真空热处理工艺屠恒悦目录前言 (1)一、真空热处理工艺原理和真空热处理和加热特点 (1)1、工艺原理 (1)2、真空热处理的加热特点： (3)二、真空热处理工艺参数的确定 (3)1、真空度： (3)2、加热和预热温度： (4)3、真空淬火加热时间 (4)三、真空热处理的冷却方法 (5)1、气淬 (5)2、真空油淬 (7)3、为减小工件变形采用的分级冷却。

(9)4、真空水淬。

(9)5、真空硝盐淬火。

(9)6、炉冷或控速冷却。

(9)四、真空退火、真空淬火、真空回火及常用金属材料的真空淬火、回火工艺规范 (9)1、真空退火目的 (9)2、真空淬火： (13)3、真空回火 (18)四、常用金属材料的真空淬火、回火工艺规范。

(19)（1）合金结构钢和超高强度钢 (19)（2）弹簧钢 (21)（3）轴承钢 (21)（4）合金工具钢 (21)（5）高速钢 (22)（6）不锈耐热钢 (23)前言所谓真空热处理是工件在10-1~10-2Pa真空介质中进行加热到所需要的温度，然后在不同介质中以不同冷速进行冷却的热处理方法。

真空热处理被当代热处理界称为高效、节能和无污染的清洁热处理。

真空热处理的零件具有无氧化，无脱碳、脱气、脱脂，表面质量好，变形小，综合力学性能高，可靠性好（重复性好，寿命稳定）等一系列优点。

因此，真空热处理受到国内外广泛的重视和普遍的应用。

并把真空热处理普及程度作为衡量一个国家热处理技术水平的重要标志。

真空热处理技术是近四十年以来热处理工艺发展的热点，也是当今先进制造技术的重要领域。

一、真空热处理工艺原理和真空热处理和加热特点1、工艺原理（1）金属在真空状态下的相变特点。

在与大气压只差0.1MPa范围内的真空下，固态相变热力学、动力学不产生什么变化。

在制订真空热处理工艺规程时，完全可以依据在常压下固态相变的原理。

完全可以参考常压下各种类型组织转变的数据。

（2）真空脱气作用，提高金属材料的物理性能和力学性能。

（3）真空脱脂作用。

（4）金属的蒸发：在真空状态下加热，工件表面元素会发生蒸发现象。

表一各种金属的蒸气压Ti1249138415461742-1721Zr166018612001221225491830Sn9221042118913731609232Pb548625718832975328V158617261888207922071697Nb23552539---2415Ta25992820---2996Bi536609693802934271Cr99210901205134215041890Mo209522902533--2625Mn791873980110312511244Fe119513301447160217831535W276730163309--3410Ni125713711510167918841455Pt174419042090231325821774Au119013161465164618671063（5）表面净化作用，实现少无氧化和少无脱碳加热。

图一各种金属氧化物的分解压力金属的氧化反应是可逆的：Mo≒2M+2O 2O→O2↑取决于气氛中氧的分压和金属氧化物的分压的大小。

当氧分压大于金属氧化物的分压时，反应向左进行，金属表面产生氧化。

反之，如氧化物的分解压大于氧的分压，反应向右进行，其结果是氧化物分解。

亚氧化物理论和真空炉中碳元素存在，使炉内氧的分压低于金属氧化物的分压，使金属不会氧化。

表二真空度和相对杂质及相对露点关系真空度Pa 1.33×104 1.33×103 1.33×102 1.33×10 1.331.33×10-11.33×10-21.33×10-3托10010110-110-210-310-410-5相对杂质含量%13.2 1.320.1321.32×10-21.32×10-31.32×10-41.32×10-51.32×10-6 PPM(百万分比)132013213.2 1.320.1320.0132相对露点（℃）+11-18-40-59-74-88-101（6图二为不同金属无氧化加热温度和真空度的关系曲线2、真空热处理的加热特点：两个显著特点：一是空载时炉子的升温速度快，二是工件的加热速度慢。

二、真空热处理工艺参数的确定1、真空度：表三各种材料在真空热处理时的真空度材料真空热处理时真空度Pa 合金工具钢、结构钢、轴承钢（淬火温度在900℃以下）1~10-1含Cr、Mn、Si等合金钢（在1000℃以上加热）10Pa（回填高纯氮）不锈钢（析出硬化型合金）、Fe、Ni基合金，钴基合金10-1~10-2钛合金10-2高速钢1000℃以上充666~13.3Pa N2Cu及其合金133~13.3Pa高合金钢回火 1.3~10-2（1）在900℃以前，先抽0.1Pa以上高真空，以利脱气。

（2）10-1Pa进行加热，相当于1PPM以上纯度惰性气体，一般黑色金属就不会氧化。

（3）充入惰性气体时，如充133Pa，（50%N2+50%H2）的氮氢混合气体，其效果比10-2～10-3Pa真空还好。

此时氧分压66.5Pa是安全的。

（4）真空度与钢表面光亮度有对应关系。

（5）一般10-3~133Pa真空范围内，真空度温差为±5℃，如气压上升，温度均匀性下降，所以充气压力应尽量可能低些。

2、加热和预热温度：表四预热温度参考表淬火加热温度（℃）预热温度（1）（℃）预热温度（2）（℃）预热温度（3）（℃）800~900550-6001000-1100550-600800-8501200以上550-600800-8501000-1050 3、真空淬火加热时间图三真空加热时的特性曲线图四炉温和被加热工件表面与中心温度t总=t均+t保t均=a`×ht保为相变时间，t均为均热时间，a`为透热系数（分/mm），h为有效厚度（mm）。

表五 a`透热系数的确定加热温度（℃）60080010001100~1200a`（分/mm） 1.6~2.20.8~1.00.3~0.50.2~0.4预热情况600℃预热600、800℃预热600、800、1000℃预热表六 t保时间确定钢材碳素工具钢低合金钢高合金钢t保（分）5~1010~2020~40三、真空热处理的冷却方法1、气淬（1）各种冷却气体的性质表七各种冷却气体的性质（100℃时）气体密度（Kg/m3）普朗特数粘度系数（Kg.s/m3）热传导率（kcal/m.h. ℃）热传导率比N20.8870.70 2.5×10-60.02691Ar 1.3050.69 2.7640.01770.728He0.1720.72 2.310.143 1.366H20.06360.69 1.0480.189 1.468图五氢、氦、氮、氩的相对冷却性能为保证工件表面不氧化，具有高的光亮度，对冷却气体N2纯度有一定要求。

表八氮气纯度标准处理材料氮气纯度（%）轴承钢、高速钢99.995~99.998高温耐热合金99.999高温活性金属99.9999半导体材料99.99999表九热处理用氩气、氢气、氮气的行业标准②高纯氮、纯氮不适合用于沉淀硬化不锈钢，马氏体时效钢，高温合金、钛合金等真空热处理回充和冷却气之用。

③氢气不适用于高强度钢、钛合金、黄铜的热处理保护。

④液态氮不规定水的含量。

（2）提高气体冷却能力的方法牛顿公式：Q=k（tw -tf）·F（kcal/h）Q为传热量； tw 为工件温度； tf为气体温度；F为工件表面积； k为对流传热系数。

K=（λ/d）·C（wdp/η）md为工件直径， C为因雷诺系数范围不同而异的常数， m为幂指数，一般0.62~0.805w为流速，p为密度的函数（亦可视为气压），λ为气体导热系数，η为粘滞系数。

从公式中可见，提高冷却气体的密度（压力）和流速可以成比例地加大对流传热效率。

①提高冷却气体压力。

②提高气体的流速。

图六气体压力和淬火速率间的关系曲线表十各种淬火介质对热传导系数的比较介质和淬火参数热导率（w/m2.k）盐浴 550℃350~450液态床400~500油 20~80℃不流动1000~1500油 20~80℃搅拌循环的1800~2200水 15~25℃3000~3500空气、无强力循环50~801000毫巴（1×105Pa）N2循环的100~1506×105Pa N2快速循环300~40010×105Pa N2快速循环400~5006×105Pa He 快速循环400~50010×105Pa He 快速循环550~65020×105Pa He 快速循环900~10006×105Pa H2快速循环450~60010×105Pa H2快速循环~75020×105Pa H2快速循环~130040×105Pa H2快速循环~22002、真空油淬（1）真空淬火油的条件。

（2）真空淬火油的主要技术指标表十一（a）国产真空淬火油质量指标真空淬火代号ZZ-1ZZ-2粘度（cst）50℃20~2550~55闪点（℃）不低于170210凝点（℃）不高于-10-1040kPa~67kPa。

①真空油淬压力填充纯N2②淬火油量：工件：油重量 1：10~15，油池比油与工件体积之和大15~20%。

③油中不许有水分。

当达0.03%时，工件变暗；0.3%时，冷速明显变化。

④真空淬火油的调制。

⑤工件入油前应充分脱气。

⑥油温在40~80℃使用。

⑦油应有搅拌。

静止油冷却强度为0.25~0.30；激烈搅拌油冷却强度为0.8~1.1。

⑧真空油淬时的高温瞬时渗碳现象。

3、为减小工件变形采用的分级冷却。

点以上→风冷。

①油冷却到MS②延时油淬，先预冷30~70秒→（1090℃）入油。

③风冷至550℃→在油中淬火。

④气体分级淬火，气冷到马氏体转变点以上→停风扇→表面温度均匀后再开风扇快冷。

⑤工件在硝盐浴中等温淬火。

4、真空水淬。

5、真空硝盐淬火。

6、炉冷或控速冷却。

四、真空退火、真空淬火、真空回火及常用金属材料的真空淬火、回火工艺规范。

1、真空退火目的：获得洁净光亮的表面，省去或减少加工工序；使金属材料软化，消除内应力和改变结构，提高材料性能。

（1）铜及其合金表十三青铜真空热处理参数表十四紫铜和黄铜真空热处理参数表十五铍青铜时效工艺参数（2应用于加速器、宇宙模拟设备、电子管材料和高温活性金属。

表十六金属及合金真空除气的温度及真空度铁与铁合金，硅钢，不锈钢＞9004×10-2钼＞1450 6.7×10-3钨＞1400 6.7×10-3钛810 1.3×10-3钽900~950 1.3×10-3（3）软磁材料的真空退火软磁材料与硬磁材料的区别是磁性不同。