1 历史的回顾

自俄国冶金学家D.K.切尔诺夫1868年发现钢在加热和冷却过程中有组织转变,F1奥斯蒙德用热分析法确定了钢的相变临界点温度以及合金状态图的建立以来,热处理从工匠手艺发展为科学技术只有百余年历史。在这段历史中,无论是作为热处理基础的物理冶金理论还是实用生产技术都取得了辉煌成就。最值得称道的理论贡献是:①E.C.贝茵、P.梅拉和威列尔在20世纪20～30年代对钢和杜拉铝相变机制的系统研究成果。②P.德拜、G.V.沃尔富、W.G.布赖格等从20世纪20年代开始的用X射线射法对金属合金和其中相的晶体结构的一系列研究结果。③G.V.库久莫夫和萨克斯对低碳马氏体相变的晶体变化的共格特征进行了精确测定,确立了著名的马氏体相变的晶体K-S关系。④金属晶体位错结构缺陷的发现及其对强度影响规律的结论使物理冶金理论向更微观和更量化的深度发展,解释了金属材料热处理强韧化效果的机理,并启发了一系列热处理新技术的开发,特别是各种类型的形变热处理新工艺。⑤柯俊、阿隆松分别提出了贝氏体转变的无扩散—切变和扩散—台阶机制的两个针锋相对观点,徐祖耀、康沫狂、俞德刚等人在贝氏体相变理论研究和开发贝氏体钢方面有突出贡献。

在实用生产技术发展上值得回顾的有:①1890年英国首次公布了制备不可燃气氛发生炉的专利,该气氛用于金属的光亮热处理,德国的A.富利1921年申请了在井式炉中通氨渗氮的专利。②P.P.阿诺索夫在1837年就倡导用气体渗碳法,而经过100年后(1935年)前苏联的利哈乔夫汽车厂才有了第一台用煤油裂解气的罐式连续渗碳炉;直到20世纪50年代才逐步取代了固体渗碳和用氰盐的液体渗碳。③前苏联的G.V.沃罗格金在20世纪40年代逐步把感应加热技术应用到炼钢、锻造加热和表面淬火热处理等领域。④20世纪40年代末出现了用LiCl露点仪的碳势可控渗碳。⑤离子渗氮于20世纪30年代在德国就有了专利,而KlÊckner公司是在20世纪50年代末才开发出商品设备,并推向工业应用。⑥20世纪60年代初瑞士的H.魏斯发明了在井式炉中的CARBOMAAG滴注可控渗碳法。⑦20世纪60年代中期,用吸热式气(载气)、甲烷或丙烷(作富化气)并用CO2红外仪测控炉气碳势的可控渗碳在汽车工业中得到推广。与此同时第一代的冷壁式真空加热油中淬火炉和真空渗碳炉问世。⑧20世纪50年代开发,60年代推广的被称作Tenifer或Tufftride商品名称的盐浴氮碳共渗,使渗氮周期由数十小时缩短到1h～2h,可明显提高传动件的抗疲劳、耐磨性和抗咬合能力;由于处理温度低(<580℃),工件畸变小,其缺点是所用氰盐剧毒、废盐废水需妥善处理。⑨为避免使用剧毒的氰盐,20世纪60年代后期开发出了NH3+吸热式气(Nikotrier)和NH3+CO2(Nitroc)在570℃的井式或箱式炉中施行的气体氮碳共渗法,随后在汽车曲轴、低载齿轮等零件上获得广泛应用。⑩20世纪50年代高分子聚合物溶液开始用做淬火剂。最早使用的此类聚合物是聚乙烯醇(PVA),以0.1%～0.3%的浓度用做感应加热件的喷冷淬火,其冷却能力介于水油之间,不易燃、无污染。

20世纪60年代美国联碳公司推出UCON(PAG)系列合成淬火剂,可代替油用于铁和非铁合金的淬火及固溶处理的冷却。随后又有一系列其它类别的合成淬火剂商品问世。⑾高、中、工频以及超音频和超高频、超高频脉冲感应加热表面热处理工艺广泛应用。各种静态固体电路高频、大功率电源相继问世,全自动程控多工位淬火机床和自动装卸料机械手或机器人获得工业应用。⑿20世纪80年代氧探头逐步代替红外仪用于炉气碳势控制的传感器和计算机仿真自适应控制、无损检测技术、机器人装卸结合,使大批量生产的汽车零件的渗碳、淬火、清洗、回火、质检全过程实现自动化和无人作业。⒀20世纪90年代,欧洲IpsenInternational、ALD和ECM等公司相继推出低压渗碳、低压离子渗碳和高压气淬的周期炉和半连续生产线,为提高效率、改善质量、减少畸变和保护环境作出了贡献,为汽车工业热处理未来提供了前景。