?        真空熱處理是指金屬制件在真空或先抽真空后通惰性氣體條件下加熱，然后在油或氣體中淬火冷卻的技術(shù)(shù)。由于真空熱處理時(shí)(shí)，工件基本不氧化，鋼件不脫碳，采用通氣對(duì)流加熱方式還可使加熱均勻，減少表面和心部的溫差，從而也減少畸變。目前它已成為優(yōu)(yōu)質(zhì)(zhì)工模具不可或缺和首選的熱處理工藝。更為可貴的是，真空熱處理在生產(chǎn)(chǎn)過(guò)(guò)程中不會(huì)(huì )產(chǎn)(chǎn)生任何污染環(huán)(huán)境的物質(zhì)(zhì)，從而被大家公認(rèn)屬于清潔生產(chǎn)(chǎn)技術(shù)(shù)范疇?？梢院斂豢鋸埖卣f(shuō)(shuō)，真空熱處理已成為當(dāng)前先進(jìn)(jìn)熱處理生產(chǎn)(chǎn)技術(shù)(shù)的主要標(biāo)志。
當(dāng)前真空熱處理發(fā)(fā)展的主要特點(diǎn)(diǎn)是對(duì)流加熱、高壓氣淬、低壓滲碳、離子滲碳、乙炔滲碳等諸方面。為了使熱處理同行在生產(chǎn)(chǎn)技術(shù)(shù)改造中能正確了解和掌播真空熱處理的發(fā)(fā)展趨勢(shì)，從而能適當(dāng)選擇、推廣應(yīng)用。本文就這些技術(shù)(shù)發(fā)(fā)展的特點(diǎn)(diǎn)分別加以介紹，以饗讀者。
1．對(duì)流加熱技術(shù)(shù)
在真空條件下加熱工件，主要依賴(lài)輻射。由于輻射傳熱與溫度的4次方成比例，所以在850℃以下輻射效果不高，工件加熱速度很慢；其次，因?yàn)榻饘俨牧现械哪承┖辖鹪卦诘蛪簵l件下加熱時(shí)(shí)有蒸發(fā)(fā)損失現(xiàn)象，會(huì)(huì )造成表面合金元素的貧乏，以致影響其淬火后的表面層性能。
對(duì)流加熱技術(shù)(shù)是指先將真空爐爐膛抽到一定真空度，然后通以0．1—0．2MPa的惰性（Ar、He）、中性（N₂）或還原性（H₂）氣體，并在充分?jǐn)噭?dòng)(dòng)條件下施行加熱，與在單純真空條件下比較，加熱速度至少可提高一倍以上
2．高壓氣淬技術(shù)(shù)
高速鋼和高碳高合金模具鋼、工模具經(jīng)(jīng)過(guò)(guò)真空加熱油中淬火后，在刃部和薄壁部分表面會(huì)(huì )出現(xiàn)由合金碳化物構(gòu)成的高硬度白亮層，脆性很大，服役時(shí)(shí)易崩刃，造成早期失效。高速鋼的熔點(diǎn)(diǎn)較低，淬火加熱的奧氏體化溫度接近熔點(diǎn)(diǎn)，在真空中加熱時(shí)(shí)，表面得到很大程度的凈化，使表層原子保持較高的活性，而在處于一定真空度下的油中淬火冷卻時(shí)(shí)，工模具在油氣膜的瞬間表面也會(huì)(huì )增碳，從而進(jìn)(jìn)一步降低熔點(diǎn)(diǎn)，以致表面局部出現(xiàn)熔化現(xiàn)象，所以高碳高合金工模具鋼真空加熱后在油中淬火是不可行的。
高碳、高合金工模具鋼真空加熱奧氏體化后在惰性、中性或還原性氣體中淬火冷卻是惰性。中性或還原性氣體中淬火冷卻是保證質(zhì)(zhì)量的唯一可行途徑。但是負(fù)壓和常壓下的氣冷不能使大型工件或批量爐料都獲得好的淬硬效果。一則氣體本身也需要冷卻，二則在有限體積條件下要增加氣體的冷卻能力，只有靠增加冷卻氣體的量，即提高冷卻氣體的壓力來(lái)(lái)實(shí)(shí)現(xiàn)。
1975年開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)出了第一臺(tái)0.2MPa的氣淬爐，而第一臺(tái)0.5MPa氣淬爐是1977年開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)出的。
Bernd Edenhofer對(duì)各種液體和不同壓力下的各種氣體淬冷介質(zhì)(zhì)的導(dǎo)熱能力進(jìn)(jìn)行了定量的比較?？梢鑰闖?，隨著(zhù)氣體壓力的提高，其導(dǎo)熱能力逐步增加。常用的各種冷卻氣體的導(dǎo)熱能力有很大差別，在N₂、H₂、He和Ar4種氣體中以HZ的冷卻能力最強(qiáng)， He次之， N₂第三;Ar最差。N₂的冷卻能力雖然較差，但其價(jià)(jià)格最低，且安全，故使用最廣。2MPa以
上壓力以用He居多，但He很貴，每次淬火后必須考慮回收。
在爐中施行單件加熱和淬冷時(shí)(shí)，0．6MPa的N₂即可達(dá)到油在攪拌狀態(tài)(tài)下的冷卻能力；0．6MPa的He可達(dá)到聚合物淬火介質(zhì)(zhì)，甚至水的冷卻能力； 0．6MPa的 H₂可完全達(dá)到水的冷卻能力。而整批裝料時(shí)(shí)，1MPa的N₂也達(dá)不到熔鹽的冷卻能力；2 MPa的He也只能達(dá)到油冷卻能力的下限；而2～4 MPa的HZ的冷卻能力可完全包容油冷能力的范圍。氣冷淬火，包括高壓氣冷淬火的另一最大優(yōu)(yōu)點(diǎn)(diǎn)是工件的淬火畸變很小，開(kāi)(kāi)裂傾向也小。在氣冷淬火時(shí)(shí)，適當(dāng)控制氣體溫度還可得到等溫或分級(jí)淬火效果，從而進(jìn)(jìn)一步減少畸變。
可改變氣流方向的真空高壓氣淬爐早在20世紀(jì)80年代初即已開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)。而氣流方向可在上下、前后變化的垂直氣流通過(guò)(guò)整裝爐料的高壓氣沙方式直到3年前才出現(xiàn)。
靠提高氣體壓力和采用He、H₂高熱導(dǎo)率氣體冷卻可以提高單室氣淬爐的淬冷能力，但也會(huì)(huì )提高生產(chǎn)(chǎn)成本。改善爐子結(jié)構(gòu)，使氣流通道通暢，減少阻力，采用新開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)的強(qiáng)力風(fēng)(fēng)扇，使用提高熱交換面積50％的新式水冷熱交換器等措施不會(huì)(huì )使單室爐的投資明顯增加，但卻能提高其淬火冷卻能力30％。經(jīng)(jīng)過(guò)(guò)如此改進(jìn)(jìn)的單室爐仍然難于和油淬爐相比，而針對(duì)既定材料和已知截面尺寸的零件已足以使工件淬硬，但舊式一般單室爐卻難以達(dá)到。
雙室高壓氣淬爐相對(duì)于單室爐在冷卻效果上具有無(wú)(wú)可置疑的優(yōu)(yōu)越性。工件在加熱室被加熱奧氏體化以后轉(zhuǎn)移到冷的爐腔再進(jìn)(jìn)行氣體冷卻，可以使需冷卻的物料質(zhì)(zhì)量減少50％，由于冷態(tài)(tài)爐腔截面有可能進(jìn)(jìn)一步縮小，就使氣體的流速加大。在單室爐的熱態(tài)(tài)爐腔中氣冷，氣體本身濕度可達(dá)200～250℃，而在冷護(hù)腔中冷卻時(shí)(shí)，氣體溫度則只有50℃，另外在工件和氣體間的懸殊溫差也會(huì)(huì )導(dǎo)致?tīng)t子冷卻能力顯著(zhù)增加。
經(jīng)(jīng)過(guò)(guò)如此改進(jìn)(jìn)的在雙室爐的冷腔中氣淬可以使?fàn)t子的綜合冷卻能力比單室護(hù)提高60％一80 ％。
多層工件密集裝爐時(shí)(shí)，高壓氣冷就很難達(dá)到油的冷卻效果。采用高速氣流噴嘴可以顯著(zhù)提高氣淬時(shí)(shí)的冷卻能力。高速?lài)娮煒墑箽飭魎俁葟?0m/s直到 200m／s。單個(gè)(gè)和單層零件在0.1MPa的空氣或氫氣噴射氣流中冷卻時(shí)(shí)相當(dāng)于 1MPa He在多層密裝爐時(shí)(shí)的冷卻能力。0．6MPa N₂的噴射氣流在單件或單層裝料時(shí)(shí)可達(dá)到快速淬火油的平均淬火烈度，而在全密集裝料時(shí)(shí)卻需要4MPa的H₂。
3．低壓（真空）滲碳技術(shù)(shù)
和常規(guī)氣體滲碳相比，低壓滲碳具有一系列優(yōu)(yōu)點(diǎn)(diǎn)，諸如在滲層中不會(huì)(huì )出現(xiàn)內(nèi)氧化和反常組織，工件表面光亮、滲速快，易于實(shí)(shí)現(xiàn)離子滲碳和高溫滲碳，進(jìn)(jìn)一步提高滲速。低壓滲碳后再施行高壓氣淬，可使?jié)B碳淬火的鋼件畸變減到最低程度。近幾年陸續(xù)向世的半連續(xù)和連續(xù)式低壓沙碳爐以及滲碳淬火回水連續(xù)式生產(chǎn)(chǎn)線(xiàn)為推廣低壓滲碳技術(shù)(shù)創(chuàng)(chuàng )造了良好條件?？梢韻胂?，汽車(chē)工業(yè)(yè)中大量滲碳淬火件改用低壓滲碳的技術(shù)(shù)革新高潮已指日可待了。
70年代開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)的低壓滲碳技術(shù)(shù)由于滲層均勻性和爐中集炭問(wèn)(wèn)題的阻礙，早期的低壓滲碳爐未能得到廣泛采用。當(dāng)前這些問(wèn)(wèn)題基本上都得到解決。由于采用滲碳?xì)怏w的特種噴射人爐機(jī)構(gòu)和把通人的氣體壓力降低到1X10^-4 MPa以下，以及施行脈沖供氣方式，爐中和工件表面積存炭黑現(xiàn)象已不復(fù)存在。目前的低壓滲碳技術(shù)(shù)能保證滲層深度在0．6mm情況下，滲層均勻度在土0．1mm以?xún)取?br /> 德國(guó) ALD Vacuum TECHNOLOGIES AG公司新開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)的半連續(xù)式低壓滲碳護(hù)用于汽車(chē)同步環(huán)(huán)960℃的滲碳，在2MPa的He中淬火。用過(guò)(guò)的He氣可以回收再用。和油淬相比，高壓氣淬后的齒輪畸變顯著(zhù)減小。
Ipsen公司新開(kāi)(kāi)發(fā)(fā)的三室離子滲碳爐具有油淬和氣淬雙重功能。滲碳?xì)怏w可用CH₄、 C₃ H₈，冷卻氣體用N₂、H₂或Ar。工件滲碳后氣冷在另一冷腔內(nèi)進(jìn)(jìn)行，氣體壓力可達(dá)0．6MPa，在整爐裝料條件下，用N₂、H₂冷卻時(shí)(shí)，可接近或達(dá)到油的冷卻能力。