1.5　真空熱處理技術(shù)的發(fā)展趨勢

根據(jù)美國金屬學(xué)會(huì)熱處理分會(huì)、金屬處理研究院、能源部工業(yè)技術(shù)廳對美國熱處理工業(yè)2020年度發(fā)展前景的預(yù)測，未來的熱處理工業(yè)要有一流的質(zhì)量，生產(chǎn)具有零畸變的產(chǎn)品零件；在整個(gè)工藝過程中，產(chǎn)品質(zhì)量具有零分散度，能量利用率提高到80%；工作環(huán)境良好，清潔無污染；生產(chǎn)中采用標(biāo)準(zhǔn)的閉循環(huán)控制系統(tǒng)，智能系統(tǒng)控制決定產(chǎn)品的性能，綜合技術(shù)使工藝時(shí)間減少50%，成本降低75%。所有這些設(shè)想，為真空熱處理技術(shù)的發(fā)展提供了廣闊的機(jī)遇。真空熱處理技術(shù)是工業(yè)發(fā)達(dá)國家廣泛采用、迅速發(fā)展的一種高效、節(jié)能、清潔、無污染的先進(jìn)熱處理技術(shù)。

真空熱處理技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，預(yù)測其發(fā)展方向也是很有意義的工作，大膽猜想也許會(huì)給讀者帶來興趣。據(jù)估計(jì)，未來的真空熱處理應(yīng)該重視以下幾個(gè)方面。

（1）真空熱處理工藝的發(fā)展方向

①開發(fā)精密真空熱處理工藝。在被處理的零件尺寸方面，使熱處理工件變形小或無變形；在組織性能方面，需要精密、均勻、一致、可重復(fù)性好。

②開發(fā)節(jié)能真空熱處理工藝。盡量減小真空熱處理過程中的熱損失，充分利用工藝過程中的余熱，開展低溫對流輻射加熱系統(tǒng)的研究，例如傳統(tǒng)的高壓氣淬主要利用輻射加熱，而輻射加熱在760℃以上才能顯現(xiàn)出明顯效果。為了在低溫下均勻而迅速加熱，采用在爐內(nèi)通入惰性或中性氣體的方式，實(shí)現(xiàn)150～800℃下的對流加熱，對流輻射加熱比單純輻射加熱節(jié)能大約50%，縮短了淬火周期，降低了加熱工件內(nèi)部的熱應(yīng)力，減小了工件的變形。

③開發(fā)等溫分級(jí)控制淬火工藝。激烈的高壓氣冷有時(shí)會(huì)使工件嚴(yán)重裂變，工件截面尺寸越大，問題越突出，實(shí)現(xiàn)等溫分級(jí)淬火可以解決該問題。當(dāng)工件完成奧氏體化后，再開始以最大壓力或最大流量進(jìn)行冷卻。在工件表面和心部各放一根熱電偶，當(dāng)工件表面溫度將達(dá)到馬氏體淬火溫度時(shí)，降低爐內(nèi)壓力和精確控制風(fēng)量，使表面溫度不再下降，直到工件表面和心部溫度差達(dá)到預(yù)定值時(shí)，再進(jìn)一步對工件冷卻。

④開發(fā)復(fù)合熱處理工藝。精確控制加熱、冷卻速率，控制工件內(nèi)部組織轉(zhuǎn)變過程和穩(wěn)定性，提高熱處理材料或零件的質(zhì)量。

⑤簡化真空熱處理的工序，節(jié)省時(shí)間、人力、物力、財(cái)力。

（2）真空熱處理設(shè)備的發(fā)展方向

①為提高加熱速率和均勻性，最好采用低溫對流加熱，多噴嘴圓周方向冷卻，使用四周可以換向的氣流淬火，采用分級(jí)精確控制系統(tǒng)，使氣淬更均勻。想辦法努力提高冷卻速率，例如采用高壓氣淬、高流率氣淬、加強(qiáng)冷淬室內(nèi)部的換熱條件、改善噴嘴群的結(jié)構(gòu)和布置等。

②開發(fā)研制氣淬壓力大于1.0MPa的超高壓氣淬設(shè)備。目前國產(chǎn)真空高壓設(shè)備氣淬壓力在0.6MPa水平，處于發(fā)達(dá)國家20世紀(jì)80年代水平，國外已經(jīng)開發(fā)出2～10MPa的真空高壓氣淬爐，其工作溫度高達(dá)2200℃，因此國內(nèi)還需要努力實(shí)現(xiàn)國際先進(jìn)水平。

③開發(fā)研制雙室真空高壓氣淬設(shè)備。目前使用的真空高壓設(shè)備大多數(shù)是單室的，即加熱和冷卻在同一室內(nèi)進(jìn)行。如果改成熱、冷雙室的設(shè)備，在冷室內(nèi)淬火，不需要冷卻加熱室，降低了加熱元件的損耗，延長了加熱元件的使用壽命，減少了淬火所需時(shí)間，提高了冷卻能力，同時(shí)也減少了冷卻氣體的消耗，節(jié)約能源、減少浪費(fèi)。

④改進(jìn)真空熱處理設(shè)備功能，提高設(shè)備的連續(xù)化程度，開發(fā)連續(xù)式生產(chǎn)線，強(qiáng)化設(shè)備的可靠性、可控性、可重復(fù)性，提高真空熱處理設(shè)備運(yùn)行的自動(dòng)化程度，向智能化控制、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)方向發(fā)展，提高測試儀表的精度、壽命，開發(fā)大規(guī)模生產(chǎn)的生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)真空熱處理設(shè)備和工藝的柔性化生產(chǎn)，進(jìn)行質(zhì)量和工藝過程的自動(dòng)化控制。

⑤探尋真空熱處理設(shè)備新的結(jié)構(gòu)、新的功能；開發(fā)流態(tài)化真空熱處理爐新技術(shù)；開發(fā)一機(jī)多用新產(chǎn)品；對真空熱處理設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；研制節(jié)能型真空熱處理爐；開發(fā)真空熱處理設(shè)備的新用途。

（3）真空熱處理理論研究方向。理論研究是一項(xiàng)艱苦、細(xì)致，又很抽象的工作，開展真空熱處理的理論研究是改進(jìn)真空熱處理工藝，提高真空熱處理設(shè)備水平的基礎(chǔ)。

①開展真空熱處理過程的數(shù)值模擬研究。真空熱處理是在密閉的真空室內(nèi)進(jìn)行，很難觀察和檢查，因此開展真空熱處理過程中加熱、保溫、冷卻的數(shù)值模擬，特別是真空高壓氣淬過程的傳熱、氣體流動(dòng)、冷卻過程的數(shù)值模擬十分有利于理論研究的深入。

②開展真空熱處理過程中工件內(nèi)部相變的規(guī)律。研究被處理工件內(nèi)部組織變化規(guī)律以及與外界環(huán)境因素的關(guān)系。例如研究真空高壓氣體淬火過程中氣體流場、溫度場的變化規(guī)律，提高氣淬壓力、流量對產(chǎn)品質(zhì)量的影響規(guī)律，影響真空高壓氣體淬火效果的因素等都是很重要的工作。

③研究加熱速度、保溫時(shí)間、冷卻速率等外界因素的變化對被處理工件內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)變化的影響等，以便給出真空熱處理工藝的最佳條件。