可控气氛热处理和真空热处理

　　随着科学技术的迅猛发展，热处理生产技术也发生着深刻的变化。当前，热处理生产技术重点发展的领域和方向应是可控气氛热处理和真空热处理。

　　一、可控气氛热处理。1)在少无氧化热处理技术的发展趋势中，首推可控气氛和真空热处理的发展迅猛。在目前少品种、大批量生产中，尤其是碳素钢和一般合金结构钢件的光亮淬火、退火、渗碳淬火、碳氮共渗淬火、气体氮碳共渗仍以应用可控气氛为主要手段。所以可控气氛热处理仍是先进热处理技术的主要组成部分。2)制备气氛的气源。我国在掌握和推广可控气氛过程中，在解决气氛问题上走过了漫长的道路。最早的吸热式气氛发生炉主要用液化气，即纯度较高的丙烷或丁烷。近几年已证实，我国的天然气资源丰富，为用甲烷制备吸热式气氛创造了良好的条件。使用不用了生炉的直生式气氛也是一条不容忽视的途径。3)加热设备。密封多用炉和多用炉生产线自动化程度高，生产柔性大，适用性强，因而发展前途广，市场需求也大。4)可控气氛热处理工艺。渗碳。高温渗碳是渗碳技术发展趋势之一。提高渗碳温度可以显著提高生产率和节省能耗。为此研究开发可用于1000℃以上的电辐射管材料是当务之急，低压渗碳技术的开发和完善为实现高温渗碳（1040℃）创造了条件。钢件的渗碳层深度要求一般都较保守，有时也很盲目。看来有必要研究决定渗碳层深度的力学因素，探讨减少渗层规定的可能性。碳氮共渗。碳氮共渗温度比渗碳低，工件畸变小。在渗层深度为0.6mm以下时的渗速接近于930℃渗碳。钢碳氮共渗时容易出现反常组织，淬火后表面硬度有下降现象，渗层中有较多的残留奥氏体。如何合理选择工艺，充分发挥碳氮共渗潜力仍是值得探讨的问题。过去曾有人提倡过高浓度碳氮共渗，也曾有过钢件碳氮共渗时表面含碳量在0.6％，具有最好综合力学性能的报道，为此众说纷纭。看来有必要掌握这些规律，对生产工艺的优选有所帮助。过去和现在都有对滚动轴承施行碳氮共渗以提高接触疲劳强度的报道。例如AISI52100（相当于GCr15）钢制的球和滚柱则由过去的淬火、回火改为碳氮共渗、淬火、回火、轴承的破坏寿命提高了2.42倍。看来，要充分发挥碳氮共渗工艺的潜力还有许多工作需要做。

　　二、真空热处理。1)真空热处理的优越性。真空热处理是和可控气氛并驾齐驱的应用面很广的无氧化热处理技术，也是当前热处理生产技术先进程度的主要标志之一。真空热处理不仅可实现钢件的无氧化、无脱碳，而且还可以实现生产的无污染和工件的少畸变，因而它还属于清洁和精密生产技术范畴。目前它已成为工模具生产中不可替代的先进技术。2)真空热处理工艺。工件畸变小是真空热处理的一个非常重要的优点。据国内外经验，工件真空热处理的畸变量仅为盐浴加热淬火的三分之一。研究各种材料、不同复杂程度零件的真空加热方式和各种冷却条件下的畸变规律，并用计算机加以模拟，对于推广真空热处理技术具有重要意义。真空加热、常压或高压气冷淬火时气流均匀性对零件淬硬效果和质量分散度有很大影响。采用计算机模拟手段研究炉中气流循环规律，对于改进炉子结构变具有重要意义。真空渗碳是实现高温渗碳的最可能的方式。但在高温下长时间加热会使大多数钢种的奥氏体晶粒度长得很大，对于具体钢材高温渗碳，重新加热淬火对材料和工件性能的影响规律加以研究，对优化真空渗碳、冷却、加热淬火工艺和设备是很有必要的。近几年，国际上有研究开发使用气体燃料的燃烧式真空炉的动向。在真空炉中采用气体燃料加热的困难太多，虽然有节约能源的说法，但不一定是一个重要的发展方向。3)真空热处理炉。现代真空热处理炉是指可施行元件的真空加热，然后在油中淬火或在常压和加压气体中淬火的冷壁式炉子。研究开发这种类型的设备是一项综合性强、跨学科、牵涉到很多科技领域的工作。工模具材料的真空热处理的应用前景很大。大多数工模具钢目前都采取在真空中加热，然后在气体中冷却淬火的方式。为了使工件表面和内部都获得满意的力学性能，必须采用真空高压气淬技术。目前国际上真空气淬的气压已从0.2MPa、0.6MPa提高到1～2MPa甚至3MPa。所以高压气淬真空炉的冷却气体压力的逐步提高是一个重要的发展趋势。“十五”期间应尽快组织力量，迎头赶上国际发展的势头。除高压气淬外，在先抽真空而后填充高压惰性气体后施行对流加热可以比传统真空辐射加热速度提高一倍以上，从而明显提高加热效率也是真空加热技术的重要方向之一。向多功能发展也是真空炉的趋势之一。在前室中施行油淬，在后室施行常压或高压气淬，在中间加热室施行真空加热或等离子渗碳的半连续式真空热处理设备是其典型例子之一。当前国内市场已有这种炉型需求的反映。各种可满足大批量生产的连续式真空渗碳、高压、气冷、淬火、回火生产线已相继问世。可以预料，在不久的将来会引起汽车零件热处理的一场重大变革。针对真空加热容易实现高温渗碳的特点，开发真空高温（1000℃～1050℃）渗碳、缓冷、重新加热、油中淬火、清洗、回火生产线应该尽快提到日程上来。

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