1.修复热处理技术概述
长期运转的成套发电设备（包括锅炉、汽轮机、电动机、水轮机等）、大型运载设备（机车、舰船、重载车辆、坦克、飞机）或工作机械（机床、吊车、矿山机械）等，在整个使用过程中常需进行相当次数的大修，更换较易失效的零件，以便恢复这些机械设备原有的性能。这些较易失效的零件，例如，汽轮机叶片、锅炉过热管、各种转子等，大都是极为昂贵的。除了使用高级优质合金钢为原材料以外，它们的制造过程（包括铸造或锻造成形、预备及最终热处理、机械加工、必要的表面处理等）也需要大量工时与加工设备，因而也是耗资巨大的。更换下来的数以吨计的这些较易失效的零件，往往由于形状尺寸的特殊性而很难改作他用，不得不返回冶金部门作为炼钢废料。修复热处理是实现这些贵重机械零部件再制造的有效途径之一。
修复热处理再制造技术的主要研究内容可分为以下三个方面：
1）重要零件（锅炉过热管、汽轮叶片、高温螺栓）在高温下长期使用过程中显微组织结构及力学性能变化规律的实验研究，包括硬度、冲击、高温强度、蠕变抗力等的测试，以及碳化物成分结构分析、晶界杂质偏聚的俄歇分析、TEM组织分析、SEM端口分析等。
2）修复热处理工艺的研究与制订，包括重新奥氏体化（温度、时间）及随后的冷却制度（炉、空、油、水）以及必要的回火工艺。
3）按最佳修复热处理工艺处理一批拆换下来的零件，辅以必要的表面修复及机械加工，使内部组织及外观形状尺寸完全达到零件的原始要求。有计划地安装使用这些零件，并在使用后跟踪这些零件组织性能变化的规律。
以成套发电设备典型零件的修复热处理再制造为例，每1t零件估计可节约原材料及加工费用至少5000元。更换可修复热处理零件1000t，便可获500万元的经济效益。在发电设备行业普遍推广应用修复热处理再制造技术，其经济效益将是十分可观的。如能将修复热处理再制造技术推广到其他行业，经济效益更不可估量。
2.修复热处理的原理
对金属的任何加工（热加工、变形等）都会引起损伤的发展，即形成微孔和微裂纹。无论在工艺准备阶段，还是在使用阶段都会出现微孔和微裂纹。此外，在使用过程中，金属内一定深处会发生组织转变和应力-变形状态的变化，这将改变形成显微不连续的动力学。应当着重指出，形成的缺陷就是金属材料破坏的直接原因。
目前以各种处理方法，尤其是热处理，能够部分或全部地消除显微缺陷。在使用阶段或使用后进行热处理，恢复零件的使用性能和延长寿命，被称为修复热处理。
在修复热处理时，金属材料发生三种类型的变化：修复损伤、恢复组织和改变应力-变形状态。由于损伤的发展速度决定着金属零部件的寿命，所示修复损伤（显微缺陷）是主要的研究热点。显微缺陷聚集的数量、尺寸以及金属内发生的组织变化程度（如必须转移到固溶体中去的第二相类型），决定了修复热处理的规范。
3.蠕变损伤材料的修复热处理
蠕变损伤的材料经修复热处理可使性能恢复。例如，火力发电厂主蒸汽管的失效按微孔特征判断，当微孔直径达1～3μm且体积率达0.2%时，主蒸汽管就应更换；但热强度显著下降的主蒸汽管经修复热处理后可以得到修理。下面介绍蠕变损伤的12Cr1MoV钢的修复热处理研究。
（1）修复热处理工艺 试样取自使用13.7×104h发生严重蠕变损伤的火力发电厂主蒸汽管弯管。选12Cr1MoV材料，修复热处理前后检查试样的损伤率。修复热处理按以下三种规范进行。
1）1000℃正火+730℃回火3h（简称工艺1）。
2）1050℃正火+730℃回火3h（简称工艺2）。
3）循环修复热处理，试样封入石英管（压力为0.013Pa），按1050℃⇌室温反复进行（简称工艺3）。
此外，还分别在980℃、1000℃、1050℃保温后炉冷，研究修复热处理加热时微孔熔结的效果。(www.daowen.com)
（2）修复热处理对钢的组织和性能的影响 钢的金相组织及碳化物成分经修复热处理后可以完全恢复，与损伤率无关，只取决于修复热处理的工艺参数。升高正火温度、延长保温时间，合金元素重新充分固溶可发挥固溶强化作用；高温回火时碳化物弥散析出得到弥散强化。采用工艺1和工艺2两种规范的修复热处理，12Cr1MoV钢的组织为铁素体+贝氏体+珠光体。贝氏体使钢的热强度和组织稳定性增加。使用后钢中碳化物发生聚集并可产生M6C碳化物，正火温度采用1050℃（可再增加保温时间）效果较好。
原始管经“装罐退火”持久塑性δ较高，但使用后最低持久塑性降到10.3%。工艺1处理的最低δ值只有7.9%，工艺2为16.4%。修复热处理后的持久塑性均可满足大于3%～5%的要求。沿晶空洞的消除或减少对δ值影响是次要的，主要是析出相与碳化物重熔的作用。12Cr1MoV钢修复热处理的正火温度超过标准规定的上限（1020℃），由于晶内进一步强化及晶界附近无沉淀带变窄使δ值下降。只要控制正火冷却速度使贝氏体含量不超过20%就可保证有高的持久塑性。
（3）修复热处理时机的确定 主蒸汽管发生超温引起材料严重老化可经修复热处理延长寿命，但没有明显超温时，材料老化失效是很缓慢的，主蒸汽管失效主要是蠕变断裂失效。这样，修复热处理的时机就应由蠕变断裂损伤确定。选择修复热处理时机要使微孔完全消除是无意义的。等效恢复系数足够高就可以充分发挥修复热处理后钢的热强度。主蒸汽管及其弯管在损伤率达0.1%之前做修复热处理，这时有很高的等效恢复系数。
4.疲劳损伤材料的修复热处理
用热处理方法恢复金属材料疲劳损伤是一个引人注目的问题。许多科技工作者在金属材料疲劳损伤恢复方面做了大量的工作，但长期以来有三个方面的问题一直没有得到很好的解决：一是缺乏对金属材料疲劳损伤过程物理本质的认识；二是采用热处理恢复金属零件疲劳损伤引起的变形问题；三是缺乏行之有效的热处理技术规范。
下面通过对45钢材料疲劳损伤发展过程的物理本质、热处理恢复金属零件疲劳损伤引起变形等问题的实验研究，探讨适合工程实际应用的热处理恢复金属材料疲劳损伤的技术规范。
实验用45钢经830℃水淬+600℃回火处理。试样采用漏斗形光滑标准原试样，在旋弯疲劳试验机上做旋转弯曲疲劳试验，转数为5000r/min。实验在室温、空气介质条件下进行。取45钢常幅应力σa=388MPa，疲劳失效寿命Nf=236700；取常幅应力σa=489MPa，疲劳失效寿命Nf=64400。当旋转弯曲疲劳实验分别循环至其疲劳寿命的10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、09%、95%时中止实验，在扫描电镜下观察其微观组织结构变化。
采用低温修复热处理（低于A1温度）对45钢试样疲劳损伤进行恢复。在疲劳循环至0.5Nf时，分别选取400℃、500℃、600℃、700℃对试样进行中途回火，回火时间为60min，观察中途回火温度对积累疲劳失效寿命的影响。并分别采取空气介质炉和盐浴介质炉对试样进行中途回火，比较不同热处理技术规范对疲劳损伤恢复的影响。对45钢试样疲劳断口分析发现，约有90%的试样疲劳源在表面形成，10%的试样疲劳源在亚表面形成。
5.工具钢的修复热处理
修复热处理能够提高使用中的工具钢的工作能力和寿命。采用低温修复热处理方法，在现实生产条件下对冲压用凸模和各种规格尺寸铣刀的不同使用阶段，来恢复W18Cr4V高钨工具钢和8Cr4W2Si2MoVNiAlTi低钨工具钢的使用性能。
低温修复热处理不能显著影响金属材料的密度变化，但能改变组成合金的相成分和其形态。除此之外，借助低温修复热处理，对使用时产生的一系列结构变化的金属是有效的。换言之，可将使用过程纳入工具钢的强化工艺循环，从而提高其疲劳强度。
为进行低温修复热处理，必须确定低温修复热处理的最佳规范和必须进行此处理的最佳使用阶段。低温修复热处理是在工作时间循环（以振幅σu=-2300～300MPa的不对称力作用循环）300次后，在200℃、400℃和500℃保温1h时进行的。
为了确定按已选取温度进行低温修复热处理的最佳时刻，热处理是在工作时间循环150、300、500和1000次后进行的。低温修复热处理的最适合时刻是在生产中重磨刀具时。一般，在刀具破坏前时间（或循环次数）的2%～30%时进行（对凸模为2%～5%，对铣刀、铰刀为5%～30%）。为实现这最简化的低温修复热处理工艺工序，无需附加的产生冲压循环或铣削循环的装备，也无需附加的热处理设备。它可在生产工段实现，即在工具重新使用开始前进行热处理。
6.金属材料内部裂纹高温愈合
对于钢的内部损伤愈合的研究发现，金属在热加工条件下，损伤的发展会受到某种机制的抑制，其结果是在微裂纹扩展的同时，可能存在一个可逆的愈合过程。俄罗斯学者通过分析金属材料损伤的发展，明确指出在金属材料使用阶段或使用后，采用修复热处理方法消除金属材料内部损伤，从而达到恢复使用性能和延长寿命的目的；并根据处理条件的不同，对修复热处理方法做了较为系统的分类，认为必须使用高温修复热处理才可能明显降低金属的损伤程度，减少缺陷并最终完成恢复组织。
通过高温处理及在高静水压力、大塑性变形和有动态再结晶条件下的实验研究证实20MnMo钢在一定条件（可无塑性变形）下，内部裂纹的萌生与扩展是一个可逆过程，认为内部裂纹愈合过程主要受控于基体金属内的原子扩散，并将愈合过程分为空洞填充与晶粒长大两个阶段。在初步总结20MnMo钢内部裂纹愈合规律的基础上，对实际生产中经超声波探伤检验证实已报废的大型锻件进行了较为成功的愈合实验，取得了显著的社会效益和经济效益。对20MnMo钢进行了内部裂纹的高温修复实验研究，认为当裂纹宽度小于1.3μm时，可以仅通过高温处理将其修复，而对超过此尺寸的裂纹，则必须佐以加压条件才能修复。
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