真空淬火是一种在真空环境中对金属材料进行热处理的工艺，通过精确控制加热、保温和冷却过程，实现材料性能强化。其核心原理围绕真空环境的保护作用、温度的精准控制和冷却方式的灵活调控展开，具体如下：一、真空环境：隔绝氧化与净化表面在真空炉内，通过真空泵将气压降至10⁻¹～10⁻³Pa（低真空）或更高真空度，几乎完全排除空气中的氧气、氮气、水蒸气等气体。这一环境具有两大关键作用：1.防止氧化与脱碳：金属工件加热时不会与气体发生化学反应，避免表面生成氧化皮，也不会因碳元素与气体反应导致脱碳（如钢件表面硬度下降），从而保持表面光洁度和成分均匀性。2.脱气净化：真空环境促使工件表面吸附的油脂、水分及内部溶解的气体（如氢）逸出，减少淬火后氢脆风险和内部气孔，提升材料韧性。二、加热过程：精准控温与均匀传热1.热源与温度控制：真空炉通常采用电阻加热（如钼丝、钨丝）或感应加热，通过PLC等控制系统精确调节升温速率和保温温度（误差±5℃以内），避免传统炉型因温度不均导致的变形或局部过热。2.辐射传热为主：真空环境中无空气对流，热量主要通过热辐射和工件接触传导。因此，工件需合理摆放（如悬挂或间隔放置），确保复杂形状零件（如带盲孔、凹槽的工件）各部位均匀受热。三、冷却过程：多样化方式调控组织冷却阶段通过控制速度和介质，使金属内部发生预期相变（如马氏体或贝氏体转变），常见方式包括：1.气体淬火（最常用）1.加热后向炉内充入高纯氮气、氩气或氦气，通过强制循环气流冲刷工件表面冷却。冷却速度可通过气体压力（0.1～20MPa）调节：低压力适合低淬透性材料（如低碳钢），高压力（如5～20MPa）可媲美油冷，适用于高合金钢（如模具钢）。2.优势：无介质污染，工件变形小（通常≤0.01mm/mm），易实现自动化。2.真空油淬火1.加热后将工件浸入真空炉内的淬火油槽，利用油的对流换热冷却。冷却速度介于空气和水之间，适合中碳钢（如45#钢）和合金结构钢（如40Cr），减少水淬开裂风险，避免油与空气接触产生油烟。3.真空水淬火（特殊场景）1.极少数用于铝合金等材料，需配套防暴沸装置，应用范围较窄。四、相变机制：通过冷却速度调控性能1.马氏体淬火（钢件常见）1.工件加热至奥氏体化温度（如亚共析钢Ac₃以上30～50℃），保温后快速冷却（如高压气冷或油冷），使奥氏体直接转变为马氏体。马氏体硬度高（HRC50～65），但脆性大，需配合回火消除应力。2.贝氏体等温淬火（特殊性能需求）1.加热后冷却至贝氏体转变温度区间（如300～500℃）并保温，使奥氏体转变为贝氏体。贝氏体兼具高强度和韧性，适合抗冲击零件（如齿轮、弹簧）。五、核心优势：纯净、可控、低变形与传统淬火相比，真空淬火凭借真空环境的“纯净性”和“可控性”，解决了表面氧化、脱碳、变形大及环保污染等问题，尤其适用于高精度模具、航空航天零部件、精密刀具等对性能和表面质量要求苛刻的领域。其本质是通过全流程精准调控，使金属材料获得理想的力学性能和服役寿命。

真空淬火凭借其无氧化、变形小、组织均匀的优势，广泛应用于对表面质量、力学性能和精度要求极高的领域，以下是其主要应用场景：一、精密模具制造领域应用对象：各类冷作模具（如冲压模、压铸模、拉伸模）、热作模具（如锻造模、挤压模）及塑料模具。核心价值：真空环境避免模具表面氧化脱碳，保持刃口、型腔的光洁度和尺寸精度，减少后续抛光工序。可控冷却（如气体淬火）可降低模具内部热应力，防止淬火开裂，尤其适合复杂结构模具（如多镶件模具、薄壁模具）。典型材料：模具钢（如H13热作模具钢、Cr12MoV冷作模具钢）、高速钢（W18Cr4V）。二、航空航天零部件加工应用对象：航空发动机齿轮、涡轮叶片、轴承、紧固件等关键承力部件。核心价值：真空环境可避免钛合金、高温合金（如Inconel718）等航空材料在淬火过程中与氧、氮反应，防止表面脆化或合金元素烧损。精确控制冷却速度（如高压气体淬火），确保零件获得均匀马氏体组织，提升疲劳强度和抗腐蚀性能，满足航空安全标准。典型工艺：钛合金（TC4）真空淬火+时效处理，用于制造飞机结构件。三、刀具与工具行业应用对象：高速钢刀具（如铣刀、钻头、丝锥）、硬质合金刀具（如车刀、刀片）及耐磨工具（如锯条、挫刀）。核心价值：真空淬火后刀具表面无氧化层，刃口锋利度保持性更佳，切削效率提升10%~30%。对于薄刃刀具（如剃须刀片），真空气体淬火可将变形量控制在0.005mm以内，满足高精度装配要求。典型材料：高速钢（M2、M42）、硬质合金（YT15、YG8）。四、汽车与精密机械零部件应用对象：汽车变速箱齿轮、发动机凸轮轴、精密轴承（如滚珠丝杠、导轨滑块）、医疗器械零件（如关节假体、手术刀）。核心价值：真空淬火可消除传统盐浴淬火易残留的盐渍污染，满足食品机械、医疗器械等行业的卫生要求。对于渗碳淬火件（如汽车齿轮），真空环境可避免渗碳层脱碳，保证表面硬度（HRC58~62）和心部韧性的合理匹配。典型案例：汽车半轴（40Cr钢）真空油淬火，替代传统箱式炉淬火，减少变形导致的装配不良率。五、特殊材料与高端领域应用对象：高温合金（如镍基合金）、难熔金属（如钨、钼及其合金）、稀土永磁材料（如NdFeB磁体）。核心价值：真空环境可防止稀土元素在高温下氧化挥发，保证永磁体磁性能稳定。对于钼合金等高熔点材料，真空淬火可通过精确控温避免晶粒粗大，提升材料塑性和加工性能。典型工艺：NdFeB磁体真空淬火+回火，确保剩磁（Br）和矫顽力（Hc）达标。六、替代传统有毒工艺的环保场景应用场景：替代传统氰化物盐浴淬火、有污染的水基淬火等工艺，满足环保法规要求。核心优势：真空淬火全程无废水、废气排放，尤其适合对环境敏感的地区（如工业园区环保管控区域）。减少工件清洗工序（无盐渍、氧化皮残留），降低能耗和清洗剂使用成本。

⑴退火处理退火是将金属或合金表面加热到适当的温度，保温到一定的时间，然后随炉缓慢冷却的热处理的工艺，其实质是将钢加热到奥氏体化后进行珠光体转变。①退火作用a.降低钢的表面硬度，提高塑性，以利于切削加工及冷变变形加工；b.细化晶粒，消除因锻、焊等引起的组织缺陷，使钢的组织成分均匀，改善钢的性能活为以后的热处理做准备；c.消除钢的内应力，以防止变形或开裂。②退火方法常用的退火方法有完全退火、球化退火、去应力退火、再结晶退火、扩散退火和等温退火等。a.完全退火又称中结晶退火，是将铁碳合金完全奥氏体化，随之缓慢的冷却，获得接近平衡状态组织的退火工艺，适用于含碳量为0.3%~0.6%的中碳钢和中碳合金钢。b.球化退火使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺。常用的球化退火有普通球化退火和等温球化退火两种，此工艺主要用于共析钢和过析钢的模具、量具和刃具钢等。c.去应力退火为了去除由于塑性变形加工、锻造、焊接等造成的参与应力及锻件内存在的残余应力而进行的退火工艺。d.再结晶退火又称中间退火，是指经冷形变后的金属加热再结晶温度以上，保持适当的时间，使变形晶粒重新结晶成均匀的等抽晶粒，以消除变强化和残余应力的热处理工艺。e.等温退火就是将钢件或毛坯加热到高于Ac3（或Ac1）温度，保持适当时间后，较快的冷却到珠光体温度区间的某一温度并等温保持，使奥氏体转变为珠光体组织，然后再空气中冷却的热处理工艺，此种退火方法主要用于冷奥氏体Ac比较稳定的合金钢。⑵正火处理正火是将钢材或钢件加热到Ac3以上表面30~50℃，保温适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。正火的作用：a.可消除过共析钢中的网状碳化物，改善钢的切削加工性能；b.细化过热铸、锻件晶粒和消除内应力；c.对含碳量小于0.4%的中、低碳钢可用正火代替退火做预先热处理；d.含碳量在0.4%~0.7%的不太重要的工作可在正火状态下使用。⑶淬火处理淬火就是将钢加热到Ac3或Ac1点以上某一温度，保持一定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和贝氏体组织的热处理工艺。、淬火作用是使过冷奥氏体进行马氏体（或贝氏体）转变，得到马氏体（或贝氏体）组织，然后配合以不同温度的回火，获得所需的力学性能。⑷回火处理回火是钢件淬硬后，再加热到低于Ac1点一下某一温度，保持一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。①回火目的a.合理的调整力学性能，使工件满足使用要求；b.稳定组织，使工件使用过程中不发生组合转变，从而保证工件的尺寸、形状不变；c.降低或消除淬火内应力，以减少工件的变形并防止开裂。②回火分类按照加热温度的不同，回火可分为低温、中温和高温回火3类。a.低温回火回火温度在250℃以下，回火后的组织为回火马氏体﹢残余奥氏体；b.中温回火回火温度在250~500℃，回火后组织为回火索氏体+残余奥氏体；c.高温回火回火温度在500~600℃，回火后组织为回火索氏体+残余奥氏体，此工艺也称为调质处理（即淬火+高温回火）。主要用于中碳结构钢工件，使钢的强度、塑性、韧性达到恰当的配合，具有良好的综合力学性能，常用于高碳高合金钢（如高速钢等）的回火，回火温度在500~600℃。以使发生二次硬化作用促进残余奥氏体的转变。⑸调质处理调质是使钢件获得比退火、正火更好的综合力学性能，可作为最终热处理，也可作为模具零件淬火及软氮化前的预先热处理。⑹渗碳处理渗碳是使模具零件表面具有高硬度和耐磨性，而内部人保留原有的良好韧性和强度，属于表面强化处理。⑺氮化处理氮化是用于提高模具零件表面的高硬度和耐磨性处理，用于工作负荷不大，但耐磨要求高及要求腐蚀的模具零件。

表面淬火回火热处理通常用感应加热或火焰加热的方式进行。主要技术参数是表面硬度、局部硬度和有效硬化层深度。硬度检测可采用维氏硬度计，也可采用洛氏或表面洛氏硬度计。试验力(标尺)的选择与有效硬化层深度和工件表面硬度有关。这里涉及到三种硬度计。　　一、维氏硬度计是测试热处理工件表面硬度的重要手段，它可选用0.5～100kg的试验力，测试薄至0.05mm厚的表面硬化层，它的精度是最高的，可分辨出热处理工件表面硬度的微小差别。另外，有效硬化层深度也要由维氏硬度计来检测，所以，对于进行表面热处理加工或大量使用表面热处理工件的单位，配备一台维氏硬度计是有必要的。　　二、表面洛氏硬度计也是十分适于测试表面淬火工件硬度的，表面洛氏硬度计有三种标尺可以选择。可以测试有效硬化深度超过0.1mm的各种表面硬化工件。尽管表面洛氏硬度计的精度没有维氏硬度计高，但是作为热处理工厂质量管理和合格检查的检测手段，已经能够满足要求。况且它还具有操作简单、使用方便、价格较低，测量迅速、可直接读取硬度值等特点，利用表面洛氏硬度计可对成批的表面热处理工件进行快速无损的逐件检测。这一点对于金属加工和机械制造工厂具有重要意义。　　三、当表面热处理硬化层较厚时，也可采用洛氏硬度计。当热处理硬化层厚度在0.4～0.8mm时，可采用HRA标尺，当硬化层厚度超过0.8mm时，可采用HRC标尺。

金属材料工艺性能名词简介(中)5：热处理（1）：退火：指金属材料加热到适当的温度，保持一定的时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。常见的退火工艺有：再结晶退火，去应力退火，球化退火，完全退火等。退火的目的：主要是降低金属材料的硬度，提高塑性，以利切削加工或压力加工，减少残余应力，提高组织和成分的均匀化，或为后道热处理作好组织准备等。（2）：正火：指将钢材或钢件加热到Ac3或Acm（钢的上临界点温度）以上30～50℃，保持适当时间后，在静止的空气中冷却的热处理的工艺。正火的目的：主要是提高低碳钢的力学性能，改善切削加工性，细化晶粒，消除组织缺陷，为后道热处理作好组织准备等。（3）：淬火：指将钢件加热到Ac3或Ac1（钢的下临界点温度）以上某一温度，保持一定的时间，然后以适当的冷却速度，获得马氏体（或贝氏体）组织的热处理工艺。常见的淬火工艺有盐浴淬火，马氏体分级淬火，贝氏体等温淬火，表面淬火和局部淬火等。淬火的目的：使钢件获得所需的马氏体组织，提高工件的硬度，强度和耐磨性，为后道热处理作好组织准备等。（4）：回火：指钢件经淬硬后，再加热到Ac1以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。常见的回火工艺有：低温回火，中温回火，高温回火和多次回火等。回火的目的：主要是消除钢件在淬火时所产生的应力，使钢件具有高的硬度和耐磨性外，并具有所需要的塑性和韧性等。（5）：调质：指将钢材或钢件进行淬火及回火的复合热处理工艺。使用于调质处理的钢称调质钢。它一般是指中碳结构钢和中碳合金结构钢。（6）：化学热处理：指金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分，组织和性能的热处理工艺。常见的化学热处理工艺有：渗碳，渗氮，碳氮共渗，渗铝，渗硼等。化学热处理的目的：主要是提高钢件表面的硬度，耐磨性，抗蚀性，抗疲劳强度和抗氧化性等。（7）：固溶处理：指将合金加热到高温单相区恒温保持，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。固溶处理的目的：主要是改善钢和合金的塑性和韧性，为沉淀硬化处理作好准备等。

 高速钢是一种高合金工具钢，高速钢自问世以来，一直是以制造金属切削刀具而著称，随着科学技术的飞跃发展，高速钢的应用范围不断扩大。从60年代开始，日本以汽车、自行车工业为中心，试用高速钢做模具取得成功，现在生产的高速钢约有15%用于制造模具。高速钢主要是用来制造冷挤压模具及冷墩压模具，特别是Mo系高速钢比W系高速钢韧性更加优越。高速钢用于模具的主要工艺难点在于热处理技术的掌握。目前我国使用最广泛的高速钢是钨系W18Cr4V（简称18-4-1）钢和钨钼系W6Mo5Cr4V2（简称6-5-4-2）钢。这两种钢的传统淬火回火工艺特点是：高温淬火后需在一次硬化范围内回火三次，以获得高硬度和热硬性，工艺规范如下表所示。主要缺点是在某些场所硬度不足。为了改善模具强韧性，近年来高速钢的传统淬火回火工艺也发生了变革。高速钢常用热处理规范钢号                                  淬火加热温度范围（℃）          回火规范  切削刀具      冷作模具  W18Cr4V                      1240-1310      1240-1250              560℃×1h×3次  W6Mo5Cr4V2              1200-1250      1180-1200              560℃×1h×3次深冷处理法原理及工艺过程高速钢的冷处理是在三十年代后期提出的，按传统概念，冷处理的目的是将淬火钢件冷却到零下（一般为-60℃――-70℃），使钢内的残余奥氏体转变为马氏体。过去工业上采用高速钢冷处理主要应用于缩短热处理生产周期，即用淬火  冷处理  一次回火来代替处理方法[2]，即在-100℃―  -196℃（液氮）处理淬火零件，其后在400℃回火一次，不必需原来2―3次的重复回火。经深冷处理后零件的硬度和耐磨性进一步改善，耐磨性可提高40%，既缩短回火时间，节省了能量，又明显提高了模具使用寿命。20世纪70年代以来，国内外对深冷处理的研究工作卓有成效，前苏联、美国、日本等国均已成功利用深冷处理提高工模具的使用寿命、工件的耐磨性及尺寸稳定性。深冷处理后的组织转变。经深冷处理的淬火高速钢不但引起了奥氏体转变，同时也引起了马氏体转变。过去几十年来强调的是残余奥氏体转变，马氏体分解这一新发现可以看作近年来高速钢深冷处理研究的新进展。高速钢种的马氏体最终转变点Mf非常低，例如W18Cr4V钢的Mf点约-100℃，因此淬火冷却到室温会残留大量的奥氏体，一般认为钢中残留较多的奥氏体是有害的，会降低钢的硬度、耐磨性及使用寿命，还使许多物理性能特别是热性能和磁性下降。试验证明：采用深冷处理可使钢中残留奥氏体降至最低极限，由下表可以看出W18Cr4V高速钢经淬火、回火后，深冷处理可以使回火后的残留奥氏体量降低24%。不同处理工艺对W18Cr4V钢残留奥氏体的影响（体积百分数%）  热处理工艺                                            残留奥氏体AR  1280℃淬火  500℃×1h×3次回火              10  -196℃深冷处理                                              7.6前苏联列宁格勒工业大学研究了-196℃液氮中15min的深冷处理对高速钢转变的影响，试验结果表明，-70℃――-75℃到-130℃――  -140℃范围内进行深冷处理时发生马氏体转变，当冷却到-196℃时转变停滞。在-90℃――-120℃温度范围内，出现试样容积的见效，这证明马氏体已部分分解并在位错面上析出了碳原子和形成了超显微碳化物。可见，社冷处理使高速钢析出碳化物的颗粒明显增多，且弥散均匀，W18Cr4V钢经深冷处理后碳化物颗粒约增加8%，W6Mo5Cr4V2钢析出的碳化物颗粒约增加76%，基体组织亦明显细化。可看出深冷处理后模具的相对耐磨性提高40%，延长深冷处理时间后，在硬度没有太大变化的情况下，相对耐磨性有所增大。高速钢模具深冷处理工艺过程为防止高速钢模具（特别是形状复杂的模具）在深冷处理中发生断裂和变脆，建议淬火后的高速钢模具在560℃回火1h再进行液氮深冷处理，然后在400℃进行最终回火30-60min，这种热处理工艺不但可以防止模具断裂和脆化，而且可以提高模具寿命1.5―2倍。

     热处理工艺一般包括加热、保温、冷却三个过程，有时只有加热和冷却两个过程。这些过程互相衔接，不可间断。加热是热处理的重要工序之一。金属热处理的加热方法很多，最早是采用木炭和煤作为热源，进而应用液体和气体燃料。电的应用使加热易于控制，且无环境污染。利用这些热源可以直接加热，也可以通过熔融的盐或金属，以至浮动粒子进行间接加热。　　金属加热时，工件暴露在空气中，常常发生氧化、脱碳(即钢铁零件表面碳含量降低)，这对于热处理后零件的表面性能有很不利的影响。因而金属通常应在可控气氛或保护气氛中、熔融盐中和真空中加热，也可用涂料或包装方法进行保护加热。　　加热温度是热处理工艺的重要工艺参数之一，选择和控制加热温度，是保证热处理质量的主要问题。加热温度随被处理的金属材料和热处理的目的不同而异，但一般都是加热到相变温度以上，以获得高温组织。另外转变需要一定的时间，因此当金属工件表面达到要求的加热温度时，还须在此温度保持一定时间，使内外温度一致，使显微组织转变完全，这段时间称为保温时间。采用高能密度加热和表面热处理时，加热速度极快，一般就没有保温时间，而化学热处理的保温时间往往较长。　　冷却也是热处理工艺过程中不可缺少的步骤，冷却方法因工艺不同而不同，主要是控制冷却速度。一般退火的冷却速度最慢，正火的冷却速度较快，淬火的冷却速度更快。但还因钢种不同而有不同的要求，例如空硬钢就可以用正火一样的冷却速度进行淬硬。　　金属热处理工艺大体可分为整体热处理、表面热处理和化学热处理三大类。根据加热介质、加热温度和冷却方法的不同，每一大类又可区分为若干不同的热处理工艺。同一种金属采用不同的热处理工艺，可获得不同的组织，从而具有不同的性能。钢铁是工业上应用最广的金属，而且钢铁显微组织也最为复杂，因此钢铁热处理工艺种类繁多。　　整体热处理是对工件整体加热，然后以适当的速度冷却，以改变其整体力学性能的金属热处理工艺。钢铁整体热处理大致有退火、正火、淬火和回火四种基本工艺。　　退火是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。正火是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。　　淬火是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于650℃的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。退火、正火、淬火、回火是整体热处理中的“四把火”，其中的淬火与回火关系密切，常常配合使用，缺一不可。　　“四把火”随着加热温度和冷却方式的不同，又演变出不同的热处理工艺。为了获得一定的强度和韧性，把淬火和高温回火结合起来的工艺，称为调质。某些合金淬火形成过饱和固溶体后，将其置于室温或稍高的适当温度下保持较长时间，以提高合金的硬度、强度或电性磁性等。这样的热处理工艺称为时效处理。　　把压力加工形变与热处理有效而紧密地结合起来进行，使工件获得很好的强度、韧性配合的方法称为形变热处理；在负压气氛或真空中进行的热处理称为真空热处理，它不仅能使工件不氧化，不脱碳，保持处理后工件表面光洁，提高工件的性能，还可以通入渗剂进行化学热处理。　　表面热处理是只加热工件表层，以改变其表层力学性能的金属热处理工艺。为了只加热工件表层而不使过多的热量传入工件内部，使用的热源须具有高的能量密度，即在单位面积的工件上给予较大的热能，使工件表层或局部能短时或瞬时达到高温。表面热处理的主要方法有火焰淬火和感应加热热处理，常用的热源有氧乙炔或氧丙烷等火焰、感应电流、激光和电子束等。　　化学热处理是通过改变工件表层化学成分、组织和性能的金属热处理工艺。化学热处理与表面热处理不同之处是后者改变了工件表层的化学成分。化学热处理是将工件放在含碳、氮或其它合金元素的介质(气体、液体、固体)中加热，保温较长时间，从而使工件表层渗入碳、氮、硼和铬等元素。渗入元素后，有时还要进行其它热处理工艺如淬火及回火。化学热处理的主要方法有渗碳、渗氮、渗金属。　　热处理是机械零件和工模具制造过程中的重要工序之一。大体来说，它可以保证和提高工件的各种性能，如耐磨、耐腐蚀等。还可以改善毛坯的组织和应力状态，以利于进行各种冷、热加工。　　例如白口铸铁经过长时间退火处理可以获得可锻铸铁，提高塑性；齿轮采用正确的热处理工艺，使用寿命可以比不经热处理的齿轮成倍或几十倍地提高；另外，价廉的碳钢通过渗入某些合金元素就具有某些价昂的合金钢性能，可以代替某些耐热钢、不锈钢；工模具则几乎全部需要经过热处理方可使用。