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真空熱處理技術的廣泛應用一方面提高了零件產品的性能，另一方面也促進了其本身工藝水平和處理設備的快速進步，當前相關關鍵技術的不斷突破，工藝的日漸完善，生產過程的自動化和智能化程度不斷提高，都促使了相關技術和新產品的蓬勃發展。
真空熱處理技術的現狀1、真空熱處理技術
在20世紀70到80年代間，主要應用于油氣淬火的真空熱處理爐被研發了出來，在此之后，各種裝置和設備進入了迅速發展的階段，設備的種類不斷增多，應用領域更是不斷擴大。
我國在相關裝置及設備領域的發展也十分迅速，并且逐漸擺脫了對國外進口設備的依賴，目前已經可以提供包括真空高壓氣淬爐、真空油淬爐、真空退火、真空燒結爐，等在內的滿足各類處理需求的全套處理設備。
隨著相關技術的不斷進步，不僅真空熱處理設備取得了較大的發展，與其相關的配套設施也取得了長足的進步。目前我國已經能夠生產各個種類的真空泵、真空閥、真空測量儀器等，甚至一些以前無法實現自主生產的配套產品也實現了自產(如爐內使用的由金屬和石墨材質制成的保溫層和發熱元件等)，并且其性能和質量已經接近或已達到了國外同類產品的水平。相關配套產業的快速發展有效地促進了我國真空熱處理水平的整體進步。
雖然國外在真空熱處理技術及其相關設備上起步較早，并且進口的真空熱處理爐在性能上也保持著相對優勢，但這并不能說明進口設備在使用性上就強過國產設備。我國有自己獨特的國情和特殊的客戶需求，隨著國產真空熱處理爐在很多關鍵技術上取得突破，一些專門針對我國國情和特殊客戶需求而開發的真空熱處理設備更有效地促進了相關應用領域的發展。
例如針對單室真空高壓氣淬爐國產爐膽材料抗熱沖擊和抗冷、熱反復交替能力不足的缺陷，依據我國實際情況專門開發出了真空雙室高壓氣淬爐，這不僅大幅提高了真空氣淬的效能，而且還有效地節約了能源，并且極大地延長了設備裝置的使用年限。
又例如針對航空、航天、軍工等特殊客戶的需求，使鈦合金和某些稀有合金達到所需的性能，真空水淬熱處理爐被研究開發了出來，這充分滿足了這些行業客戶的特殊需求。
2、真空滲碳和碳氮共滲技術
近年來，真空滲碳和碳氮共滲技術發展迅速，這種技術方法具有節能、節氣、滲碳效率高、工藝操作簡便以及安全環保等優勢，在機械傳動和工具等行業取得了廣泛的應用。但與此同時還需要注意到，滲碳后產生的炭黑破壞絕緣、滲層均勻性較差等問題在很大程度上制約了該技術應用水平的提高。
近年來，隨著國內真空熱處理工作者的長期努力，低壓真空滲碳技術取得了比較大的突破，并且已經可以比較好地解決上述缺陷。低壓真空滲碳技術的突破不僅可以有效減少滲碳后產生的炭黑，并且具有良好的滲層均勻性，從而有效地改善了以往應用過程中存在的問題。
此外，國內研究工作者在真空碳、氮共滲技術方面也取得了較大的發展。采用真空碳、氮共滲技術不僅極大地擴大了能夠被處理的材料范圍，同時還能有效減少材料變形，這使得產品質量和性能得到了較大的提高。目前市面上已經有了各個類型的具備真空碳、氮共滲功能的熱處理設備，并且已經在零件的熱處理領域取得了不錯的應用成效。
3、真空氫氣復合凈化熱處理技術
隨著真空熱處理技術及其相關設備的發展，這幾年逐步發展出了一批新技術，這些新技術反過來也推動了真空熱處理在更多領域的應用。其中，真空氫氣復合凈化就是這些新技術中的佼佼者，它打破了以往使用氫氣爐時容易受到各種外在環境制約的影響，并且還極大地提高了使用安全性。
在民用市場領域，針對該技術的研究和應用推動了我國金剛石制造技術的進步。在軍工領域，該技術在軟磁合金和電工純鐵的熱處理方面發揮了重要作用，通過采用此項技術使得產品磁性能得到了明顯提高，而產品矯頑力卻得到了顯著降低。
4、真空磁場熱處理技術
除以上介紹到的技術外，將電磁技術與真空熱處理技術相結合而誕生的真空磁場熱處理技術也是該領域發展的一個重要分支，通過應用這項技術，既能夠提高結構材料的力學性能，同時也對提高磁性材料的電磁性能具有重大效果。
總而言之，我國在真空熱處理技術方面經歷了從引進到消化、吸收的各個發展階段，并且在近年來已經邁入了自主研發的階段。近年來，我國真空熱處理技術發展迅速，工藝水平不斷成熟，各種自產設備在性能和質量上取得了巨大的突破，已經完全可以滿足相關領域的應用需求。
真空熱處理技術的優勢真空熱處理技術已經在各種工模具鋼、不銹鋼、軸承鋼、碳鋼、硬質合金、合金鋼及高合金鋼等重要零件的真空熱處理和真空化學熱處理上得到了較好的應用，因為真空熱處理具有很多優點：
1、可以實現光亮淬火
工件在低于大氣壓力下加熱，不接觸空氣，表面不會發生氧化，當爐內的真空度抽到1～10-1Pa時，工件表面達到了不脫碳、不滲碳的目的，從而實現了光亮淬火的目的。
1983年衡陽紡機廠從首都機械廠(現在的神箭)購買了一臺雙室真空淬火爐，用于GCr15軸承鋼做的紡機零件錠底的光亮淬火，該錠底的技術要求非常高，其錠底的內部頂尖處，冷沖壓R后不再進行任何機加工，淬火后表面不允許有任何脫碳等缺陷。用真空爐淬火后質量得到了很好的保證，操作條件得到了極大的改進。
另外，在精密的小微型(軸承內徑﹤9mm)軸承上應用也較多，采用不銹鋼和軸承鋼等材質制作的軸承套圈進行真空淬火后的質量非常好，因為套圈經真空淬火后表面沒有脫碳、滲碳現象，套圈的材質又可以進行脫氣，其雜質可以降低到1.5ppm以下，使硬度分布均勻，畸變極小，從而提高了軸承的耐磨性，并具有高的彈性極限和接觸疲勞強度，延長了軸承的使用壽命，提高了市場競爭力。
2、具有脫氣作用
在真空度低于金屬或合金的相應分解壓力時，其氧化物會發生分解，形成游離氧并立即被排出真空室外，使工件內部的質量得到提高。
由于鋼鐵零件的坯料在冶煉時會吸入大氣中極少量的氫氣、氮氣、一氧化碳等氣體，從而產生微小氣孔，易造成氫脆等缺陷，硬質合金。在壓制時也會有空氣進入，所以對于工模具鋼來說，通過真空技術可以將工件內部的殘余氣體抽掉，使組織得到純凈。對于硬質合金來說，通過真空處理同樣可以將工件內部的殘余氣體抽掉。
真空爐在中小型企業及專業工模具工廠使用得比較普遍，特別是私營企業在刀具、工模具及電動工具等工件的淬火上采用真空爐的比率也在逐漸增多。
3、可以減少熱處理后的機加工余量
真空熱處理因為沒有氧化脫碳現象，畸變很少且清潔光亮，所以廣泛用于油泵油嘴偶件的真空淬火和真空滲碳，這樣可以避免用鹽浴爐造成偶件內孔有時因殘鹽清冼不干凈或用保護氣氛造成表面出現黑色組織(脫碳)現象。
對于滲碳鋼的針閥體來說，要求的0.5～0.9mm滲碳層用真空滲碳能得到保證，而用可控氣氛爐滲碳較難得到保證。對于柱塞泵等精密液壓件來說，用真空淬火可以減少畸變，提高耐磨性，確保工件質量穩定。油泵油嘴偶件及柱塞泵液壓件應用真空技術淬火已經幾十年了，在提高產品質量上得到了廣泛的認可。
4、清潔工藝
真空熱處理是清潔熱處理工藝，它在整個熱處理過程中占有重要地位，可以提高產品質量，改變熱處理車間的面貌，改善操作環境，是一個值得推廣應用的技術。
5、真空滲碳的優勢
真空滲碳比可控氣氛爐滲碳的產品質量好，對于要控制淬火變形的齒輪滲碳，在用可控氣氛爐滲碳后需要用淬火壓床進行邊淬火邊矯正，其質量有時還達不到技術要求，況且滲碳層的滲層和碳濃度分布均勻性較難得到保證，經常會出現內氧化現象，造成非馬氏體黑色組織的出現，生產率有時也會受到影響，所以對于質量要求較高的摩托車、汽車減速器、汽車發動機等部件內的中小型齒輪及齒輪軸等工件的滲碳。
在有條件的企業中已經逐漸從可控氣氛滲碳向真空滲碳過渡。對于質量要求更高的齒輪及齒輪軸等工件的滲碳，可用低壓真空滲碳與高壓氣淬技術，它在國內已逐漸得到應用。
真空熱處理技術的發展前景未來的熱處理工藝的能源利用率要提高到80%以上，并且生產中會采用閉環智能控制系統。在當前各類產品的熱處理生產中，真空熱處理所占比例會在今后逐年上升，并發展成為一種主要的生產方式。
我國真空熱處理在技術方法以及設備開發上與國際的差距日益減小，部分處于行業領先位置的企業已經接近或達到了國際先進水平。未來我國真空熱處理技術的發展應能完全滿足各個工業生產領域的應用需求，并且結合我國的實際情況在一些關鍵技術領域內進行自主創新，這些技術領域主要包括：
1、包括各種應用需求在內的真空熱處理自動化生產線;
2、滿足各類應用需求的真空熱處理智能化控制系統;
3、真空等溫熱處理技術及設備;
4、真空感應加熱技術及設備;
5、真空脫脂清洗技術及設備;
6、真空離子注入、真空離子涂覆技術及設備;
7、在CAD/CAE/CAM技術的推動下，真空熱處理工藝優化及其相關設備結構的優化設計將取得進一步的發展。
模具真空熱處理技術應用一、真空熱處理工藝參數
1、真空度
真空度直接影響到模具表面的粗糙度，從而影響表面質量性能，為防止模具表面合金元素的揮發，應選擇合理的真空度，合金鋼模具真空加熱時真空度與加熱溫度的對應關系見下表。
2、預熱溫度
當真空熱處理的加熱溫度為1000～1100℃時，在800～850℃進行一次預熱;當加熱溫度超過1200℃時，形狀簡單的模具可在850℃進行一次預熱，較大或復雜的模具則應在500～600℃和800～850℃進行兩次預熱。
3、保溫
①加熱溫度。真空淬火的加熱溫度一般取鹽浴爐和空氣爐的下限。真空回火、真空退火、真空固溶處理及真空時效的加熱溫度一般與常規熱處理時的加熱溫度相同。
②保溫時間。通常情況下真空加熱時間為鹽浴爐的6倍，空氣爐的2倍，經驗公式為τ=KB+T，其中，τ為加熱保溫時間(min)，K為保溫時間系數(min/mm)，B為模具的有效厚度(mm)，T為時間裕量或稱固定時間(min)。K值與T值可從下表查出。
二、模具的真空淬火
1、預熱
低合金鋼(40Cr、60Si2Mn等)、中合金鋼(CrWMn、9SiCr、5CrNiMo等)可選擇兩級加熱(如650℃預熱→850℃淬火加熱);
高合金鋼(H13、Cr12MoV等)可選擇三級加熱(如650℃預熱→850℃預熱→1030℃淬火加熱)。
2、加熱保溫時間的選擇
保溫時間既要確保一定量的碳化物充分溶解，提高奧氏體中的合金含量，為二次硬化峰溫度回火時有較明顯的硬度回升提供保證，又不能產生過熱而影響模具質量。
3、冷卻方式
模具鋼的真空淬火可采用油淬、氣淬、水淬、硝鹽淬火等。合金模具鋼均可實施真空油淬，從而獲得光亮的表面及合理的性能。與氣冷淬火相比，因油冷速度快而容易獲得高的韌性和強度。氣冷淬火可獲得更小的淬火畸變。
4、真空回火
采用真空爐(如WZH系列單室正壓回火爐)回火的優點：控溫準確、均勻;確保加熱及保溫階段無氧化;可隨爐緩冷，也可充氣快冷。冷卻過程可充入高純度N2或高純度N2與其他還原性氣體的混合氣(如H2)，確保冷卻時不氧化、不著色。
回火加熱速度為0.8min/mm，心部到溫后最少保持2h。回火溫度視硬度要求定。第一、第二次回火為強制性，第三次回火視技術要求和最終硬度而定，也可以省去。
5、常用模具鋼的真空淬火與回火工藝參數見下表。
三、模具的真空退火
模具(模塊)的真空退火易實現無氧化、無脫碳熱處理，有利于提高模具表面質量和生產效率，縮短工藝周期，模具表面可達到光亮，顯微組織均勻一致。
1、普通真空退火工藝
下圖是H13(4Cr5MoSiV1)鋼模塊普通真空退火工藝。模具退火采用真空爐(如WZT系列單室真空爐，極限真空度0.1Pa)，將模塊以60℃/h的速度緩慢加熱到870℃，視模塊有效尺寸決定保持時間(2～4h)，也可以待到溫后保持0.8min/mm。保溫階段壓力控制在0.1～10Pa。冷卻時可在真空狀態下進行爐冷，當溫度低于500℃時，可充入1×105Pa的高純度N2或高純度N2與其他還原性氣體(如H2)的混合氣進行冷卻，以確保模塊表面無氧化、不著色。經退火后的模塊硬度<235HBW，組織為珠光體+均勻分布的粒狀碳化物。
2、H13模具鋼等溫退火工藝
真空爐壓力0.1～10Pa，以≤200℃/h緩慢升至875～890℃并保持2～4h后，快冷至710～740℃保持3～4h，用高純度氮氣冷至100℃以下出爐。
3、Cr12MoV模具鋼等溫退火工藝
真空爐壓力0.1～10Pa，以≤200℃/h緩慢升至830～870℃并保持2～4h后，快冷至720～740℃保持3～4h，用高純度N2冷至100℃以下出爐。
四、模具的真空滲碳
真空滲碳是將模具在真空爐中加熱到奧氏體化狀態，在滲碳氣氛中滲碳，然后擴散及淬火處理。因模具在真空狀態下加熱，故模具表面十分光潔，適于高表面質量要求模具的滲碳處理。
實例：65Nb鋼制挑線連桿擠壓模的真空滲碳(65Nb鋼即6Cr4W3Mo2VNb)。
1、滲碳介質(體積分數)：70%CH4+30%H2。H2作為稀釋氣，CH4(甲烷)為滲碳氣。滲碳設備為內熱式小型真空滲碳爐。模具真空滲碳工藝見上圖。
2、使用壽命。65Nb鋼制模具經真空滲碳熱處理后，其使用壽命比未經滲碳模具提高2.5倍，比Cr12MoV鋼制模具(常規熱處理)提高7.5倍。
五、模具的真空碳氮共滲
真空碳氮共滲是模具表層在真空爐內處于負壓的加熱狀態下，同時滲入C、N元素的化學熱處理工藝，與單一的滲碳相比，模具表面硬度更高，耐磨性更好，有一定的耐蝕性和更高的疲勞強度。因共滲溫度低，且滲后可直接淬火，奧氏體晶粒比單一滲碳細，因此提高了模具的心部韌性，共滲層組織無晶界氧化現象，模具性能明顯提高。
實例：45鋼、調質預硬鋼P20鋼(3Cr2Mo)制塑料模的真空碳氮共滲。
1、采用WZST- 45型雙室真空滲碳淬火爐，其工藝曲線見上圖，碳氮共滲溫度(850±10)℃，預冷至(740±10)℃，并均溫后出爐油淬，壓力為100～800Pa，共滲劑為乙炔和氨氣混合氣。裝爐情況：模具尺寸260mm×200mm×25mm，數量5塊;240mm×180mm×20mm，數量5塊;210mm×150mm× 30mm，數量5塊。共計裝爐15塊，質量共計約150kg。
2、45鋼模具碳氮共滲油淬后，其外觀呈均勻的銀灰色，45鋼及P20鋼模具的硬度均可達到62HRC以上，提高了表面硬度，可使P20鋼制模具進入高壽命狀態。45鋼滲碳層深度0.53～0.56mm，有助于提高45鋼模具使用壽命。
六、模具真空脈沖氮碳共滲
真空脈沖氮碳共滲保留了真空脈沖滲氮的優點，如深孔、不通孔內壁滲層均勻，比真空脈沖滲氮有更好的耐磨性和抗咬合性，而且白亮層少，脆性小，滲層致密，滲速快，并能承受重負荷和沖擊載荷。
實例：W9Cr4Mo3V鋼制十字槽沖頭的真空脈沖氮碳共滲。
1、十字槽沖頭在工作時，要承受大的沖擊、壓縮、拉伸和彎曲等應力的作用，失效形式為槽筋疲勞斷裂。原采用T10鋼制造，經常規鹽浴加熱淬火、回火處理后，模具平均壽命為3萬件。
2、采用W9Cr4Mo3V鋼制造沖頭，經真空加熱淬火、回火和真空脈沖氮碳共滲后，模具壽命提高到近30萬件。真空氮碳共滲采用ZCT65型雙室真空滲碳爐，工作真空度為2.7Pa。
①真空淬火與回火工藝：830～850℃×3min/mm預熱，1080～1200℃×1～2min/mm加熱后，氣淬油冷;540～580℃×1～2h真空回火。
②真空脈沖氮碳共滲工藝：共滲劑成分(體積分數)：50%丙烷+50%氨氣，其工藝曲線見下圖。
END
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