在调查中，热处理加工的平均价格为2. 30元/kg。按 全年实际产量13. 5X106t计，全国热处理年营业额约310亿元。若 以平均利润率10%计年创利润总计30亿元。热处理行业增值税率平 均达12. 5%,每年向国家纳税约39亿元。2.2科研、开发与新技术应用成果物理冶金基础研究的进展结合新工程材料的研究与发挥已有材料的潜力，上海交通大 学开发了金属相变理论与强韧化机理的研究，对马氏体、贝氏体的 组织形态、精细结构、预相变机制，形状经历合金与超塑合金中相 变机制都进行了深入研究。操纵渗碳、渗氮与热过程温度、应力场 的计算机模拟也是上海交通大学上世纪八十年代以来工作的突出方 面。西安交通大学为根据机器零件服役条件及失效形式正确评价选择材 料，长期开展关于材料宏观性能、微观组织及其相互关系的研究。 周惠久教授提出了小能量多次冲击理论用以修正一些材料评价与选 用的准则。结合低碳马氏体在生产中的应泛应用，取得显著成效。哈尔滨工业大学多年来在雷延权教授领导下坚持了金属形 变强化的理论与实践的研究，对一定温度与形变度下的金属再结晶 规律，形变热处理后不一致组织与性能之间叛乱纱有许多重要结论, 并在此基础上引导与开发了一系列变化学热处理方法。形变热处理 应用的典型例子是汽轮机叶片与柴油机连杆的锻后余热淬火，既可 节约电能，又能提高性能。哈尔滨工业大学还在金属基复合材料、 双相钢、铜基与铁基形状经历合金与陶瓷韧化与金属与合金的离子 镀与离子注入等方面取得了突出成就。北京科技大学在低合金高强钢、微合金钢的理论与实践，操 纵轧制，非晶态材料稀土元素在钢中作用与金刚石薄膜沉积等方面 开展了系统研究，所得在果在冶金行业获得实际应用。特别应指出的是柯俊教授早期提出的贝氏体无扩散切变机 制、与阿隆松的扩散一台阶机制在国际上成为分庭抗礼的针锋相对 观点。徐祖耀、康沫狂、俞德刚等人在贝氏体相变理论与开发贝氏 体钢与贝氏体等温处理方面都有突出奉献。2.1 热处理生产技术的进步2.2. 1渗碳技术的进步渗碳是汽车拖拉机工业应用最广的工艺方法之一。50年代 实现了从固体渗碳到井工炉中滴入液体渗剂的气体渗碳的过渡，改 善了产品质量，提高了工效。60年代初研制成功LiCl露点仪以后, 首先在井式渗碳炉上实现了滴入甲醇与丙酮的可控渗碳。在掌握了 吸热式气氛制备方法与研制成功密封渗碳炉以后，用露点仪实现了 密封渗碳炉的碳势操纵。60年代末期研制成功红外线二氧化碳分析 仪。为了提高碳势操纵精度，在70年代推广了红外仪，要紧用于井 式炉的滴注式渗碳。目前用滴甲醇与煤油方式的可控渗碳已达到相 当普及的程度。特别是在70年代末、80年代初大量引进滴注式密 最迟在46万年前的北京猿人时期，我们的祖先已学会了用火。已有 的考古资料说明，北京周口店山顶洞人居住的洞穴中发现的灰烬， 是世界公认的具有典范的人类用火的最早遗迹之一 1。中国古代先 民将火用于材料热处理是从新石器时代开始的。在新石器时代早 期，古代先民在劳动与生活中，经常与泥土打交道，发现泥土与适 量的水混合后，就会有粘性与可塑性，能够用手随意地塑造成各类 形状。泥坯凉干变硬，可盛东西，但泥器怕水。过火的泥坯不怕水, 这可能是源于一次偶然的发现。从此开始，由于火，由于热处理， 使粘土转变为经久、耐火、耐水的陶器。这是人类自觉进行热处理 最早事例。根据现有考古资料说明，我国陶器出现在距今7千1 万年往常，它是世界上最早出现的陶器。经测定早期的陶器大都经 历750100CTC温度左右的热处理，这使得泥坯中的石英、云母、 长石等粘土矿物发生高温转变。此后，人们对陶器的选料与烧成条 件不断实践，使我国早期的陶瓷工艺远远领先于世界其它地区 2,3。普通泥质陶具容易破碎，我国先民又发明了在泥土中加入一 定量的砂，由于在粘土中加砂烧制成夹砂陶器，使材质的膨胀系数 降低，抗冷热稳固性大大提高。夹砂陶器在很多新石器时代的遗址 均有发现。在夏朝与商朝时期，我国古代先民也开始认识金属、加工金 属与冶铸金属。人类应用铜的历史可追溯到公元前7250年往常4。 退火工艺的发明应该说是人类金属热处理的开端。研究说明早期的 铜及其合金不通过退火是不适宜进行大形变量加工的5。铜及其合 封渗碳炉与多种微处理机可编程序操纵器碳势操纵仪问世以后，在 密封多用炉上也广泛应用起来了。由于往炉中滴入甲醇与煤油，炉气中的一氧化碳成分不稳 固，甲烷含量也达到1%2%程度，只用二氧化碳红外仪的单因素操 纵是很达到±0.05%的操纵精度。为此，便研究开发出了二氧化碳、 一氧化碳与甲烷的多因素碳势操纵的仪器与方法。由于制备吸热式气的原料一一天然气与液化石油气供应紧 张，而大量使用甲醇，生产成本高，迫使工业生产寻找别的出路。 碳分子筛变压吸附制氮（PSA法）技术的出现为解决这个难题制造 了条件。80年代初期，研制成功国产碳分子筛制的同。随后用氮基 气氛、甲醇与乙酸乙酯（或者煤油）的合成氛渗碳法便应运而生。 与此同时，引进了气氛微量氧（氧势）测量、操纵技术与仪器。目 前应用氮基合成气氛与氧探头的炉气操纵技术的渗碳、用微处理机 操纵碳势与渗层深度的方法已在生产中得到广泛应用。个别工厂还 引进了 Supercarb直生式渗碳法的设备与工艺。目前在汽车、摩托 车、工程机械、轴承、齿轮、紧固件行业的可控渗碳、碳氮共渗、 氮碳共渗技术已达相当普及程度。上世纪80年代以来，本土设备制造企业已能成系列生产密 封多用炉、推杆连续炉渗碳、淬火、清洗、回火生产线与网带炉生 产线。应运而生的尚有与之相配套的碳势与工艺过程自动操纵系统 的商品生产供应。1990年代以来，国际知名设备制造企业相继在国 内建立合资，独资生产厂，为热处理企业提供了可靠性高，价格能 够同意的先进设备。为此，也刺激，提高了本土设备制造厂的制造 水平，为近十年大量涌现的民营，股份制专营热处理加工企业与国 营大厂的热处理技术改造与设备更新制造了好的条件。2.2.2 真空热处理技术的普及1970年代开始研制油、气淬火冷却的冷壁式真空热处理炉, 1980年代成系列地批量生产。目前本土制造企业已能成系列地提供 真空加热、油气淬火炉、低压渗碳炉、IMPa（lObar）高压气淬炉、真 空烧结炉、与钎焊炉。真空淬火、高压气淬炉的最高温度可达 135CTC,真空烧结炉最高可达180CTC。各类炉种与炉型的产量在200 台以上。近几年航空工业与模具工业的进展对真空热处理炉、真空 钎焊炉，特别是真空加热高压气淬炉有大量需求，推动了真空设备 制造业的兴旺。低压渗碳与高压气淬技术的结合，为车辆齿轮的延 寿、减畸（变）与降噪提出了新的途径，而表达此先进技术的半连 续式生产线的开发为大批量生产的汽车齿轮热处理的技术改造提供 了可能。在新世纪之初、国内已有数家汽车、柴油机齿轮制造厂引 进了此类设备与生产线。由于模具对表面质量与畸变的高要求，真空高压气淬已几乎 成为模具热处理不可替代的技术。目前在华南与华东沿海，稍具规 模的民营热处理加工企业都拥有至少一台0. 4MPa （最多的有6台） 的真空加热高压气淬炉。在切削刀具行业，数控与加工中心的广泛 应用，强烈要求刀具具有高的质量与长的寿命、城市的环保也对热 处理提出更严格要求，真空加热高压气淬也因此成为高速钢刀具热 处理替代盐浴加热淬火的首选工艺。2.2.3 感应加热的广泛应用感应加热技术在汽车、拖拉机、发动机工业中得到广泛应用。 在汽车制造中有200多种，近50%重量的零件使用感应加热淬火， 比如曲轴、半轴、凸轮轴、刹车凸轮、转向节、变速导块槽口、气 门调整螺栓，进排气阀端头、球头肖等。其中东风汽车公司半轴的 横向磁场加热淬火是最具代表性的先进技术。利用横向磁场的矩形 感应器实现了半轴表面与圆角的一次加热淬火，使生产效率提高数 倍、半轴的抗弯扭疲劳强度提高10倍。具有故障报警、诊断功能、 由计算机自动操纵的半轴感应淬火自动生产线已多年稳固投入生 产。我国汽车工业的感应热处理已达到国际先进水平。我国的感应电源制造企业自1990年代引进SIT （静电感应 晶体管）、1GBT （绝缘栅双极晶体管）与MOSFET （金属氧化物半导 体场效应晶体管）全固态晶体管电源以来，老式的电子管高频电源 与机式中频发电机组已逐步被晶体管电源代替，本土企业生产的新 式电源已能基本满足用户企业在功率与频率上的要求。感应淬火机 床朝柔性化、自动化、智能化方向进展具有识别零件，操纵功率、 自动调节工艺参数、故障显示、报警、诊断的感应淬火装置，在汽 车工业生产中也逐步推广应用。2.2.4 化学热处理的潜力得到发挥除渗碳、碳氮共渗以外的化学热处理，特别是钢在铁素体状 态下的化学热处理，其特点是工件畸变小，对提高机器零件耐磨减 摩性能，提高抗疲劳、抗腐蚀性能与抗咬合能力与节能降耗有明显 效果。自上世纪60年代机械部机械科学研究院研制成功盐浴氮碳其 渗（软氮化）与无毒原料氮碳共渗，并在生产上应用以来，又陆续 开发出碳氮硼三元共渗、氨+吸热型气氛、氨+空气、氨+二氧化碳的 气体氮碳共渗与氮氧共渗与低氟盐浴渗氮、抛光、氧化的QPQ技术 与LT盐浴氮碳共渗在汽车、摩托车、轻纺机，机床，工模具、紧固 件、仪器仪表、兵器等行业获得广泛应用。由于效果好、成本低， 工艺过程简单、毒性很小，特别受到上列行业外资企业与外销产品 企业的青睐。气体渗氮尽管工艺周期长，但因渗层硬度高，提高零件耐磨 性效果好，且工件畸变小，在机床精密零件中广泛应用。上海交通 大学潘健生教授在1980年代即对操纵渗氮技术开展了系统研究。通 过对氨分解率（H2）的精确操纵，能够获得预想的钢件渗层含氮量 与理想的组织结构，在生产中得到推广应用。山东工业大学（现为 山东大学材料工程学院）与江苏机械研究所（现为铸锻热处理研究 所）在1970年代研发出可得到脆性小的单相Fe2B层的固体渗硼法 与粒状渗硼剂商品。武汉材料保护研究所亦于同期开发出硼砂盐浴 渗金属技术（类似日本的T.D法）。二者在提高冶金、矿山机器零 件与模具寿命上充分发挥出了化学热处理的潜力。2.2.5 离子热处理的盛行早在1970年代初北京机床研究所就研成功国内第一台10A离 子渗氮试验装置。此后，离子渗氮技术的研究在全国各地如雨后春 笋船开展起来。对工艺参数、渗层组织与性能之间的关系进行了系 统研究，探索了钢中含碳量与合金元素与原始组织、温度、时间、 压力、气体介质成分对渗层组织的影响。判明了形成Y、相，Y' + e或者£+Fe3c复合相化合物层与无化合物层的条件，测定了钢件 在多种服役条件下最适宜的组织形态。这些结论对离子渗氮的扩大 应用打下了良好的基础。到1980年末全国已有上千台离子渗氮设 备、数十家离子渗氮设备制造厂、兴起了一场推广离子渗氮技术的 高潮。除离子渗氮外，许多科研单位、大专院校还开展了离子渗碳、 碳氮共渗、离子软氮化、硫氮与碳氮硫共渗、离子渗硼等技术的研 究开发，但由于技术复杂、生产成本高、环保与安全卫生等因素， 未得到广泛应用，生产应用最广的还是离子渗氮。离子镀渗技术的研究与应用也是我国热处理技术进步的范 例。太原工业大学，北京联合大学与电子部第一研究所对离子镀渗 机理、工艺参数的优选、镀层质量与工艺的关系进行了深入研究， 开发出了多层辉光离子渗金属与多弧离子镀技术，不仅能够在金属 制品表面获得致密的TiN沉积层，得到W、Mo、Cr、Ni等单元素镀 渗层，而且还能够使W、Cr、Mo、V等元素按不一致组合与比例同时 渗入普通钢材，使其表面得到相当厚的类似高速钢成分的镀渗层， 从而代替昂贵的高速钢。2.2.6 激光与电子束热处理激光热处理的试验研究起始于1979年。最初是在250W的小 功率激光器上用小试样验证了钢表面相变硬化的效果。目前二氧化 碳激光器已能做到10kW的功率，激光器、导光聚焦系统与5坐标工 作台都能自行制造。开展了激光与电子表面相变硬化、熔化凝固、表面涂复与表 面合金化的试验研究。激光相变硬化在汽车发动机气缸套、弹性联 轴节主簧片、纺织机锭杆、量具块规、凿岩机气缸等机器零件上获 得应用。一汽、二汽、北京内燃机总厂、西安内燃机配件厂都已建 立起缸套的激光硬化生产线。十几年来，从国外引进的大功率二氧化碳激光器有十数台之 多。目前国产设备已基本取代进口。大功率激光器的研制与生产单位有华中理工大学、上海光机 所、沈阳机电设计院、中科院北京自动化所等。承担国家863科研 项目、在激光热处理应用上有奉献的单位有沈阳金属所、北京机床 所、北京市机电研究院、原机械部北京机电所、长春机械研究所等。 原机械部北京机电研究所与中科院自动化所合作研制了 15KW的电 子束热处理装置。2. 2. 7热处理质量的严格操纵产品质量愈来愈严格的操纵是近代热处理技术进展的要紧特点之一。这是随着金属学规律愈来愈精确的研究，测试传感技术 与仪器制造的长足进步与电子计算机普及应用的必定结果，我国在 这方面取得的进步要紧表现在下列方面。1）工艺过程的自动化作业 使用顺控器或者微处理机按热处 理工艺的要求实现装料、加热、冷却、清洗、回火，卸料等工序的 自动化生产过程已在部分汽车、拖拉机、轴承、紧固件等大批量生 产的企业投入使用。汽车工业的大型连续式渗碳、淬火、回火生产 线与密封多用炉生产线大都使用微处理机操纵的自动化作业。在真 空热处理设备上用顺控器或者微机的程序操纵作业也有许多成功的 经验。2）工艺参数的严格操纵 对热处理工艺参数，如时间、温度、 炉气戒分与压力、淬火介质的浓度、杂质与冷速（搅动程度）的严格 操纵可使工件保持稳固的高质量，使工件的表面质量、表面与心部 硬度、渗层的渗入元素浓度与梯度、渗层深度都能得到有效的操纵。 在我国，由于可控硅控温与PID仪表的普及，通常热处理电阻炉 （800100CTC）的控温精度可达到±5寸，甚至±2寸。使用红外线气 体分析仪与计算机可对炉气中的CO2、CO、CH4炉气压为等因素操纵 甚至达到±0.02的精度。目前可控硅控温技术已达相当普及程度， 各类规格的操纵器都可在市场上买到。一些高校，科研单位与企业 开发的按工艺参数与质量关系的数字模型用计算机直接操纵产品的 尝试已取得成功，部分成果已在生产上应用。3）严格的质量管理通过热处理行业协会开展的质量管理信 得过企业、规范企业评选活动与质理检验员的培训，在本世纪初热 处理企业的生产管理与质量管理水平有了明显提高。大部分企业都 重视改善质量检验条件，除国营企业外，大部分民营企业都购置了 金相显微镜，硬度计，磁粉探伤仪、少数企业还配备有看谱镜，定 量金相显微镜；通过评选的两类企业与大部分被调查企业的技术工 人都通过培训与持证上岗，在生产中建立了热处理工艺卡，流程卡, 检验规程，质量档案等各项管理制度、主动执行热处理质量管理标 准与热处理炉有效加热区测定与各类工艺标准。由于这些工艺条件 的严格规定、工艺操作的规范化，职工素养的提高，使这些企业的 热处理件质量分散度逐步降低，产品一次合格率提高到98%以上， 到2003年底通过IS09000认证企业近1000家，占全行业企业总数 的6%,占营业额500万元以上企业总数的20%左右。热处理专业化生产蓬勃进展自国家实行市场经济后，1995年以来热处理专业化生产进 展神速、要紧表现在民营、股份制专营热处理加工的企业迅猛增长。 在2003年要紧集中在沿海城市的这类企业总数至少在2000家以上。 近几年，华北、东北及内地民营热处理企业亦有明显增长趋势。全 国热处理专业厂有可能达到3000家。保守地设每个企业平均年营业 额200万元，全国这类企业的年营业额可达60亿元，约占全国热处 理总营业额的20%。此比例大于美国的10%,小于日本的30%。不可 否认，这是上世纪80年代国家提倡专业化生产以来，在近几年取得 的最大成就，也是深化改革、推行社会主义市场经济的必定产物。 热处理生产技术改造与设备更新如日中天大部分民营企业认识到高技术起点对保持企业强竞争能力 的重要性。他们有足够的资金与能力购置先进的热处理设备，航空、 兵器、船舶工业企业近几年受惠于国家的国防现代化政策，进行了 大规模的技术改造与设备更新。汽车工业的空前进展对先进热处理 技术与高精热处理设备形成大量需求，航空工业企业与沿海民营以 轻工产品模具为要紧对象的企业近几年增添了大量真空热处理设 备，特别是高压气淬设备。汽车、兵器工业企业与以汽车、摩托车 零件为要紧对象的民营企业则以多用炉生产线为要紧技术改造内 容。个别汽车公司的热处理部门还引进了低压渗碳与高压气淬热处 理生产线。船舶工业企业则以高炉温均匀性的碳势精确操纵的大型 井式渗碳炉为技术改造目标。在这些企业中，由于生产技术改造的 蓬勃开展，少无氧化热处理的比重已达到90%以上。基本上实现了 少无氧化、少无畸变、少无污染、少无废品、少无人工、少无质量 分散的先进的热处理生产。热处理设备制造有了转机九五”期间，因国营企业资金拮据，尚未兴起热处理设备 更新高潮，更由于外资企业的进入，国内热处理设备市场竞争白热 化，使很多技术落后，经营不善企业濒临倒闭边缘。“十五”以来, 大量民营企业的涌现，使设备需求大增，即使是低水平的设备也畅 销无阻，救活了一批电炉制造企业。外资企业的进入与用户的高技 术起点也使很多设备制造厂励精图治，不断提高自己的产品档次， 赢得了用户。值得一提的是很多设备制造企业应用户要求使用优质配套件与仪表，其中不乏国际名牌产品使国产设备的可靠性有了明 显改善，为热处理加工企业的技术改造与设备更新制造了好的条件。 2.3热处理标准化的进展实行改革开放政策往常，热处理标准的基础是很薄弱的。 1980年往常，在国标与冶标(YB)中只有12项钢材的冶金质量标准, 机标(JB)中只有8项热处理标准，且大多数是产品质量检验标准。 改革开放以来，特别是在提出等效使用国际标准方针后，包含热处 理标准在内的标准工作出现了新的局面。政府各部门的标准化机构 都设专人负责热处理标准化工作。在提出的热处理标准体系表中罗 列了制修订94项国标、部标的计划。在19811985期间共完成21 项标准的制修订任务。为了使标准化工作实行跨部门，跨地区的行 业管理，以动员更广泛力量尽快实现标准的现代化，国家标准局(现 改为国家技术监督质量检验检疫局)在1985年决定建立各行业的全 国性标准化技术委员会。1986年3月在国标局主持下成立了由30 名委员与顾问构成的第一届跨行业跨部门的热处理标准化技术委员 会。秘书处设在机械工业部北京机电研究所。1991年改选成立了第 二届委员会。1997年与2001年改选为第3、4届委员会。委员会的 要紧任务是：向国家主管部门提出本行业标准化工作的方针政策性 建议，制订本行业标准体系表，提出长远规划与年度工作计划，组 织本行业标准项目的制修订工作，审查本行业国标与行标草案，并 在技术上把关，负责标准的宣传贯彻、解释、咨询、提出标准成果 的奖励建议等。金容易发生加工硬化，中间退火产生再结晶使铜合金软化，以便进 行进一步的加工，这一技术以后广泛应用于制造兵器与生活器具 6。国外使用锻造与退火的工艺对青铜进行加工处理很早就已经出 现7。中国古代先民应用铜及其合金的历史要晚于两河流域。根据 发掘出的早期器物，有的认为我国约于公元前5千年已有冶金术的 萌生8。迄今所知的中国最早的金属遗物是临潼姜寨属仰韶文化半 坡类型一期遗址发掘的铜片、管。此外，还有山东大汶口文化遗址 出土的距今约6000年的红铜屑与辽宁建平出自牛河梁红山文化遗 址的红铜环等。能够认为在大约公元前7千年至第三千纪出现的远 古的金属遗物已经说明金属技术在这块土地上开始萌生。特别是公 元前3千年后半叶的龙山文化时期，中国有关的出土铜器有11类 50多件。龙山文化时期的铜器都属于刀、锥、凿、钻一类的小件工 具与饰物，其成形方法用铸造或者锻造，有的刃具在加工中可能通 过退火处理9。原北京钢铁学院冶金史组10对由甘肃永靖秦魏家 遗址出土的约公元前1700年的青铜锥的分析说明，其基体组织为再 结晶固溶体，晶粒粗大，a+ 6共析组织沿加工方向变形，很明显该 组织经历过再结晶退火。古代兵器如剑、戢、斧、戈等，需要进行 锻打成锋刃，为防止锻造过程中的开裂，须使用锻间退火处理。“锻 乃矛戈”是商周时期有关制作兵器的记载，有效地应用退火技术， 才能制作出制型复杂、锋利特殊的宝剑。退火还在陨石加工中被应用。陨铁实际上属高铁镁合金。居 住在两河流域的人类从公元前3000多年往常就开始使用这一 “天通过近20年的努力，已制修订出76项国标与行标。其中绝 大部分内容是热处理通用技术标准与工艺标准，不包含产品质量标 准，大多数是国标的热处理通用技术标准在国内与国际贸易谈判中 对金属材料经热处理后的组织与性能有了一个能公认的品质优劣的 判据，产品的质量检验方法也有了一个共同的准绳。新制订的热处 理工艺标准可用来严格操纵生产条件（设备仪表精度，可靠性与保 护、温度、炉气、加热与冷却介质等），是实现热处理生产全面质量 管理的有效措施。近几年由全国热标委会组织开展的针对热处理专为厂的达 标验收活动提高了企业贯彻热处理标准的积极性，改善了企业的生 产管理与质量管理、提高了企业的信誉、效益与核心竞争能力。2.4行业、学术团体中国全国性的热处理行业、学术团体是中国热处理行业协会 （英文名称是 CHINA HEAT TREATMENT ASSOCIATION,简称 CHTA）与 中国机械工程学会热处理学会（英文名称是CHINESE HEAT TREATMENT SOCIETY , CMES,简称 CHTS） o中国机械工程学会热处理学会中国机械工程学会成立于1936年，下设29个专业学会与 30个地方省市学会，是全国最大的学术团体。热处理学会成立于 1963年，第一任理事长是原上海交通大学副校长、中科院院士、已 故的周志宏教授。当前是第八届理事会。学会的宗旨是致力于学科 进展与行业技术进步。学会下设学术，编辑出版、咨询与培训，青 年，周志宏奖励基金5个工作委员，物理冶金、化学热处理、冷却 技术、可控气氛热处理、真空热处理、典型零件热处理，感应热处 理、计算机应用、高能密度热处理、表面技术等11个技术委员会, 学会的常设机构是秘书处，挂靠在原机械工业部北京机电研究所。 学会的要紧任务是开展国内外学术交流、编辑出版金属热处理、金属材料热处理学报、中国热处理技术通讯等刊物，定期 组织、编辑、出版热处理手册等专业工具书，教学用书、技术 丛书、会议文集、定期举办国际展览，组织继续教育与培训，承担 工程项目的论证，评估、咨询、科技成果鉴定，组织技术难题攻关、 科技成果的宣传推广等。学会于1981年成为国际热处理与表面工程 联合会（IFHTSE）成员，成功地举办了 1983年IFHTSE的第三次国 际大会（上海）、2004年第14