真空热处理常识要点

材料和气体选择

钛合金处理

在真空炉中处理钛合金时，必须避免使用氮气作为冷却气体。这一预防措施是必要的，因为钛对氮有很高的亲和力，尤其是在高温下。在这种温度下，钛和氮会发生化学反应，形成一种称为氮化钛的金黄色化合物。这种反应不仅会改变钛合金的表面特性，还会带来潜在的结构变化，影响材料的完整性和性能。

钛与氮的反应性强调了为真空热处理工艺选择适当冷却气体的重要性。鉴于钛在航空航天和生物医学应用中的重要工业意义，确保正确处理和处理这种材料至关重要。氮化钛的形成会导致不良的表面硬化和脆化，这在对材料强度和耐用性要求极高的高应力应用中尤为不利。

为了降低这些风险，氩气通常被选为真空炉中钛合金的冷却气体。氩气是一种惰性气体，在正常条件下不会与钛发生反应，从而防止形成氮化钛，确保材料的结构和表面完整性完好无损。这种做法符合真空热处理的广泛原则，即强调材料和气体选择的重要性，以达到最佳的处理效果。

冷却气体的选择

真空热处理中冷却气体的选择对于保持处理材料的完整性和特性至关重要。对于钢通常首选纯度为 99.995% 的氮气。这种高纯度可确保钢材不与气体发生反应，从而在冷却过程中保持其结构和机械性能。

对于高温合金的要求更为严格。这些合金通常需要纯度为 99.999% 的氮气或氩气作为冷却气体。为了防止任何可能影响合金在高温下性能的潜在污染，必须使用纯度更高的气体。尤其是氩气，通常因其惰性而被选用，这可以最大限度地降低与合金发生化学反应的风险。

对于钛合金冷却气体的选择尤为重要。与钢和高温合金不同，钛在高温下会与氮发生反应，形成金黄色的氮化钛。因此，建议使用纯度为 99.995% 的氩气冷却钛合金。氩气的惰性可确保钛不发生反应，防止形成氮化钛，保持合金的理想特性。

材料	推荐冷却气体	纯度	理由
钢	氮气	99.995%	高纯度可防止反应，保持结构完整性。
高温合金	氮气或氩气	99.999%	纯度更高，可防止污染，保持高温下的性能。
钛合金	氩	99.995%	惰性气体可防止与钛发生反应，避免形成氮化物。

本表总结了在真空热处理中为不同材料选择冷却气体的主要注意事项，强调了气体纯度和惰性对保持材料性能的重要性。

钛合金

设备和工艺参数

真空炉活动衔接

真空炉活动衔接包括确保真空炉高效运行的各种设计元素。其中一个关键方面是密封机制的选择，特别是 O 型橡胶圈的使用，它能在真空条件下提供坚固可靠的密封。这些密封件对于保持炉内真空环境的完整性至关重要。

除了密封之外，冷却系统在真空炉的运行中也起着至关重要的作用。有些真空炉采用了水冷却技术，这对于快速控制和稳定温度至关重要。这种密封和冷却双管齐下的方法可确保真空炉能够精确一致地处理从热处理到退火等各种热处理工艺。

真空炉的设计具有很强的适应性，可进行定制以满足特定的工业需求。这种适应性是由以下需求驱动的：

过程控制:确保温度和真空度的精确性。
过程重复性:在多个循环中保持结果一致。
运行时间可靠性:确保熔炉不间断运行。
适应性:能够处理出现的新材料和新工艺。
整合性:无缝融入现有的生产工作流程。
环境影响:减少排放和能源消耗。

这些因素共同促成了真空加工的经济优势，提高了生产率，最大限度地减少了变形，缩短了生产周期。

压力上升率

压力上升率是家用真空炉运行中的一个关键参数，尤其是在热处理过程中。该速率量化了炉内压力在特定时间内的上升，通常以帕斯卡/小时 (Pa/h) 为单位。对于家用真空炉，建议压力上升率不应超过 1.33 Pa/h。这一标准可确保真空炉保持稳定的真空环境，这对获得一致和高质量的热处理结果至关重要。

相比之下，一些外国公司制定了更为严格的规范，将压力上升率设定为 0.67 Pa/h。这一较低的临界值反映了他们在真空炉操作中更高的精度和控制水平。要实现如此低的压力上升率，需要先进的设备和细致的过程管理。遵守这些更严格规范的好处包括提高材料均匀性、降低污染风险和提高整体工艺效率。

规格类型	压力上升率（帕/小时）
国内标准	1.33
国外标准	0.67

了解并遵守这些压力上升率标准对于在热处理过程中保持真空环境的完整性至关重要。它可确保被处理材料处于一致的条件下，从而获得可预测的可靠结果。

加热和冷却设备

真空回火炉配备先进的快速冷却系统，旨在加快冷却过程，确保对温度梯度的精确控制。这些冷却系统的冷却水压力通常超过 0.2 兆帕，这对保持处理材料的完整性和结构特性至关重要。冷却水的流速也是可调的，可以根据被处理材料的具体要求进行微调。

例如，在处理钛合金时，必须对冷却过程进行严格控制，以防止氮化钛的形成，因为在高温下使用氮气作为冷却气体会导致氮化钛的形成。相反，纯度较高的氩气因其惰性而受到青睐，可确保在不发生化学反应的情况下保持材料的特性。

材料	冷却气体	纯度
钢	氮气	99.995%
高温合金	氮气或氩气	99.999%
钛合金	氩气	99.995%

本表强调了根据处理材料选择适当冷却气体的重要性，以确保真空回火炉的最佳性能和使用寿命。

工件处理

真空淬火

在真空状态下对工件进行淬火需要使用专门的真空淬火油，其特点是全蒸汽压较低。这种油对于在淬火过程中保持工件的完整性和质量至关重要。真空环境可确保大气不与材料发生作用，防止氧化并保持工件的表面光洁度。

在真空净化炉中，工件被加热到相变温度，该温度根据淬火工艺的具体要求而有所不同。这一加热阶段对于整个加热块的转变至关重要。达到所需的温度后，工件迅速冷却，以捕捉在高温下扩散的化学元素。真空淬火油有助于快速冷却，确保冷却速度足以达到所需的机械特性。

真空淬火的优点是多方面的。首先，经过处理的部件不会氧化，这意味着它们会保持光泽和美观。其次，该工艺有助于提高淬火零件的某些机械特性，如抗拉强度和硬度。这是由于快速冷却和化学元素的截留在晶体网中产生了张力。

总之，真空淬火是一种复杂的工艺，它利用真空淬火油的特性达到最佳效果。受控气氛和快速冷却确保工件不仅能保持表面质量，还能提高机械性能。

真空保护

真空炉保护是保持热处理工艺完整性和有效性的关键环节。理想情况下，炉子应在真空状态下运行或充满纯氮，以确保最佳条件。这种方法可以防止吸收气体和水分，从而影响热处理质量。

在真空状态下，由于不存在大气气体，因此不会发生可能改变被处理材料特性的化学反应。此外，保持真空有助于最大限度地减少可能导致氧化和其他不良影响的湿气的存在。

使用纯氮时，必须确保气体的纯度最高，通常为 99.995% 或更高。这种高纯度可确保氮气中的任何残留气体都不会与炉内材料发生作用，从而保持材料的预期特性。

选择真空操作还是使用纯氮取决于热处理工艺的具体要求。例如，钛合金在高温下容易与氮气发生反应，因此通常在真空中进行处理，以避免形成氮化钛。

总之，将炉子保持在真空或纯氮状态对于防止气体和水分的吸收至关重要，从而确保热处理工艺的质量和一致性。

加热和放气

在真空热处理的加热阶段，炉内的工件和材料都会经历一个称为放气的过程。这种现象会严重影响炉腔内的真空度。放气是指先前被材料吸收或吸附的气体释放出来。这些气体有多种来源，包括工件本身、炉壁和炉腔内的其他组件。

放气过程中释放的主要气体通常包括水蒸气、氢气、二氧化碳和碳氢化合物。这些气体通常在室温下被材料表面吸收或吸附。当加热炉加热时，温度升高会导致这些气体解吸并逸散到真空室中，从而降低整体真空度。

为了减轻放气的影响，可以采用几种策略。例如，在启动加热过程之前将炉子预抽至 6.67Pa 左右的压力，有助于减少初始气体负荷。此外，使用高纯度材料和保持炉内环境清洁也可以最大限度地减少放气量。

放气是真空热处理中的一个重要考虑因素，因为它直接影响到工艺的效果。较高的真空度可确保更好地控制加热环境，从而获得更加一致和可预测的结果。因此，了解和控制放气对于实现真空热处理的最佳效果至关重要。

加热温度

真空回火、真空退火、真空固溶处理和真空老化工艺的加热温度通常与传统热处理的温度一致。这种一致性可确保材料经历相同的热转变，保持其结构完整性和机械性能。

在真空热处理中，炉内的可控气氛可防止氧化和污染，从而实现精确的温度控制。这对于实现工件的均匀加热至关重要，而均匀加热对于实现理想的微观结构变化至关重要。

例如，对于钛合金，真空处理过程中的加热温度要经过仔细校准，以避免形成氮化钛，因为氮在高温下存在时会形成氮化钛。这种仔细的校准可确保合金的特性得以保持，最终产品符合所需的规格。

工艺类型	常规温度	真空温度
真空回火	400°C - 650°C	400°C - 650°C
真空退火	800°C - 1000°C	800°C - 1000°C
真空溶液处理	950°C - 1200°C	950°C - 1200°C
真空老化	450°C - 600°C	450°C - 600°C