1.5　真空热处理技术的发展趋势

根据美国金属学会热处理分会、金属处理研究院、能源部工业技术厅对美国热处理工业2020年度发展前景的预测，未来的热处理工业要有一流的质量，生产具有零畸变的产品零件；在整个工艺过程中，产品质量具有零分散度，能量利用率提高到80%；工作环境良好，清洁无污染；生产中采用标准的闭循环控制系统，智能系统控制决定产品的性能，综合技术使工艺时间减少50%，成本降低75%。所有这些设想，为真空热处理技术的发展提供了广阔的机遇。真空热处理技术是工业发达国家广泛采用、迅速发展的一种高效、节能、清洁、无污染的先进热处理技术。

真空热处理技术的应用越来越广泛，预测其发展方向也是很有意义的工作，大胆猜想也许会给读者带来兴趣。据估计，未来的真空热处理应该重视以下几个方面。

（1）真空热处理工艺的发展方向

①开发精密真空热处理工艺。在被处理的零件尺寸方面，使热处理工件变形小或无变形；在组织性能方面，需要精密、均匀、一致、可重复性好。

②开发节能真空热处理工艺。尽量减小真空热处理过程中的热损失，充分利用工艺过程中的余热，开展低温对流辐射加热系统的研究，例如传统的高压气淬主要利用辐射加热，而辐射加热在760℃以上才能显现出明显效果。为了在低温下均匀而迅速加热，采用在炉内通入惰性或中性气体的方式，实现150～800℃下的对流加热，对流辐射加热比单纯辐射加热节能大约50%，缩短了淬火周期，降低了加热工件内部的热应力，减小了工件的变形。

③开发等温分级控制淬火工艺。激烈的高压气冷有时会使工件严重裂变，工件截面尺寸越大，问题越突出，实现等温分级淬火可以解决该问题。当工件完成奥氏体化后，再开始以最大压力或最大流量进行冷却。在工件表面和心部各放一根热电偶，当工件表面温度将达到马氏体淬火温度时，降低炉内压力和精确控制风量，使表面温度不再下降，直到工件表面和心部温度差达到预定值时，再进一步对工件冷却。

④开发复合热处理工艺。精确控制加热、冷却速率，控制工件内部组织转变过程和稳定性，提高热处理材料或零件的质量。

⑤简化真空热处理的工序，节省时间、人力、物力、财力。

（2）真空热处理设备的发展方向

①为提高加热速率和均匀性，最好采用低温对流加热，多喷嘴圆周方向冷却，使用四周可以换向的气流淬火，采用分级精确控制系统，使气淬更均匀。想办法努力提高冷却速率，例如采用高压气淬、高流率气淬、加强冷淬室内部的换热条件、改善喷嘴群的结构和布置等。

②开发研制气淬压力大于1.0MPa的超高压气淬设备。目前国产真空高压设备气淬压力在0.6MPa水平，处于发达国家20世纪80年代水平，国外已经开发出2～10MPa的真空高压气淬炉，其工作温度高达2200℃，因此国内还需要努力实现国际先进水平。

③开发研制双室真空高压气淬设备。目前使用的真空高压设备大多数是单室的，即加热和冷却在同一室内进行。如果改成热、冷双室的设备，在冷室内淬火，不需要冷却加热室，降低了加热元件的损耗，延长了加热元件的使用寿命，减少了淬火所需时间，提高了冷却能力，同时也减少了冷却气体的消耗，节约能源、减少浪费。

④改进真空热处理设备功能，提高设备的连续化程度，开发连续式生产线，强化设备的可靠性、可控性、可重复性，提高真空热处理设备运行的自动化程度，向智能化控制、网络管理系统方向发展，提高测试仪表的精度、寿命，开发大规模生产的生产线，提高生产效率，实现真空热处理设备和工艺的柔性化生产，进行质量和工艺过程的自动化控制。

⑤探寻真空热处理设备新的结构、新的功能；开发流态化真空热处理炉新技术；开发一机多用新产品；对真空热处理设备进行优化设计；研制节能型真空热处理炉；开发真空热处理设备的新用途。

（3）真空热处理理论研究方向。理论研究是一项艰苦、细致，又很抽象的工作，开展真空热处理的理论研究是改进真空热处理工艺，提高真空热处理设备水平的基础。

①开展真空热处理过程的数值模拟研究。真空热处理是在密闭的真空室内进行，很难观察和检查，因此开展真空热处理过程中加热、保温、冷却的数值模拟，特别是真空高压气淬过程的传热、气体流动、冷却过程的数值模拟十分有利于理论研究的深入。

②开展真空热处理过程中工件内部相变的规律。研究被处理工件内部组织变化规律以及与外界环境因素的关系。例如研究真空高压气体淬火过程中气体流场、温度场的变化规律，提高气淬压力、流量对产品质量的影响规律，影响真空高压气体淬火效果的因素等都是很重要的工作。

③研究加热速度、保温时间、冷却速率等外界因素的变化对被处理工件内部组织结构变化的影响等，以便给出真空热处理工艺的最佳条件。