粉末冶金是一種利用微米到納米級的金屬粉末（或金屬與非金屬粉末的混合物）作為原料，通過(guò)成型和燒結等環(huán)節將這些顆粒緊密結合，制備出各種制造復雜形狀的工程材料和零部件的工藝。
在粉末冶金工藝中，熱處理過(guò)程發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用，通過(guò)精確控制加熱和冷卻過(guò)程，它可以調整粉末冶金制品的晶體結構，增進(jìn)分子間的距離，從而在盡量不改變原有材料形狀的情況下，改善前道工序的缺陷，提高其硬度、韌性、強度和耐磨性等關(guān)鍵性能，使得粉末冶金產(chǎn)品在航空航天、汽車(chē)制造、醫療設備和電子行業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應用，為創(chuàng )新和高性能材料的開(kāi)發(fā)提供了無(wú)限可能。
熱處理是采用先熱后冷的方式，使得金屬材料表面或者內在的基本組織結構發(fā)生變化，從而使得該金屬材料能夠符合一定的性能和結構要求。熱處理方法因材料類(lèi)型和所需的最終性能而多種多樣，但大致都包含了升溫、保溫、降溫三個(gè)基本階段，每一個(gè)階段之間互相銜接形成了完整的熱處理過(guò)程。
熱處理過(guò)程曲線(xiàn)
1、升溫：在熱處理工藝中加熱屬于最為基本的前提條件，并且也是非常重要的處理階段。在這個(gè)階段，金屬材料會(huì )被加熱到特定的溫度范圍。升溫速度和目標溫度對于所需的晶體結構變化至關(guān)重要。采取緩慢升溫、均勻升溫還是快速升溫的方式，都取決于具體的熱處理工藝。
2、保溫：一旦達到目標溫度，材料需要在該溫度下保持一段時(shí)間，具體的保溫時(shí)間根據材料類(lèi)型和所需性能來(lái)確定的。在這個(gè)階段，金屬材料發(fā)生連續反應，其晶體內的原子重新排列，以適應并穩定新的結構，從而使得金屬材料的性能變得更加穩定和提高。一般情況下，在金屬熱處理過(guò)程中都需要保溫階段， 但在一些特殊情況，例如高頻淬火、火焰淬火、激光淬火等表面處理，在快速加熱的情況下，保溫階段可以省去。
3、降溫：與升溫階段一樣，冷卻也是熱處理過(guò)程必不可少的一個(gè)階段，在這階段，冷卻的方法和速率會(huì )影響最終的晶體結構和性能?？焖倮鋮s通常會(huì )導致較硬的材料，而較慢的冷卻可能會(huì )增加材料的韌性。
整體熱處理
整體熱處理是對工件整體加熱，然后以適當的速度冷卻，以改變其整體力學(xué)性能的金屬熱處理工藝。根據加熱、冷卻的方式不同，包括了正火、退火、淬火、回火四個(gè)基本工藝。
（1）退火
退火是將金屬緩慢加熱到一定溫度（溫度根據不同退火需求或工藝設定），保持足夠時(shí)間，然后緩慢冷卻的一種金屬熱處理工藝。退火可以改善或消除粉末冶金壓制和燒結過(guò)程中所造成的各種組織缺陷以及殘余應力，防止工件變形、開(kāi)裂，同時(shí)能夠使得工件軟化，使得便于加工。通常其目的是為最終熱處理（淬火、回火）作好組織準備。
45鋼退火組織（顯微鏡400X下）來(lái)源：仁成精密鋼管廠(chǎng)
（2）正火
正火與退火效果類(lèi)似，但其冷卻速度快于退火（慢于淬火），過(guò)冷度大，因此能夠使材料的結晶晶粒細化，不但可得到滿(mǎn)意的強度，而且可以明顯提高韌性，降低構件的開(kāi)裂傾向。常用于改善低碳材料的切削性能，也有時(shí)用于對一些硬度要求不高的零件作為最終熱處理。
45鋼正火組織（顯微鏡400X下）來(lái)源：仁成精密鋼管廠(chǎng)
（3）淬火
淬火是把材料加熱到臨界溫度以上，保溫一定時(shí)間，隨即以大于臨界冷卻速度進(jìn)行冷卻，從而獲得以馬氏體為主的不平衡組織的一種熱處理工藝方法。淬硬性和淬透性是淬火工藝的重要評價(jià)指標，分別表示材料在一定條件下淬火時(shí)獲得淬透層硬度和深度的能力，為了提高這兩個(gè)指標，通?？梢约尤腈?、鉬、錳、鉻、釩等合金元素進(jìn)行化學(xué)熱處理。
馬氏體的形成過(guò)程
（4）回火
淬火后，材料硬度雖然有明顯提高，但相應的也會(huì )使材料具有很大的內應力和脆性，通常需要及時(shí)進(jìn)行回火工藝來(lái)避免材料變形和開(kāi)裂。具體操作是將淬火后的金屬成材或零件加熱到某一溫度（通常小于650℃），經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間保溫后，再一定方式冷卻。在回火加熱過(guò)程中，由于粉末冶金制品中的原子可以較快地進(jìn)行擴散，并重新排列組合，從而使不穩定的不平衡組織逐步轉變?yōu)榉€定的平衡組織，最終提高材料的塑形。
各種回火工藝的對比
表面（局部）熱處理
與整體熱處理不停，局部熱處理只加熱工件局部，能夠改變其局部力學(xué)性能，但不會(huì )顯著(zhù)改變改變其體積或整體性質(zhì)。為了只加熱工件局部而不使過(guò)多的熱量傳入工件內部，通常采用火焰、電子束、激光等具有高能量密度的熱源，使工件表層或局部能短時(shí)或瞬時(shí)達到高溫。
（1）火焰淬火
火焰淬火是一種用乙炔一氧火焰（最高溫度達3100℃）或煤氣一氧火焰（最高溫度達2000℃）將工件表面快速加熱，隨后噴液（水或有機冷卻液）冷卻的一種表面淬火方法。由于其設備簡(jiǎn)單，使用方法靈活，非常適用于單件小批生產(chǎn)或現場(chǎng)淬火。對于運輸拆卸不便的重大零件和不適于采用其他表面淬火的零件，如大型齒輪、大型工作平面，一些凸輪、曲軸、機床導軌和鏈輪等，火焰淬火也具有廣泛的適應性和機動(dòng)性。
火焰淬火原理
（2）激光淬火
激光淬火是使用激光快速掃描工件表面，在極短的時(shí)間內，表面薄層被加熱到相變點(diǎn)以上，激光移開(kāi)后，高溫薄層在基底冷卻下，進(jìn)行自冷淬火，從而產(chǎn)生相變硬化。
由于激光束光斑尺寸很小，局部淬火部分的形狀不受限制，即使是深孔底部及狹小的溝槽內部也能淬火。 同時(shí)激光淬火是靠激光束在淬火工件表面的掃描運動(dòng)來(lái)實(shí)現，因此所有流程都可簡(jiǎn)單實(shí)現自動(dòng)化，可以實(shí)現對材料表面的精確控制。
（3）感應加熱表面淬火
感應加熱表面淬火將承載大量交流電的銅線(xiàn)圈放置在（不接觸）零件附近，此時(shí)工件（導體）內部產(chǎn)生感應電流，由于電阻作用，工件被快速加熱，幾秒種內工件表面溫度就可以達到800-1000攝氏度，而心部仍接近室溫。當表層溫度升高至淬火溫度時(shí)，立即噴液冷卻使工件表面淬火。由于感應淬火的加熱速度非?？?，可以在很短的時(shí)間內實(shí)現表面加熱，因此非常高效，對于批量生產(chǎn)或大型零件的局部淬火非常有利。
感應加熱表面淬火原理
化學(xué)熱處理
化學(xué)熱處理是通過(guò)改變工件表層化學(xué)成分、組織和性能的金屬熱處理工藝。這種工藝是將工件放在含碳、氮或其它合金元素的介質(zhì)(氣體、液體、固體)中加熱，保溫較長(cháng)時(shí)間，使工件表層滲入碳、氮、硼和鉻等元素，從而改變工件表面的化學(xué)成分、組織和性能。一般來(lái)說(shuō)，經(jīng)化學(xué)熱處理后的材料滲層表面的含碳量可達2%以上，很好地提升材料的表面硬度和淬硬深度。
化學(xué)熱處理的方法繁多，多以滲入元素或形成的化合物來(lái)命名，例如滲碳、滲氮、滲硼、滲硫、碳氮共滲等，但一般都包括分解、吸收、擴散三個(gè)基本過(guò)程。以滲碳為例，滲碳熱處理的反應如下：
2CO≒[C]+CO2 (放熱反應)
顯微鏡500X下滲碳前后對比圖（來(lái)源：鑫光熱處理）
滲碳介質(zhì)分解出活性炭原子后，由于粉末冶金材料的孔隙存在，使得活性炭原子從表面滲入，被材料吸收、溶入，形成間隙固溶體。當碳濃度超過(guò)一定濃度時(shí)可形成金屬化合物，隨著(zhù)滲碳的不斷進(jìn)行，工件表面所吸收的活性原子（或離子）逐漸向工件深處遷移，以形成一定厚度的擴散層（淬硬層）。為了保證化學(xué)熱處理的效果，針對密度較高、孔隙較少的材料，可以采用碳勢較高的還原性氣氛保護，其加熱和冷卻速度也要高于密度低、孔隙多的材料。
從總體上來(lái)說(shuō)，由于科技收獲了長(cháng)足的進(jìn)步，金屬材料的熱處理工藝技術(shù)有了很大程度的發(fā)展，除了上述這些工藝，與當前科技發(fā)展相結合的新工藝、新技術(shù)也在不斷涌現，比如結合信息技術(shù)的CAD熱處理技術(shù)以及可控氛圍的無(wú)氧化熱處理技術(shù)都是當前熱處理工藝的主要發(fā)展趨勢。
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