真空热处理的作用及工艺流程

　　真空热处理是真空技术与真空热处理工艺技术相结合的产物。真空热处理除具有常规真空热处理对金属材料组织、性能的作用外，是在设备功能上利用真空泵抽除加热和冷却过程中炉内存在的以及被处理材料吸附的空气等有害气体，进而为真空热处理过程提供了少氧(或接近无氧)的负压工艺环境;或者通过抽真空后再进一步回充中性或惰性气体达到不同压力下的更清洁的保护气氛环境;是高精度、优质、节能和清洁无污染的现在制造技术。

　　真空热处理是材料改性、先进制造技术、现代新型材料制造过程中不可或缺的重要领域。真空热处理设备也称真空热处理炉。在真空热处理工业化生产中大部分是采用电阻发热的真空电阻炉和感应发热的真空感应炉，而这两种发热方式中又以应用电阻发热原理的真空电阻炉占多数。真空热处理的冷却方式却一般为不同压力下的气体冷却(介质为中性或惰性以及混合气体)和油冷却(介质为低饱和蒸气压合高冷却能力的特质淬火油)。

　　1、真空的保护作用

　　真空热处理是在负压下的稀薄气氛中进行的真空热处理，其加热过程称真空加热。这个过程需要维持的气压状态即工作压强或称工作真空度一般在100~10-3Pa范围内。根据气体分析，此压强下真空炉内残存的气体，如水蒸气、氧气、二氧化碳及油脂等有机物蒸气含量已经非常之少，不足以使被处理的金属材料产生氧化、脱碳、增碳等作用。在真空加热时，由于气氛中氧的分压力低于被加热金属表面的氧化物分解压力，氧化作用被抑制，所以被处理的金属表面与原有表面光亮度比较可在很大程度上保持不变。可见真空不但能对工件加热起到保护作用，还能使金属保持原有的光亮表面，故真空热处理也属于光亮真空热处理范畴。

　　真空热处理工艺流程

　　真空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。

　　1、加热

　　加热是真空热处理的重要工序之一。金属真空热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，近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，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)，这对于真空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。

　　2、保温

　　加热温度是真空热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证真空热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和真空热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得高温组织。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真空热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学真空热处理的保温时间往往较长。

　　3、冷却

　　冷却也是真空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。

　　真空热处理工艺手段

　　发展到今天，已经有很多新的真空热处理手段出现，当前常用的真空热处理手段有正火、退火、时效、时效处理、固溶真空热处理、固溶处理、淬火、回火、碳氮共渗、调质处理、钎焊

　　1、正火：将钢材或钢件加热到临界点AC3或ACM以上的适当温度保持一定时间后在空气中冷却，得到珠光体类组织的真空热处理工艺。

　　2、退火：将亚共析钢工件加热至AC3以上20—40度，保温一段时间后，随炉缓慢冷却(或埋在砂中或石灰中冷却)至500度以下在空气中冷却的真空热处理工艺。

　　4、时效：合金经固溶真空热处理或冷塑性形变后，在室温放置或稍高于室温保持时，其性能随时间而变化的现象。

　　3、固溶真空热处理：将合金加热至高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中，然后快速冷却，以得到过饱和固溶体的真空热处理工艺。

　　5、固溶处理：使合金中各种相充分溶解，强化固溶体并提高韧性及抗蚀性能，消除应力与软化，以便继续加工成型。

　　6、时效处理：在强化相析出的温度加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高强度。

　　7、淬火：将钢奥氏体化后以适当的冷却速度冷却，使工件在横截面内全部或一定的范围内发生马氏体等不稳定组织结构转变的真空热处理工艺。

　　8、回火：将经过淬火的工件加热到临界点AC1以下的适当温度保持一定时间，随后用符合要求的方法冷却，以获得所需要的组织和性能的真空热处理工艺。

　　9、钢的碳氮共渗：碳氮共渗是向钢的表层同时渗入碳和氮的过程。习惯上碳氮共渗又称为氰化，以中温气体碳氮共渗和低温气体碳氮共渗(即气体软氮化)应用较为广泛。中温气体碳氮共渗的主要目的是提高钢的硬度，耐磨性和疲劳强度。低温气体碳氮共渗以渗氮为主，其主要目的是提高钢的耐磨性和抗咬合性。

　　10、调质处理：一般习惯将淬火加高温回火相结合的真空热处理称为调质处理。调质处理广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。调质处理后得到回火索氏体组织，它的机械性能均比相同硬度的正火索氏体组织更优。它的硬度取决于高温回火温度并与钢的回火稳定性和工件截面尺寸有关，一般在HB200—350之间。

　　11、钎焊：用钎料将两种工件加热融化粘合在一起的真空热处理工艺。

　　12、真空热处理：真空热处理是真空技术与真空热处理技术相结合的新型真空热处理技术，真空热处理所处的真空环境指的是低于一个大气压的气氛环境，包括低真空、中等真空、高真空和超高真空，真空热处理实际也属于气氛控制真空热处理。真空热处理是指真空热处理工艺的全部和部分在真空状态下进行的，真空热处理可以实现几乎所有的常规真空热处理所能涉及的真空热处理工艺，但真空热处理质量大大提高。与常规真空热处理相比，真空热处理的同时，可实现无氧化、无脱碳、无渗碳，可去掉工件表面的磷屑，并有脱脂除气等作用，从而达到表面光亮净化的效果。