2025年未来热处理技术导航图（三大前沿方向，正重塑金属加工的未来）

背景

目前金属增材制造（3D打印）技术发展迅速，但其固有的快速冷却特性也带来了独特的挑战，热处理是解决这些问题的关键后处理工艺。

原理

利用热处理调控快速凝固形成的非平衡组织，消除缺陷、优化相组成。

关键技术与效果

偏析工程调控增材制造高温合金裂纹和性能强化

（镍基高温合金，如Hastelloy X）

西北工业大学和北京工业大学的研究团队针对高温合金的增材制造熔池凝固过程中产生的热裂纹问题，在不牺牲其原有性能的前提下，提出了一种抑 制热裂纹的新策略。

该策略充分利用了合金中固有共晶液相的补缩潜力，因此不再需要额外的成分调整。研究结果表明，碳元素对三元共晶碳化物的形成至关重要，这种低熔点的共晶具有独特的双刃剑效应：既可以是导致热裂形成的因素，又同时可以作为裂纹的“修复剂”。晶界处连续分布的共晶液膜会加剧热开裂，但进一步提高共晶分数能引发显著的液相补缩效应，充足的液相可及时填充裂纹萌生阶段由热应力产生的微裂纹，从而抑 制裂纹扩展。得益于碳元素的在该合金体系内较低的凝固分配系数（k=0.21），其显著的偏析趋势使得即使微量的碳含量增加也可以在凝固末期强烈地促进共晶液相的形成，从而强化其填充裂纹、抑 制热开裂的能力。

这项研究为抗热裂增材制造高温合金的成分设计与优化提供了一种全新的视角，即并不需要消除或减少偏析元素的存在，而是利用强偏析溶质的特性来有意促进共晶的形成，建立一种内在的自我修复机制。这种方法不仅能够减少热裂纹的出现，还能在苛刻的应用环境中保持增材制造合金的整体性能。

热处理策略提升增材制造高强度钢的抗氢脆性能

（高强度钢，如AISI 4340）

 随着增材制造（AM）技术在高强度钢领域的应用不断拓展，昆士兰大学的研究团队针对制约服役性能的氢脆（HE）敏感性的关键问题，系统研究了 AM 制备的 AISI 4340 钢在不同回火温度（205℃，315℃&425℃）下的氢脆行为，积极探索通过热处理调控抗氢脆性能的有效路径。

该团队系统研究了回火温度对增材制造超高强度 AISI 4340 钢氢脆敏感性的影响，首 次揭示了通过调控回火工艺可有效提升 AM 高强钢的抗氢脆性能。研究发现不同温度下的主导氢脆机制差异明显：低温回火及未回火样品同时受 HEDE 与 HELP 机制主导，而中温回火样品主要受 HELP 控制。进一步分析表明，抗氢脆性能受氢扩散能力、陷阱特征与氢浓度的协同作用支配。

本研究不仅阐明了氢陷阱特征在调控氢脆行为中的关键作用，还强调了需要从氢迁移性、陷阱特征与氢浓度的整体视角评估氢脆敏感性，为通过热处理优化增材制造高强钢在氢环境下的服役可靠性提供了新的思路和理论依据。

二、热处理过程的数字化与智能化

背景

传统热处理工艺开发依赖经验和试错，而前沿研究正将数字化和智能化技术深度融合其中。

原理

通过计算机模拟和人 工智能，替代传统的“试错法”，实现工艺精 准预测与控制。 

关键技术与效果

基于有限元仿 真模拟的双相不锈钢热处理工艺优化方法

（双相不锈钢）

山西太钢不锈钢股份有限公司成功申请一项名为“基于有限元仿 真模拟的双相不锈钢热处理工艺优化方法”专利，公开一种基于有限元仿 真模拟的双相不锈钢热处理工艺优化方法，展示了如何通过有限元仿 真来优化双相不锈钢的固溶处理工艺。

优化方法主要涉及到不锈钢热处理工艺优化领域，包括：对双相不锈钢型材进行不同温度、不同变形条件下的力学性能实验，获取应力应变关系曲线，构建变形抗力模型及热塑性曲线，测定相关物性参数；建立包含热处理炉、冷却池及双相不锈钢型材的三维几何模型，设置辐射对流复合边界条件，并进行网格划分，基于三维几何模型，进行固溶加热过程模拟、保温过程模拟和冷却过程模拟，进行温度场和应力场动态分析，获取分析结果；根据分析结果，优化确定固溶温度、保温时间和冷却速率。

通过建立包含热处理炉、冷却池和工件在内的三维模型，对加热、保温和冷却全过程进行模拟，进行温度场和应力场的动态分析，实现不同规格型材与热处理工艺的快速、低成本匹配，显著缩短研发周期。

金属中心建置全台首座ADI试产平台

（球墨铸铁ADI）

我国台湾地区金属中心建置“沃斯回火球墨铸铁（ADI）试产平台”，导入四大创新设计，包括高温加热炉、盐浴炉、清洗机与AI影像辨识模块，全面优化热处理与智能检测制程。

平台采用过桥机构设计，可将高温段材料快速转移至低温段，缩短处理时间并维持热处理效果；清洗设备则采阶梯式结构，有效分离并回收清洗介质，降低耗材与运行成本。AI金相影像智能辨识模块可快速分析材料显微结构，辨识准确率超过90%，检测时间由传统30分钟缩短至10分钟，协助业者加速产品开发、提升制程稳定性与质量控管效率。

设备具备炉温控制精度±6°C、zui大处理量达600公斤，透过监测系统实时掌握炉内温度分布，并藉由回馈机制调整制程参数，确保处理质量稳定，实现了品质控管的智能化和高化发展。

三、面向特殊应用的先进热处理技术

背景

为满足特定高端应用的需求，一些特殊的先进热处理技术也取得了重要进展。

原理

采用特殊的热物理手段，直接改变材料内部结构以赋予其独特性能。

关键技术与效果

利用热等静压提高多孔钽的抗压强度

（多孔钽——生物医用材料）

广东省科学院新材料研究所针对传统的气相沉积、粉末烧结等方法难以实现对多孔钽孔隙率、孔隙尺寸和孔隙形貌的精 确控制的问题，利用热等静压提高激光粉末床熔融多孔钽的抗压强度，可应用于激光3D打印制备的多孔钽植入体，推动了仿生人体骨特性的生物医用金属材料的研究开发进程。

此次研究创新性地提出了一种高压热处理技术，用于优化激光粉末床熔融制备三周期极小曲面多孔钽的力学性能。实验结果表明，在850℃下进行的HIP工艺有助于内部微孔闭合，增强压缩强度，同时不牺牲多孔钽塑性。研究同时探究了热处理工艺对多孔钽样品的氧化过程分析。在1350℃的高温高压下，氧原子侵入钽基体形成五氧化二钽，氧化物提供了应力集中位置和裂纹扩展路径，导致1350-HIP样品发生脆性断裂。研究还进一步探讨了多孔钽的各向异性压缩强度，结果显示沿水平方向的压缩强度大于沿构建方向的压缩强度。这项技术为提升生物医用植入体的力学性能和可靠性提供了新途径。