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真空热处理 1．真空高压气冷淬火技术 当前真空高压气冷淬火技术发展较快，相继出现了负压（＜1×105Pa） 高流率气冷、加压（1×105～4×105Pa）气冷、高压（5× 105～10× 105Pa）气冷、超高压一（10×105～20×105Pa）气冷等新技术，不但 大幅度提高了真空气冷淬火能力，且淬火后工件表面光亮度好，变形小 ， 还有高效、节能、无污染等优点。 真空高压气冷淬火的用途是材料的淬火和回火，不锈钢和特殊合金的固 溶、时效，离子渗碳和碳氮共渗，以及真空烧结，钎焊后的冷却和淬火 。 用6×105Pa高压氮气冷却淬火时、被冷却的负载只能是松散型的，高速 钢（W6Mo5Cr4V2）可淬透至70～100mm，高合金热作模具钢（如 4Cr5MoSiV）可达25～100mm，高合金冷作模具钢（如Cr12）可达80～ 100mm。 用10×105Pa高压氮气冷却淬火时，被冷却负载可以是密集型的，比6× 105Pa冷却时负载密度提高约30％～4O％。 用20×105Pa超高压氮气或氦气和氮气的混合气冷却淬火时，被冷却负 载是密集的并可捆绑在一起。其密度较6×105Pa氮气冷却时提高80％～ 150％，可冷却所有的高速钢、高合金钢、热作工模具钢及Cr13％的铬 钢和较多的合金油淬钢，如较大尺寸的9Mn2V钢。 具有单独冷却室的双室气冷淬火炉的冷却能力优于相同类型的单室炉。 2×105Pa氮气冷却的双室炉的冷却效果和4×105Pa的单室炉相当。但运 行成本、维修成本低。由于我国基础材料工业（石墨、钼材等）和配套 元器件（电动机）等水平有待提高。所以在提高6×105Pa单室高压真空 护质量的同时，发展双室加压和高压气冷淬火炉比较符合我国的国情。 2．真空高压气冷等温淬火 形状复杂的较大工件从高温连续进行快速冷却时容易产生变形甚至裂 纹。以往可用盐浴等温淬火解决。在单室真空高压气冷淬火炉中能否进 行气冷等温淬火呢？图1为在带有对流加热功能的单室高压气冷淬火炉 中对两组φ320mm×120mm两块叠装的碳素结构钢用不同冷却方式淬火 后的对化结果。图中一组曲线是在102O℃加热后，在6×105Pa压力下连 续用高纯氮气冷却（风向是上、下相互交替，40s切换一次）的结果。 另一组是对试样表面、心部进行 370℃时的控制冷却。从两组曲线的对 比可以看出，心部温度通过50O℃的时间（半冷时间）只差约2min。从 表面进行控制冷却开始到心部温度到达 370℃附近，需27min。由此可 见，在单室真空高压气淬火炉进行等温气冷淬火是可行的。 3．真空渗氮技术 真空渗氮是使用真空炉对钢铁零件进行整体加热、充入少量气体，在低 压状态下产生活性氮原子渗入并向钢中扩散而实现硬化的；而离子渗氮 是靠晖光放电产生的活性N离子轰击并仅加热钢铁零件表面，发生化学 反应生成核化物实现硬化的。 真空渗氛时，将真空炉排气至较高真空度0.133Pa（1×10-3Torr）后， 将工件升至，530～560℃，同时送入以氨气为主的，含有活性物质的多 种复合气体，并对各种气体的送入量进行精确控制，炉压控制在0.667Pa （5Torr），保温3～5h后，用炉内惰性气体进行快速冷却。不同的材质， 经此处理后可得到渗层深为20～80μm、硬度为600～1500HV的硬化层。 真空渗氮有人称为真空排气式氮碳共渗，其特点是通过真空技术，使金 属表面活性化和清净化。在加热、保温、冷却的整个热处理过程中，不 纯的微量气体被排出，含活性物质的纯净复合气体被送入，使表面层相 结构的调整和控制、质量的改善、效率的提高成为可能。经X射线衍射 分析证实，真空渗氮处理后，渗层中的化合物层是ε单相组织，没有其 他脆性相（如Fe3C、Fe3O4）存在，所以硬度高，韧性好，分布也好。“白 层”单相ε化合物层可达到的硬度和材质成分有关。材质中含Cr量越高 ， 硬度也呈增加趋势。Cr13％时，硬度可达到1200HV；含Cr18％（质量分 数，余同）时，硬度可达 1500HV；含Cr25％时，硬度可达1700HV。无 脆性相的单相ε化合物层的耐磨性比气体氮碳共渗组织的耐磨性高，抗 摩擦烧伤、抗热胶合、抗熔敷、抗熔损性能都很优异。但该“白层”的 存在对有些模具和零件也有不利之处，易使锻模在锻造初期引起龟裂， 焊接修补时易生成针孔。真空渗氮还有一个优点，就是通过对送入炉内 的含活化物质的复合气体的种类和量的控制，可以得到几乎没有化合物 层（白层），而只有扩散层的组织。其原因可能是在真空炉排气至 0.l33Pa（1×10-3Torr）后形成的