随着工业和科学技术的发展，热处理在新工艺、新能源方面也有所突破，以达到既节能又提高经济效益，减少或防止环境污染，而且获得更优异性能的目的。下面介绍几种热处理新技术。

1.形变热处理

形变热处理是把塑性变形与热处理有机结合的一种新工艺，可达到形变强化和相变强化的综合效果，显著地提高了钢的力学性能（强韧性），而且简化了工艺，节省能源、设备，减少工件氧化、脱碳。形变热处理分为高温形变热处理和低温形变热处理两种。

（1） 高温形变热处理。

高温形变热处理是将工件加热到奥氏体稳定区，保温后进行塑性变形（锻、轧等），然后立即进行淬火、回火的工艺。亚共析钢形变温度多在Ac3 以上，而过共析钢则在Ac1 以上，这种处理方法提高了钢的强度、韧性和疲劳强度，还改善了塑性，降低了缺口敏感性，减小了脆性，而且简化了工序、节省了工时及降低了成本。

高温形变热处理适用于各种碳钢、合金钢调质件及加工余量不大的锻、轧材，如连杆、曲轴、弹簧、模具和高速钢钻头等。

（2） 低温形变热处理。

低温形变热处理是将工件加热到奥氏体状态，保温后快速冷却到Ar1 点至Ms 点之间的某温度进行形变，然后立即淬火、回火的工艺，此工艺仅适用于珠光体转变区和贝氏体转变区之间（400 ℃～500 ℃） 有较长的孕育期（过冷奥氏体保持时间较长） 的某些合金钢。这种热处理可在保持塑性、韧性不降低的条件下，大幅度提高钢的强度和耐磨损能力，主要被用于要求强度极高的零件，如高速钢刀具、弹簧、模具、轴承及飞机起落架等。

2.激光热处理

激光热处理是利用高能量密度的激光束快速加热工件表面，然后靠零件本身的导热性冷却使其淬火。目前生产中大多采用CO2 气体激光器，其效率高，并能长时间连续工作。通过控制激光入射功率密度、照射时间及照射方式，可得到不同的淬硬层深度、硬度。淬硬层是极细的马氏体组织，因此激光热处理的工件比高频感应加热淬火具有更高的硬度、耐磨性及疲劳强度。这种热处理方法的优点： 加热快，加热到淬火温度仅需百分之几秒； 不用冷却介质； 光斑小； 能量集中； 可控性好，可对盲孔底部、深孔内壁进行表面淬火； 激光淬火后工件变形量非常小，仅为高频感应加热淬火时的1/10 ～1/3，解决了易变形件的淬火问题。激光热处理由于加热快，能细化晶粒，因此显著提高了表面硬度和耐磨性。

3.电子束表面淬火

利用电子枪发射的成束电子轰击工件表面，使之急速加热然后自然冷却的淬火方法克服了激光处理的缺点，保持了其优点，对深小狭沟处的淬火更为有利，不会造成烧伤。电子束表面淬火要在真空室中进行，无氧气，淬火质量高，不变形，无须表面加工，可以直接使用。其特点是加热速度和冷却速度都很快，奥氏体化时间短，能获得超细晶粒组织，淬火硬度比高频感应加热表面淬火高2 ～6 HRC。

4.气相沉积技术

气相沉积技术是指含有沉积元素的气相物质通过物理或化学方法沉积在材料表面形成薄膜的一种新型镀膜技术。根据沉积过程的原理不同，气相沉积技术可分为物理气相沉积（PVD） 和化学气相沉积（CVD）。

1） 物理气相沉积

物理气相沉积是指在真空条件下，用物理方法使材料气化成原子、分子或电离成离子，通过气相过程沉积在工件表面成一层薄膜，其主要包括蒸镀、溅射和离子镀等基本方法。

物理气相沉积适用的基本材料和膜层材料广泛，工艺简单，材料节省，无污染，获得的膜层均匀，膜层、膜基附着力强，膜层厚度致密，针孔少，被广泛用于机械、航空航天、电子、光学等需用的耐磨、耐蚀、耐热（导电、绝缘、光学、磁性、压电、润滑和超导） 等薄膜中。

2） 化学气相沉积

化学气相沉积是在一定温度下，混合气体与基体表面相互作用，在基体表面形成金属或化合物薄膜的方法。例如，气态的TiCl4 与N2 和H2 在受压钢表面反应，生成TiN 并沉积在钢表面形成耐磨抗蚀的沉积层。

化学气相沉积的特点： 沉积物种类多，如金属、半导体元素、碳化物、氮化物、硼化物等； 能在较大范围内控制膜的组成及晶型； 能均匀涂敷几何形状复杂的零件，沉积快，膜层致密，与基体结合牢固，易大批生产。气相沉积膜层具有优良的耐磨性、耐蚀性、耐热性及电学、光学等特殊性能，已被广泛应用于机械、航空航天、交通运输、化工和煤矿等领域。

任务回顾

某用20 钢（含碳量0.2%） 制成的小零件经过渗碳后表面含碳量变为1.0%，试分析用以下不同方法处理后其表面和中心的组织。

（1） 渗碳后缓慢冷却。

（2） 渗碳后淬火并低温回火。

任务实施

（1） 该零件缓慢冷却后得到的组织是铁碳合金相图中的平衡组织，由于表层的含碳量大于0.77%，属于过共析钢，所以表面组织是珠光体+二次渗碳体； 而中心的含碳量小于0.77%，属于亚共析钢，所以中心组织是铁素体+珠光体。

（2） 该零件渗碳后淬火并低温回火得到的组织应是回火马氏体+残留奥氏体，但是，由于表层含碳量为1.0%，所以表面组织是高碳马氏体+残留奥氏体； 中心含碳量为0.2%，所以中心组织为低碳马氏体+残留奥氏体。

任务回顾

某用20 钢（含碳量0.2%） 制成的小零件经过渗碳后表面含碳量变为1.0%，试分析用以下不同方法处理后其表面和中心的组织。

（1） 渗碳后缓慢冷却。

（2） 渗碳后淬火并低温回火。

任务实施

（1） 该零件缓慢冷却后得到的组织是铁碳合金相图中的平衡组织，由于表层的含碳量大于0.77%，属于过共析钢，所以表面组织是珠光体+二次渗碳体； 而中心的含碳量小于0.77%，属于亚共析钢，所以中心组织是铁素体+珠光体。

（2） 该零件渗碳后淬火并低温回火得到的组织应是回火马氏体+残留奥氏体，但是，由于表层含碳量为1.0%，所以表面组织是高碳马氏体+残留奥氏体； 中心含碳量为0.2%，所以中心组织为低碳马氏体+残留奥氏体。

常见的热处理工艺(www.daowen.com)

为了提高零件的力学性能和产品质量，节约能源，降低成本，提高经济效益，减少或防止环境污染等，人们发展了许多热处理新技术、新工艺，简述如下。

一、真空热处理

真空热处理是指金属工件在真空中进行热处理。其主要优点为在真空中加热升温速度很慢，因而工件变形小； 化学热处理时渗速快，渗层均匀易控； 节能、无公害，工作环境好；可以净化表面，因为在高真空中，表面的氧化物、油污发生分解，工件可得光亮的表面，提高耐磨性、疲劳强度，防止工件表面氧化； 脱气作用有利于改善钢的韧性，提高工件的使用寿命。缺点是在真空中加热速度缓慢、设备复杂昂贵。

真空热处理包括真空退火、真空淬火、真空回火和真空化学热处理等。

真空退火主要用于活性金属、耐热金属以及不锈钢的退火处理，铜及铜合金的光亮退火，磁性材料的去应力退火等。

真空淬火是指工件在真空中加热后快速冷却的淬火方法。淬火冷却可用气冷（惰性气体或高纯氮气）、油冷（真空淬火油）、水冷，方式应根据工件材料选择。它被广泛应用于各种高速钢、合金工具钢、不锈钢及失效铜、硬磁合金的固溶淬火。值得说明的是淬火介质的冷却能力有待提高。

真空淬火后应进行真空回火。

多种化学热处理（渗碳、渗金属） 均可在真空中进行。例如，真空渗碳具有渗碳速度快、渗碳时间减少近半及渗碳均匀、无氧化等优点。

二、形变热处理

形变强化和热处理强化都是金属及合金最基本的强化方法。将塑性变形和热处理有机结合起来，以提高材料力学性能的复合热处理工艺称为形变热处理。在金属同时受到形变和相变时，奥氏体晶粒细化，位错密度提高，晶界发生畸变，碳化物弥散效果增强，从而采用单一强化方法不可能达到综合强化和韧化的效果。

形变热处理的方法很多，通常分为高温形变热处理和中温形变热处理。

高温形变热处理是将工件加热到稳定的奥氏体区域，进行塑性变形之后立即进行淬火，发生马氏体相变，然后经回火达到所需性能。与普通热处理相比，高温形变热处理不但能提高钢的强度，而且能显著提高钢的塑性和韧性，使钢的力学性能得到明显的改善。此外，由于工件表面有较大的残余应力，故工件的疲劳强度显著提高，例如热轧淬火和热锻淬火。

中温形变热处理是将工件加热到稳定的奥氏体区域后，迅速冷却到过冷奥氏体的亚稳区进行塑性变形，然后进行淬火和回火。与普通热处理相比，其强度提高效果非常明显，但工艺的实现较难。

三、热喷涂

热喷涂是指用专用设备把固体材料粉末加热熔化或软化并以高速喷射到工件表面，形成不同于基体成分的一种覆盖物（涂层），以提高工件耐磨、耐蚀或耐高温等性能的工艺技术。其热源类型有气体燃烧火焰、气体放电电弧、爆炸以及激光等，因而有很多热喷涂方法，如粉末火焰喷涂、棒材火焰喷涂、等离子喷涂、感应加热喷涂、激光喷涂等。热喷涂的过程为加热、加速、熔化—再加速—撞击基体，冷却凝固—形成涂层。喷涂所用材料和喷涂的对象种类多、范围广，如金属、合金、陶瓷等均可作为喷涂材料，而金属、陶瓷、玻璃、木材、布帛都可以被喷涂而获得所需性能（耐磨、耐蚀、耐高温、抗氧化、耐辐射、隔热、密封、绝缘等）。热喷涂过程简单，被喷涂物温升小，热应力引起形变小，不受工件尺寸限制，可节约贵重材料，提高产品的质量和使用寿命，因而被广泛应用于机械、建筑、造船、车辆、化工和纺织等行业中。

除以上介绍的几种新型热处理工艺外，热处理工艺还有离子轰击热处理、可控气氛热处理和激光热处理等。

常见的热处理工艺

为了提高零件的力学性能和产品质量，节约能源，降低成本，提高经济效益，减少或防止环境污染等，人们发展了许多热处理新技术、新工艺，简述如下。

一、真空热处理

真空热处理是指金属工件在真空中进行热处理。其主要优点为在真空中加热升温速度很慢，因而工件变形小； 化学热处理时渗速快，渗层均匀易控； 节能、无公害，工作环境好；可以净化表面，因为在高真空中，表面的氧化物、油污发生分解，工件可得光亮的表面，提高耐磨性、疲劳强度，防止工件表面氧化； 脱气作用有利于改善钢的韧性，提高工件的使用寿命。缺点是在真空中加热速度缓慢、设备复杂昂贵。

真空热处理包括真空退火、真空淬火、真空回火和真空化学热处理等。

真空退火主要用于活性金属、耐热金属以及不锈钢的退火处理，铜及铜合金的光亮退火，磁性材料的去应力退火等。

真空淬火是指工件在真空中加热后快速冷却的淬火方法。淬火冷却可用气冷（惰性气体或高纯氮气）、油冷（真空淬火油）、水冷，方式应根据工件材料选择。它被广泛应用于各种高速钢、合金工具钢、不锈钢及失效铜、硬磁合金的固溶淬火。值得说明的是淬火介质的冷却能力有待提高。

真空淬火后应进行真空回火。

多种化学热处理（渗碳、渗金属） 均可在真空中进行。例如，真空渗碳具有渗碳速度快、渗碳时间减少近半及渗碳均匀、无氧化等优点。

二、形变热处理

形变强化和热处理强化都是金属及合金最基本的强化方法。将塑性变形和热处理有机结合起来，以提高材料力学性能的复合热处理工艺称为形变热处理。在金属同时受到形变和相变时，奥氏体晶粒细化，位错密度提高，晶界发生畸变，碳化物弥散效果增强，从而采用单一强化方法不可能达到综合强化和韧化的效果。

形变热处理的方法很多，通常分为高温形变热处理和中温形变热处理。

高温形变热处理是将工件加热到稳定的奥氏体区域，进行塑性变形之后立即进行淬火，发生马氏体相变，然后经回火达到所需性能。与普通热处理相比，高温形变热处理不但能提高钢的强度，而且能显著提高钢的塑性和韧性，使钢的力学性能得到明显的改善。此外，由于工件表面有较大的残余应力，故工件的疲劳强度显著提高，例如热轧淬火和热锻淬火。

中温形变热处理是将工件加热到稳定的奥氏体区域后，迅速冷却到过冷奥氏体的亚稳区进行塑性变形，然后进行淬火和回火。与普通热处理相比，其强度提高效果非常明显，但工艺的实现较难。

三、热喷涂

热喷涂是指用专用设备把固体材料粉末加热熔化或软化并以高速喷射到工件表面，形成不同于基体成分的一种覆盖物（涂层），以提高工件耐磨、耐蚀或耐高温等性能的工艺技术。其热源类型有气体燃烧火焰、气体放电电弧、爆炸以及激光等，因而有很多热喷涂方法，如粉末火焰喷涂、棒材火焰喷涂、等离子喷涂、感应加热喷涂、激光喷涂等。热喷涂的过程为加热、加速、熔化—再加速—撞击基体，冷却凝固—形成涂层。喷涂所用材料和喷涂的对象种类多、范围广，如金属、合金、陶瓷等均可作为喷涂材料，而金属、陶瓷、玻璃、木材、布帛都可以被喷涂而获得所需性能（耐磨、耐蚀、耐高温、抗氧化、耐辐射、隔热、密封、绝缘等）。热喷涂过程简单，被喷涂物温升小，热应力引起形变小，不受工件尺寸限制，可节约贵重材料，提高产品的质量和使用寿命，因而被广泛应用于机械、建筑、造船、车辆、化工和纺织等行业中。

除以上介绍的几种新型热处理工艺外，热处理工艺还有离子轰击热处理、可控气氛热处理和激光热处理等。