將工件置于真空度為%26asymp;133%26times;10～133%26times;10-6 Pa(10～10-6 Torr)的真空室內進行的金屬熱處理工藝。近期發展，還將真空與控制氣氛相配合，形成了一系列以真空技術為主的新熱處理工藝，如真空滲碳。由于在處理質量、節能方面，尤其環境保護方面明顯的優勢，20世紀50年代才起步的真空熱處理已迅速發展成為當代熱處理工藝和設備更新的主流；在工業發達國家，至80年代末真空熱處理已占金屬熱處理市場總量的25％。真空熱處理最大的缺點是工件的升溫慢，尤其在低溫(600℃以下)區。這導致總的加熱時間長，為鹽浴爐的6倍，為空氣及其他氣體介質爐的1．5倍，是降低能耗及提高生產率的一大障礙。為解決這一問題，已普遍采用了所謂真空載氣加熱法，即抽氣達到真空度之后，充入105 Pa以下的高純氮氣，利用氣體的自然對流增加熱傳導，后又發展為在低溫階段正壓(1～2)%26times;105 Pa惰性氣體強制循環流動，進一步加速升溫。
特殊效應
工業意義的%26ldquo;真空%26rdquo;一詞，實指將大氣氣氛抽至設定的低壓，用負壓值控制其化學特性的可控氣氛，可稱%26ldquo;真空氣氛%26rdquo;。金屬材料在其中進行熱處理時，所發生的真空還原、無脫碳和無滲碳、脫氣和蒸發等幾種特殊效應是傳統熱處理法不具備的。
真空還原在稀釋大氣中，金屬的氧化、還原反應平衡可表示為：
M表示金屬元素；po2，為真空氣氛的氧分壓；po2MO為氧化物的平衡分解(氧分)壓，即M0的飽和蒸氣壓。當真空度滿足po2%26lt;po2MO時，不但M無氧化，而且原有氧化物將發生分解，氧被抽走，此即真空還原效應。真空還原效應使工件表面處于一種高度潔凈和化學活性狀態。
各種金屬氧化物的Po2MO有很大的差異，且皆隨溫度上升而增大。圖1為幾種金屬氧化物平衡分解壓與溫度的關系(理論值)。曲線位置越低表明該元素與氧的親和力越大，作真空光亮熱處理時要求更高的真空度。但是，工業上實現無氧化真空處理所需真空度比根據圖1提出的要求低得多。如，鋼鐵材料，包括含鉻、鉬的合金鋼，在850～1200℃處理時，大約僅需1．33～13．3Pa(10-2～10-1 Torr)；又如鈦合金的無氧化處理大約僅需1．33%26times;10-2 Pa(10-4Torr)，這都遠高于圖1提供的FeO和Ti02。在上述溫度范圍的平衡分解壓。
無脫碳和無滲碳工業常用的熱處理真空氣氛(%26asymp;1．33Pa，10-2 Torr)露點約為一60℃，對鋼鐵材料的脫碳一滲碳反應呈中性，因而真空熱處理在保持鋼材材料表面碳含量方面也優于其他熱處理，包括控制碳勢的保護氣氛熱處理
脫氣凝固時殘存下來的，以及鍛軋或其他過程吸入的氣體，如H2、H20，在足夠的負壓下，由內部擴散至表面，逸出并被抽走。真空度越高，或溫度越高，脫氣效果越好。脫氣作用是真空熱處理結構件強韌性高于常規(空氣，鹽浴，控制氣氛)熱處理的主要原因之一。
蒸發當真空氣氛的壓力低于金屬的蒸氣壓時，金屬就會蒸發并被抽走。發生蒸發的工件，表面將變得粗糙不平，并與其他工件和夾具發生粘結；蒸氣壓高的合金元素，如鋼中的鉻，將被優先蒸發，造成工件表層合金元素的貧化。圖2為各種金屬蒸氣壓與溫度的關系。凡蒸氣壓高于鐵的元素，如銅、鋁、鉻、錳，皆易在真空熱處理時在合金鋼件表層形成貧化區。為防止蒸發，應盡可能采用低真空、低溫；或在抽氣之后向密閉室內充入適當惰性氣體，以提高爐壓。
常用工藝
現應用最多的工藝是真空退火、真空淬火和真空滲碳。
真空退火優質彈簧鋼、工具鋼、軸承鋼的絲材，不銹鋼制品及鈦合金材，作光亮退火均可采用真空處理。退火溫度愈低，則要求真空度愈高。為防止鉻的蒸發及加速熱傳導，一般采用載氣加熱(保溫)法，并注意對不銹鋼和鈦合金不宜用氮而應采用氬氣。
真空淬火真空淬火爐按冷卻方法分為油淬和氣淬兩類，按工位數分為單室式和雙室式，904山＼畏嘲均屬周期式作業爐。真空油淬爐都是雙室的，后室置電加熱元件，前室的下方置油槽。工件完成加熱、保溫后移入前室，關閉中門后向前室充入惰性氣至大約2．66%26times;lO4 ～1．01%26times;105 Pa(200～760mm汞柱)，入油。油淬易引起工件表面變質。由于表面活性大，在短暫的高溫油膜作用下即可發生顯著薄層滲碳，此外，碳黑和油在表面的粘附對簡化熱處理流程很不利。真空淬火技術的近期發展主要在于研制性能優良、工位單一的氣冷淬火爐。前述雙室式爐亦可用于氣淬(在前室噴氣冷卻)，但雙工位式的操作使大批量裝爐的生產發生困難，也易在高溫移動中引起工件變形或改變工件方位增加淬火變形。單一工位的氣冷淬火爐是在加熱保溫完成后在加熱室內噴氣冷卻。氣冷的冷速不如油冷快，也低于傳統淬火法中的熔鹽等溫、分級淬火。因而，不斷提高噴冷室壓力，增大流量，以及采用摩爾質量比氮和氬小的惰性氣體氦和氫，是當今真空淬火技術發展的主流。70年代后期將氮氣噴冷的壓力從(1～2)%26times;105Pa提高到(5～6)%26times;105Pa，使冷卻能力接近于常壓下的油冷。80年代中期出現超高壓氣淬，用(10～20)%26times;105Pa的氦，冷卻能力等于或略高于油淬，已進入工業實用。90年代初采用40%26times;105Pa的氫氣，接近水淬的冷卻能力，尚處于起步階段。工業發達國家已進展到以高壓(5～6)%26times;10。Pa氣淬為主體，而中國產氣淬爐圖2一些金屬的蒸氣壓(理論值)與溫度的關系則尚處于一般加壓氣淬(2%26times;105Pa)型階段。
真空滲碳圖3為真空滲碳一淬火工藝曲線。在真空中加熱到滲碳溫度并保溫使表面凈化、活化之后，通入稀薄滲碳富化氣(見控制氣氛熱處理)，在大約1330Pa(10T0rr)負壓下進行滲入，然后停氣(降壓)進行擴散。滲碳后的淬火采用一次淬火法，即先停電，通氮冷卻工件至臨界點A，、以下，使內部發生相變，再停氣、開泵，升溫到Ac1，～Accm之間。淬冷方法可采用氣冷或油冷。后者為奧氏體化后移入前室，充氮至常壓，入油。真空滲碳的溫度一般高于普通氣體滲碳，常采用920～1040℃滲入和擴散可按圖3所示分兩階段，也可用脈沖式通氣、停氣，多段式的滲一擴相間，效果更好。由于溫度高，尤其表面潔凈、有活性，真空滲碳層形成速度比普通氣體、液體和固體滲碳快，如要求滲層為1mm時，在927℃只需5h，而1033℃僅需1h。
| |