焊接热影响区
减小焊接热影响区的方法
减小焊接热影响区的方法焊接热影响区（Heat Affected Zone，简称HAZ）是指焊接过程中受到热影响而发生组织和性能改变的区域。
焊接热影响区的形成不仅会引起材料的变形和开裂，还会降低焊接接头的强度和耐腐蚀性能。
为了减小焊接热影响区的影响，以下是一些常用的方法。
1. 控制焊接参数：焊接参数的选择对于减小焊接热影响区非常重要。
首先，应选择适当的焊接电流和电压，以控制焊接热输入量。
同时，焊接速度也应适当调整，避免过长的焊接时间导致过大的热输入。
此外，还可以采用预热和后热处理等方法，通过控制温度分布，达到减小焊接热影响区的目的。
2. 选择合适的焊接材料：不同的材料对热输入的敏感性不同，因此在焊接过程中选择合适的焊接材料也是减小焊接热影响区的一种有效方法。
一般来说，低碳钢的焊接热影响区相对较小，而高碳钢和合金钢的焊接热影响区相对较大。
因此，在焊接高碳钢和合金钢时，可以选择具有较低热导率的焊材，以减小焊接热影响区的范围。
3. 使用焊接辅助材料：在焊接过程中，可以使用一些焊接辅助材料来减小焊接热影响区。
例如，可以在焊接区域周围涂抹一层保护剂，用于吸收焊接热量和减缓热传导速度，从而减小焊接热影响区的范围。
此外，还可以使用焊接屏蔽剂，用于隔离焊接区域与空气的接触，减少氧化反应和热影响。
4. 优化焊接工艺：通过优化焊接工艺，可以有效减小焊接热影响区。
首先，应合理选择焊接方法，如TIG焊、MIG焊等，以及具体的焊接参数。
其次，应合理设计焊接序列和焊缝形状，避免焊接热量集中在某一区域，导致焊接热影响区过大。
此外，还可以采用局部加热和冷却等方法，通过控制温度分布，减小焊接热影响区的范围。
5. 采用合适的焊接设备：焊接设备的选择对于减小焊接热影响区也有一定影响。
高频焊接设备和脉冲焊接设备具有较高的焊接效率和控制性能，可以有效减小焊接热影响区。
此外，还可以采用激光焊接和电子束焊接等新型焊接方式，通过高能量密度和短焊接时间，减小焊接热影响区的范围。
焊接物理冶金_第四章 热影响区
焊接一、焊接热影响区的形成
在焊接过程中，在形成焊缝的同时使其附近的母材经受了一 次特殊的热处理，形成了一个组织和性能极不均匀的热影响区， 可能成为整个接头的最薄弱环节。 焊接热过程特点（局部性、瞬时性、运动性）决定了热影响 区热处理的特殊性：
（1）加热、冷却速度极快使与扩散有关的过程很难充分进行 加热 P→γ（非均匀）; 冷却γ→B、 M（非平衡相）
合金元素↑→奥氏体稳定性↑→淬透性↑（易淬火）
加热温度↑→奥氏体稳定性↑→淬透性↑（易淬火） 加热速度↑→奥氏体稳定性↓→淬透性↓ 奥氏体晶粒尺寸↑→奥氏体稳定性↑→淬透性↑ 冷却速度↑→易淬火
表2-1 几种热轧和正火钢的成分和性能
图4—15 不同奥氏体化温度的CCT图
(钢材w (C) 0.17%和w (Mn) 1.34%) a) 900℃奥氏体化（炉中缓慢连续加热）
I—过热区；II—正火区；III—不完全重结晶区； IV—淬火区；V—不完全淬火区；VI—回火区
（1）淬火区 温度： Ac3 -1490℃ 组织：不均匀组织（M、 B、 P、 F） 距焊缝越近、冷却速度越大，越易形成 M 性能: 接头脆化
图4—18 不同钢材焊接热影响区中硬度和马氏体数量的分布
（CTS试样，热输入1340J/cm，过热区的冷却速度28℃/s）
a) 过热区组织； b) 正火区组织； c) 不完全重结晶区组织； d) 母材组织
细小的马氏体 +少量粒贝 粗大的马 氏体
铁素体+马氏体+粒 贝+少量铁素体—碳 化物型混合组织
铁素体—碳化 物型混合物
图4—23 12Cr2MoWVTiB钢氩弧焊时的热影响区组织
a) 过热区组织；b) 正火区组织；c) 不完全重结晶区组织；d) 母材组织
四、焊接热影响区(2010)
1 熔合区（半熔化区）
焊缝与母材相邻的部位，是液－ 固相结合的部位。化学成分、组织、 性能非常不均匀，是产生裂纹、脆性 破坏的发源地。
t8/5：焊缝从800℃冷却到500℃所用的时间；
t8/3：焊缝从800℃冷却到300℃所用的时间；
t100：焊缝从Tm冷却到100℃所用的时间。
影响焊接热影响区的冷却速度的因素（1）
（1）被焊金属的热物理性质： 金属的导热系数越大，冷却速 度就越快。 （2）钢板的厚度： 钢板的尺寸越大、越厚，冷 却速度就越快（图5－66）。但板厚 超过25mm后，冷却速度趋于一 定值。
焊接热影响区的最新划分方法（图4－35）
表 4— 12 部位(名称) 完全混合区
焊缝及热影响区新的划分及建议 所包括的范围(定义) 现在通用的划分 填充金属与母材金属完全均匀混合形 成化学成分均一的焊缝金属 焊缝金属 焊缝金属的外侧部分，母材金属与填 充金属不完全混合的地方 明显的完全熔化边界 熔合区 焊缝边界的外侧母材部分，晶粒边界 有不同程度的熔化(0％~100％) 固相母材发生组织变化的区域 热影响区
（3）钢板的初始温度对HAZ冷却速度的影响
初始温度越高，冷却速度越慢（图5－67）。
预热对减缓600℃以下的冷 却速度特别显著，是控制淬硬 组织、避免产生冷裂纹的重要 手段。
（4）焊接规范对HAZ冷却速度的影响 HAZ的冷却速度受焊接电流、电弧 电压、焊接速度等的影响，冷却速度随 着焊接线能量的增加而降低（图5－68）。 焊接接头的形状对冷却速度也有影 响。角焊缝、 T 字接头的冷却速度比对 接焊缝的冷却速度要快得多。 调整焊接线能量、预热、缓冷等措 施都可以降低焊缝的冷却速度。
焊缝的热影响区宽度范围
焊缝的热影响区宽度范围焊缝的热影响区（Heat-Affected Zone, HAZ）是指在焊接过程中，焊点周围的金属区域受到热输入而发生的物理和化学变化的区域。
HAZ的形成是由于焊接过程中，在焊接点周围的金属上产生了高温，这些高温导致金属发生相变、晶粒长大、残余应力和组织改变等现象。
HAZ的性质和宽度对于焊接接头的力学性能和耐蚀性能都有重要影响。
下面将介绍HAZ的宽度范围和影响因素。
焊缝的热影响区宽度范围的参考内容如下：1. 焊接过程中的热输入：焊接过程中施加的热输入对于HAZ的宽度有重要影响。
热输入是指焊接过程中单位长度焊接线能量的总和，通常用焊接电流和焊接速度来表示。
焊接过程中的热输入越大，HAZ的宽度就越大。
2. 焊接材料的热导率：焊接材料的热导率也会影响HAZ的宽度。
热导率是指材料导热的能力，导热性能越好的材料在焊接过程中会吸收更多的热能，从而减小HAZ的宽度。
3. 材料的热膨胀系数：焊接过程中，金属会受到热膨胀的影响。
材料的热膨胀系数是指材料单位温度变化时线膨胀、面膨胀或体膨胀的比例。
热膨胀系数越大的材料在焊接过程中，由于热膨胀的影响容易引起HAZ的形变和裂纹。
4. 焊接方法：不同的焊接方法会对HAZ的宽度产生不同的影响。
例如，激光焊接由于能量密度高，可以快速焊接，因此HAZ宽度相对较窄。
相反，电弧焊接由于热输入时间较长，因此HAZ宽度较宽。
5. 材料的熔化温度和固溶温度：材料的熔化温度和固溶温度也会影响HAZ的宽度。
在焊接过程中，高温熔化区域和固溶区域的宽度会影响到HAZ的形成。
总结起来，焊缝的热影响区宽度受到多个因素的影响，包括焊接过程中的热输入、焊接材料的热导率、材料的热膨胀系数、焊接方法以及材料的熔化温度和固溶温度等。
只有在充分了解和控制这些因素的情况下，才能合理地设计和制造焊接接头，以确保HAZ的宽度满足预期要求，并保证焊接接头的力学性能和耐蚀性能。
焊接第五章 焊接热影响区
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
二、焊接冷却过程组织转变的特点
图5-6 焊接与热处理的热循环曲线
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
图5-7 45钢连续冷却曲线 F—铁素体 P—珠光体 A—奥氏体 M—马氏体 Z—中间组织
实线—焊接( =1350℃) 虚线—热处理( =1050℃)
26091C
主编
第四章 焊接熔池的结晶和焊缝金属的组织 第五章 焊接热影响区
第五章 焊接热影响区
第一节 焊接热影响区组织转变的特点 第二节 焊接热影响区的组织 第三节 焊接热影响区的性能
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
一、焊接加热过程组织转变的特响
B—焊前淬火+高温回火 C—焊前退火 1—淬火区 2—部分淬火区 3—回火区
第三节 焊接热影响区的性能
五、改善焊接热影响区性能的途径 1.采用高韧性母材 2. 焊后热处理 3. 合理制订焊接工艺规程
第二节 焊接热影响区的组织
图5-14 低碳钢埋弧焊时焊接热影响区的组织 a)熔合区 b)过热区 c)相变重结晶区 d)不完全重结晶区 e)母材
第二节 焊接热影响区的组织
表5-5 低碳钢埋弧焊时焊接接头的组织特征及性能分布
第三节 焊接热影响区的性能
一、焊接热影响区的硬度变化 二、焊接热影响区的常温力学性能
图5-3 a) 45钢 b) 18Cr2WV钢
(A—平均晶粒面积 d—平均晶粒直径)
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
图5-4 焊接热影响区中的晶粒度的分布
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
表5-2 不同焊接方法单层对接焊时的热循环参数
第一节 焊接热影响区组织转变的特点
焊接热影响区的脆化机理及防治措施
预热和后热处理
对焊接材料进行预热和后热处理，降低材料在焊接过程中的温度变 化，减少脆化倾向。
焊接材料选择与控制
选择合适的材料
根据焊接工艺和材料性能要求，选择具有良好韧 性和抗脆化性能的焊接材料。
控制材料成分
严格控制焊接材料的化学成分，避免有害杂质和 气体含量过高，提高材料的纯净度和质量。
效果评估
经过防治措施的实施，该大型钢结构的焊接热影响区脆化问题得到了 有效解决，结构的安全性和稳定性得到了显著提高。
案例二：某汽车零部件焊接热影响区脆化防治
背景介绍
某汽车零部件在焊接过程中，由于热影响区的温度变化导 致材料脆化，影响了产品的质量和性能。
防治措施
采用特殊的焊接工艺和材料，如激光焊接、铝合金材料等 ，以降低热影响区的温度梯度。同时，对焊接后的零部件 进行热处理和应力消除，以减少脆化倾向。
焊后处理
焊后采取适当的热处理、冷却方式、消除应力等措施，改善材料的微观组织和力学性能， 提高抗脆化能力。例如，采用焊后回火处理、快速冷却、振动消除应力等方式，改善材料 的韧性和抗脆性。
THANKS
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效果评估
经过防治措施的实施，该航空航天材料的焊接热影响区脆化问题得到了 有效解决，飞行器的安全性和稳定性得到了显著提高。
05
未来研究方向展望
新型焊接技术应用研究
激光焊接技术
激光功率密度高，加热速度快，热影响区小，可有效减少脆化现 象。
电子束焊接技术
电子束焊接能量密度高，焊接速度快，对热影响区的加热时间短 ，有助于降低脆化风险。
根据测试结果评估脆化程度。
裂纹检测
焊接热影响区
定义
定义
图1熔焊时在高温热源的作用下，靠近焊缝两侧的一定范围内发生组织和性能变化的区域称为“热影响区” （Heat Affect Zone），或称“近缝区”（Near Weld Zone）。焊接接头主要是由焊缝和热影区两大部分组成， 其间存在一个过渡区，称为熔合区。因此要保证焊接接头的质量，就必须使焊缝和热影响区的组织与性能同时都 达到要求。随着各种高强钢、不锈钢、耐热钢以及一些特种材料（如铝合金、钛合金、镍合金、复合材料和陶瓷 等）在生产中不断使用，焊接热影响区存在的问题显得更加复杂，已成为焊接接头的薄弱地带。因此，许多国家 研究工作者对焊接热影响区很大的重视。
性能
硬化 脆化
韧化 软化
硬化
焊接热影响区的硬度主要取决于被焊钢种的化学成分和冷却条件，其实质是反映不同金相组织的性能。由于 硬度试验比较方便，因此，常用热影响区的最高硬度HMAX来判断热影响区的性能，它可以间接预测热影响区的韧 性、脆性和抗裂性等。工程中已把热影响区的HMAX作为评定焊接性的重要指标。应当指出，即使同一组织也有不 同的硬度，这与钢的含碳量以及合金成分有关。例如高碳马氏体的硬度可达600HV，而低碳马氏体只有350～ 390HV。
合理制定焊接工艺，正确选择焊接线能量和预热、后热温度是提高焊接热影响区韧性的有效措施。
此外，还有许多能提高焊接热影响区韧性的途径，如近年来发展起来的细晶粒钢（利用微量元素弥散强化、 固熔强化、控制析出相的尺寸及形态等），采用控轧工艺，进一步细化铁素体的晶粒，也会提高材质的韧性。
软化
冷作强化或热处理强化的金属或合金，在焊接热影响区一般均会产生不同程度的失强现象，最典型的是经过 调质处理的高强钢和具有沉淀强化及弥散强化的合金，焊后在热影响区产生的软化或失强。冷作强化金属或合金 的软化，则是由再结晶引起的。热影响区软化或失强对焊接接头力学性能的影响相对较小，但却不易控制。
焊接热影响区产生脆化的原因
焊接热影响区产生脆化的原因
焊接热影响区产生脆化的原因可以归结为以下几个因素：
1. 焊接热循环：焊接过程中，被焊接材料会受到高温和急剧变冷的热循环作用，这会导致材料结构的相变和晶格缺陷的形成，从而引发脆化。
2. 残余应力：焊接过程中，焊接接头和母材之间会产生残余应力，这些应力会导致材料的结构变形，从而使材料更易于发生脆性断裂。
3. 高温下的晶格结构变化：焊接过程中，高温下材料的晶格结构会发生变化，例如固溶金属中的晶粒长大，弥散相的溶解和析出等。
这些结构变化会对材料的力学性能产生影响，使材料更容易发生脆性断裂。
4. 稀有金属元素的脱溶：在焊接过程中，一些稀有金属元素，如钛、铌等，可能会脱溶到母材中，导致母材的特性发生变化，从而引发脆化。
综上所述，焊接热影响区产生脆化的原因主要包括焊接热循环、残余应力、高温下的晶格结构变化和稀有金属元素的脱溶等因素。
焊缝的热影响区宽度范围
焊缝的热影响区宽度范围引言焊接是一种常见的金属连接技术，其中焊缝是焊接过程中最关键的部分之一。
在焊接过程中，焊接区域会受到高温热源的作用，从而导致材料的物理和化学性质发生变化。
这种变化可以通过测量焊缝的热影响区宽度来研究和评估。
热影响区的定义热影响区（Heat Affected Zone，HAZ）是指焊接区域周围受到热输入的材料区域，它的宽度取决于焊接过程中的热源和材料的导热性能。
热影响区的形成是由于焊接过程中的高温热源，如焊电弧或激光束，使材料迅速升温并处于高温状态一段时间。
影响热影响区宽度的因素热影响区宽度受到多个因素的影响，其中包括：1. 焊接能量焊接能量是指焊接过程中的热输入量，它与焊接电流和焊接速度有关。
通常情况下，焊接能量越大，热影响区宽度就越宽。
2. 材料导热性材料的导热性能是指材料传导热量的能力。
导热性能越高的材料，热影响区宽度就越窄。
3. 板厚板厚是指焊缝两侧的母材厚度。
通常情况下，母材厚度越大，热影响区宽度就越宽。
4. 焊接方式不同的焊接方式对热影响区宽度也有影响。
比如，激光焊接和电弧焊接在热影响区宽度上会有所差异。
热影响区宽度的测量方法热影响区宽度可以通过多种方法进行测量和评估，其中比较常用的方法有以下几种：1. 金相显微镜金相显微镜是一种常见的金属材料组织观察和测量仪器，可以通过对焊接区域进行金相试样的制备和观察，从而确定热影响区的宽度。
2. 硬度测量热影响区通常具有不均匀的硬度分布，可以通过在焊缝周围进行硬度测量来确定热影响区的宽度。
硬度测量可以使用硬度计进行，常用的方法有洛氏硬度和维氏硬度等。
3. 电子显微镜电子显微镜可以提供更高的分辨率和放大倍数，从而更加准确地观察和测量焊接区域的微观结构。
通过电子显微镜的观察，可以确定热影响区的宽度。
热影响区宽度范围的意义热影响区宽度是评估焊接质量和性能的重要指标之一。
热影响区宽度范围的大小会直接影响焊缝的强度和韧性等机械性能。
对于某些特殊应用领域，如航天航空、核能等，焊接质量和性能至关重要，因此需要对热影响区宽度进行精确的控制和评估。
第10章 焊接热影响区
焊接热影响区概述焊接热影响区的形成凡是通过局部加热来达到连接金属的焊接方法，不论是熔焊或固态焊接（如电阻对焊、摩擦焊），由于其加热的瞬时性和局部性使焊缝附近的母材都经受了一种特殊热循环的作用。
其特点为升温速度快，冷却速度快。
例如在板厚为20mm 的低碳钢上用16kJ/cm热输入进行手工电弧堆焊时，由室温加热到峰值温度为1100℃所需时间仅4s左右，冷却到200℃仅需1min左右。
因此，凡是与扩散有关的过程都很难充分进行。
焊接加热的另一特点为热场分布不均匀，紧靠焊缝的高温区内接近于熔点，远离焊缝的低温区内接近于室温。
而且，峰值温度愈高的部位，加热速度愈快，冷却速度愈大。
因此，焊接过程中，在形成焊缝的同时不可避免地使其附近的母材经受了一次特殊的热处理，形成了一个组织和性能极不均匀的焊接热影响区；使一些部位的组织和性能变得很坏（如过热区），成为整个焊接接头中的最薄弱环节，对焊接质量起着控制作用。
很多焊接结构的破坏事故都与其焊接热影响区的性能恶化有关。
影响焊接热影响区组织和性能的主要因素由于焊接热影响区是焊缝附近母材受到焊接热循环作用后形成的一个组织和性能不同于母材的特殊热处理区，因此它取决于材料本身的特性和工艺条件两个方面。
影响其组织和性能的主要冶金和工艺因素为：被焊金属与合金系统的特点这是决定各种材料法律界热影响区形成特点的根本因素，因为焊接热影响区的组织变化和性能变化首先取决于母材本身在不同加热和冷却条件下的物理冶金特点。
例如对加热和冷却时无相变的金属和合金来说，其焊接热影响区非常简单。
反之，有相变材料的焊接热影响区就很复杂。
焊前母材的原始状态材料焊前的原始状态也会影响到焊接热影响区的组织变化和性能变化。
例如材料焊前处于冷作硬化状态或热处理强化状态，则焊后热影响区内会出现淬火的硬化区。
焊接工艺方法和工艺参数如前所述，焊接热影响区是由于焊接时的热作用引起的，因此它与焊接时所采用的热源特点和焊接工艺参数密切相关。
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热影响区的组织分布(1)完全淬火区：焊接时热影响区处于AC3以上的区域，由于这类钢的淬硬倾向较大，故焊后得到淬火组织（马氏体）。
在靠近焊缝附近（相当于低碳钢的过热区），由于晶粒严重长大，故得到粗大的马氏体，而相当于正火区的部位得到细小的马氏体。
根据冷却速度和线能量的不同，还可能出现贝氏体，从而形成了与马氏体共存的混合组织。
这个区在组织特征上都是属同一类型（马氏体），只是粗细不同，因此统称为完全淬火区。
(2)不完全淬火区：母材被加热到AC1～AC3温度之间的热影响区，在快速加热条件下，铁素体很少溶入奥氏体，而珠光体、贝氏体、索氏体等转变为奥氏体。
在随后快冷时，奥氏体转变为马氏体。
原铁素体保持不变，并有不同程度的长大，最后形成马氏体-铁素体的组织，故称不完全淬火区。
如含碳量和合金元素含量不高或冷却速度较小时，也可能出现索氏体和体素体。
如果母材在焊前是调质状态，那么焊接热影区的组织，除在上述的完全淬火和不完全淬火区之外，还可能发生不同程度的回火处理，称为回火区（低于AC1 以下的区域）。
总括以上，金属在焊接热循环的作用下，热影响区的组织分布是不均匀的。
熔合区和过热区出现了严重的晶粒粗化，是整个焊接接头的薄弱地带。
对于含碳高、合金元素较多、淬硬倾向较大的钢种，还出现淬火组织马氏体，降低塑性和韧性，因而易于产生裂纹。
在当今社会生产中，金属材料的应用是十分广泛的，尤其是钢铁材料，在工业。
农业。
交通运输。
建筑以及国防等各方面都离不开他。
随着现代化工农业以及科学技术的发展，人们对金属材料的性能要求越来越高。
为满足这一点，一般可以采取两种方法：研制新材料和对金属材料进行热处理。
后者是最广泛，最常用的方法。
热处理是一种综合工艺。
热处理工艺学就是研究这种综合工艺的原理及规律的一门学科。
热处理工艺在我国已有悠久的历史，早在商代就已经有了经过再结晶退火的金箔饰物，在洛阳出土的战国时代的铁锛，系由白口铁脱碳退火制成。
在战国时代燕都遗址出土的大量兵器，向人们展示了在当时钢件已经采用了淬火，正火，渗碳等工艺。
近代出土的秦兵俑佩带的长剑，箭镞等都有力的证明当时已经出现铜合金的复合材料，而且还掌握了精湛的表面保护处理方法，从而保持输千年不锈。
热处理工艺最早的史料记载见于《汉书。
王褒传》中，我过明代科学家宋应星在《天工开物》一书中对热处理工艺已有记载。
大量事实证明，我过曾是世界上发展和应用热处理技术最早的国家之一。
但是长期的封建统治，阻碍了我过科学技术的进步，在异端相当长的时间内，我国热处理技术的发展处于停止状态，有的技术甚至失传。
直至解放以后热处理技术在我国才重新迅速发展起来，出现了许多新工艺，新设备。
但和当代世界先进水平比较，我过的热处理技术仍较落后。
一。
慨述金属热处理是将金属工件放在一定的介质中加热到适宜的温度，并在此温度中保持一定时间后，又以不同速度冷却的一种工艺方法。
金属热处理是机械制造中的重要工艺之一，与其它加工工艺相比，热处理一般不改变工件的形状和整体的化学成分，而是通过改变工件内部的显微组织，或改变工件表面的化学成分，赋予或改善工件的使用性能。
其特点是改善工件的内在质量，而这一般不是肉眼所能看到的。
为使金属工件具有所需要的力学性能、物理性能和化学性能，除合理选用材料和各种成形工艺外，热处理工艺往往是必不可少的。
钢铁是机械工业中应用最广的材料，钢铁显微组织复杂，可以通过热处理予以控制，所以钢铁的热处理是金属热处理的主要内容。
另外，铝、铜、镁、钛等及其合金也都可以通过热处理改变其力学、物理和化学性能，以获得不同的使用性能。
在从石器时代进展到铜器时代和铁器时代的过程中，热处理的作用逐渐为人们所认识。
早在公元前770～前222年，中国人在生产实践中就已发现，铜铁的性能会因温度和加压变形的影响而变化。
白口铸铁的柔化处理就是制造农具的重要工艺。
公元前六世纪，钢铁兵器逐渐被采用，为了提高钢的硬度，淬火工艺遂得到迅速发展。
中国河北省易县燕下都出土的两把剑和一把戟，其显微组织中都有马氏体存在，说明是经过淬火的。
随着淬火技术的发展，人们逐渐发现冷剂对淬火质量的影响。
三国蜀人蒲元曾在今陕西斜谷为诸葛亮打制3000把刀，相传是派人到成都取水淬火的。
这说明中国在古代就注意到不同水质的冷却能力了，同时也注意了油和尿的冷却能力。
中国出土的西汉(公元前206～公元24)中山靖王墓中的宝剑,心部含碳量为0.15～0.4%，而表面含碳量却达0.6%以上，说明已应用了渗碳工艺。
但当时作为个人“手艺”的秘密，不肯外传，因而发展很慢。
1863年，英国金相学家和地质学家展示了钢铁在显微镜下的六种不同的金相组织，证明了钢在加热和冷却时，内部会发生组织改变，钢中高温时的相在急冷时转变为一种较硬的相。
法国人奥斯蒙德确立的铁的同素异构理论，以及英国人奥斯汀最早制定的铁碳相图，为现代热处理工艺初步奠定了理论基础。
与此同时，人们还研究了在金属热处理的加热过程中对金属的保护方法，以避免加热过程中金属的氧化和脱碳等。
1850～1880年，对于应用各种气体(如氢气、煤气、一氧化碳等)进行保护加热曾有一系列专利。
1889～1890年英国人莱克获得多种金属光亮热处理的专利。
二十世纪以来，金属物理的发展和其它新技术的移植应用，使金属热处理工艺得到更大发展。
一个显著的进展是1901～1925年，在工业生产中应用转筒炉进行气体渗碳；30年代出现露点电位差计,使炉内气氛的碳势达到可控，以后又研究出用二氧化碳红外仪、氧探头等进一步控制炉内气氛碳势的方法；60年代，热处理技术运用了等离子场的作用，发展了离子渗氮、渗碳工艺；激光、电子束技术的应用，又使金属获得了新的表面热处理和化学热处理方法。
二金属热处理的工艺热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。
这些过程互相衔接，不可间断。
加热是热处理的重要步骤之一。
金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。
电的应用使加热易于控制，且无环境污染。
利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。
金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。
因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。
加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的主要问题。
加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得需要的组织。
另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。
采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间或保温时间很短，而化学热处理的保温时间往往较长。
冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。
一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。
但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。
金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理、局部热处理和化学热处理等。
根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。
同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。
钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。
整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。
钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。
退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。
正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。
淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。
淬火后钢件变硬，但同时变脆。
为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于710℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。
退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。
“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。
为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。
某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。
这样的热处理工艺称为时效处理。
把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。
表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。
为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。
表面热处理的主要方法，有激光热处理、火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。
化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。
化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。
化学热处理是将工件放在含碳、氮或其它合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。
渗入元素后，有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。
化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属、复合渗等。
热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。
大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能，如耐磨、耐腐蚀等。
还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。
例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性；齿轮采用正确的热处理工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能，可以代替某些耐热钢、不锈钢；工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。
三钢的分类钢是以铁、碳为主要成分的合金，它的含碳量一般小于2.11% 。
钢是经济建设中极为重要的金属材料。
钢按化学成分分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。