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腳輪真空熱處理工藝
發表時間:2012/9/1 15:13:18
所謂腳輪真空熱處理是工件在10-1~10-2Pa真空介質中進行加熱到所需要的溫度，然后在不同介質中以不同冷速進行冷卻的熱處理方法。（5）表面凈化作用，實現少無氧化和少無脫碳加熱。
圖一 各種金屬氧化物的分解壓力
金屬的氧化反應是可逆的：Mo≒2M+2O 2O→O2↑
取決于氣氛中氧的分壓和金屬氧化物的分壓的大小。
當氧分壓大于金屬氧化物的分壓時，反應向左進行，金屬表面產生氧化。反之，如氧化物的分解壓大于氧的分壓，反應向右進行，其結果是氧化物分解。
亞氧化物理論和真空爐中碳元素存在，使爐內氧的分壓低于金屬氧化物的分壓，使金屬不會氧化。
表二 真空度和相對雜質及相對露點關系
真空度 Pa 1.33×104 1.33×103 1.33×102 1.33×10 1.33 1.33×10-1 1.33×10-2 1.33×10-3
托 100 10 1 10-1 10-2 10-3 10-4 10-5
相對雜質含量 % 13.2 1.32 0.132 1.32×10-2 1.32×10-3 1.32×10-4 1.32×10-5 1.32×10-6
PPM(百萬分比) 1320 132 13.2 1.32 0.132 0.0132
相對露點（℃） +11 -18 -40 -59 -74 -88 -101
（6）金屬實現無氧化加熱所需的真空度。
圖二 為不同金屬無氧化加熱溫度和真空度的關系曲線
2、腳輪真空熱處理的加熱特點：
兩個顯著特點：一是空載時爐子的升溫速度快，二是工件的加熱速度慢。
二、腳輪真空熱處理工藝參數的確定
1、真空度：
表三 各種材料在腳輪真空熱處理時的真空度
材 料 腳輪真空熱處理時真空度Pa
合金工具鋼、結構鋼、軸承鋼（淬火溫度在900℃以下） 1~10-1
含Cr、Mn、Si等合金鋼（在1000℃以上加熱） 10Pa（回填高純氮）
不銹鋼（析出硬化型合金）、Fe、Ni基合金，鈷基合金 10-1~10-2
鈦合金 10-2
高速鋼 1000℃以上充666~13.3Pa N2
Cu及其合金 133~13.3Pa
高合金鋼回火 1.3~10-2
在考慮工作真空度時應注意幾點：
（1）在900℃以前，先抽0.1Pa以上高真空，以利脫氣。
（2）10-1Pa進行加熱，相當于1PPM以上純度惰性氣體，一般黑色金屬就不會氧化。
（3）充入惰性氣體時，如充133Pa，（50%N2+50%H2）的氮氫混合氣體，其效果比10-2～10-3Pa真空還好。此時氧分壓66.5Pa是安全的。
（4）真空度與鋼表面光亮度有對應關系。
（5）一般10-3~133Pa真空范圍內，真空度溫差為±5℃，如氣壓上升，溫度均勻性下降，所以充氣壓力應盡量可能低些。
2、加熱和預熱溫度：
表四 預熱溫度參考表
淬火加熱溫度（℃） 預熱溫度（1）（℃） 預熱溫度（2）（℃） 預熱溫度（3）（℃）
800~900 550-600
1000-1100 550-600 800-850
1200以上 550-600 800-850 1000-1050
3、真空淬火加熱時間
圖三 真空加熱時的特性曲線
圖四 爐溫和被加熱工件表面與中心溫度
t總=t均+t保 t均=a`×h
t保為相變時間，t均為均熱時間，a`為透熱系數（分/mm），h為有效厚度（mm）。
表五 a`透熱系數的確定
加熱溫度（℃） 600 800 1000 1100~1200
a`（分/mm） 1.6~2.2 0.8~1.0 0.3~0.5 0.2~0.4
預熱情況 600℃預熱 600、800℃預熱 600、800、1000℃預熱
注：沒有預熱，直接加熱，a`應增大10~20%
表六 t保時間確定
鋼材 碳素工具鋼 低合金鋼 高合金鋼
t保（分） 5~10 10~20 20~40
三、腳輪真空熱處理的冷卻方法
1、氣淬
（1）各種冷卻氣體的性質
表七 各種冷卻氣體的性質（100℃時）
氣體 密度
（Kg/m3） 普朗特數 粘度系數
（Kg.s/m3） 熱傳導率
（kcal/m.h. ℃） 熱傳導率比
N2 0.887 0.70 2.5×10-6 0.0269 1
Ar 1.305 0.69 2.764 0.0177 0.728
He 0.172 0.72 2.31 0.143 1.366
H2 0.0636 0.69 1.048 0.189 1.468
圖五 氫、氦、氮、氬的相對冷卻性能
為保證工件表面不氧化，具有高的光亮度，對冷卻氣體N2純度有一定要求。
表八 氮氣純度標準
處理材料 氮氣純度（%）
軸承鋼、高速鋼 99.995~99.998
高溫耐熱合金 99.999
高溫活性金屬 99.9999
半導體材料 99.99999
表九 熱處理用氬氣、氫氣、氮氣的行業標準
名稱 指標要求，%（V/V）
氬含量 氮含量 氫含量 氧含量 總碳含量
（以甲烷計） 水含量
高純氬氣 ≥99.999 ≤0.0005 ≤0.0001 ≤0.0002 ≤0.0002 ≤0.004
氬氣 ≥99.99 ≤0.007 ≤0.0005 ≤0.001 ≤0.001 ≤0.002
高純氮 - ≥99.999 ≤0.0001 ≤0.0003 ≤0.0003 ≤0.0005
純氮 - ≥99.996 ≤0.0005 ≤0.001 CO≤0.0005
CO2≤0.0005
CH4≤0.0005 ≤0.0005
工業用氣態氮 Ⅰ類 - 99.5 - ≤0.5 - 露點≤-43℃
Ⅱ類Ⅰ級 - 99.5 - ≤0.5 - 游離水≤100ml/瓶
Ⅱ類Ⅱ級 - 98.5 - ≤1.5 - 游離水≤100ml/瓶
氫氣 - ≤0.006 ≥99.99 ≤0.0005 CO≤0.0005
CO2≤0.0005
CH4≤0.001 ≤0.003
注：①水分壓15℃，大于11.8MPa條件下測定。
②高純氮、純氮不適合用于沉淀硬化不銹鋼，馬氏體時效鋼，高溫合金、鈦合金等腳輪真空熱處理回充和冷卻氣之用。
③氫氣不適用于高強度鋼、鈦合金、黃銅的熱處理保護。
④液態氮不規定水的含量。
（2）提高氣體冷卻能力的方法
牛頓公式：Q=k（tw-tf）•F（kcal/h）
Q為傳熱量； tw為工件溫度； tf為氣體溫度；
F為工件表面積； k為對流傳熱系數。
K=（λ/d）•C（wdp/η）m
d為工件直徑， C為因雷諾系數范圍不同而異的常數， m為冪指數，一般0.62~0.805
w為流速，p為密度的函數（亦可視為氣壓），λ為氣體導熱系數，η為粘滯系數。
從公式中可見，提高冷卻氣體的密度（壓力）和流速可以成比例地加大對流傳熱效率。
①提高冷卻氣體壓力。
②提高氣體的流速。
圖六 氣體壓力和淬火速率間的關系曲線
表十 各種淬火介質對熱傳導系數的比較
介質和淬火參數 熱導率（w/m2.k）
鹽浴 550℃ 350~450
液態床 400~500
油 20~80℃ 不流動 1000~1500
油 20~80℃ 攪拌循環的 1800~2200
水 15~25℃ 3000~3500
空氣、無強力循環 50~80
1000毫巴（1×105Pa）N2 循環的 100~150
6×105Pa N2 快速循環 300~400
10×105Pa N2 快速循環 400~500
6×105Pa He 快速循環 400~500
10×105Pa He 快速循環 550~650
20×105Pa He 快速循環 900~1000
6×105Pa H2 快速循環 450~600
10×105Pa H2 快速循環 ~750
20×105Pa H2 快速循環 ~1300
40×105Pa H2 快速循環 ~2200
2、真空油淬
（1）真空淬火油的條件。
（2）真空淬火油的主要技術指標
表十一（a） 國產真空淬火油質量指標
真空淬火代號 ZZ-1 ZZ-2
粘度（cst）50℃ 20~25 50~55
閃點（℃）不低于 170 210
凝點（℃）不高于 -10 -10
水份（%） 無 無
殘碳（%）不大于 0.08 0.1
酸值（mgkoH/g） 0.5 0.7
飽和蒸氣壓20℃（133Pa） 5×10-5 5×10-5
熱氧化安定性 合格 合格
冷卻性能 特性溫度（℃）
特性時間（s）
800℃冷至400℃時間（s） 600~620
3.0~3.5
5~5.5 580~600
3.0~4.0
6~7.5
表十一（b） 上海惠豐石油化工有限公司真空淬火油質量指標
項目/型號 CZ1真空淬火油 CZ2真空淬火油 試驗方法
運動粘度（40℃），mm2/s 32～42 80～90 GB/T265
閃點（開口），℃ 180 220 GB/T3536
傾點，℃ -10 -10 GB/T3535
冷卻特性
特性溫度
800～400℃時間
600
5.5
585
7.5
SH/T0220
注：以上數據為代表性試樣的測定結果，產品性能以實測為準。
性能：1、有較低的飽和蒸汽壓，蒸發量較小，使溶入的氣體迅速脫出；
2、較強的抗汽化能力和較快的冷卻速度，不污染真空爐膛及真空操作效果；
3、冷卻性能穩定，在真空條件下，能保證淬火后工件淬硬效果好；
4、良好的光亮性和光輝性，淬火后表面清潔光亮，不會變色、無氧化、無污染；
5、極佳的揮發安定性和氧化安定性，使用壽命長。
用途：1、適用于軸承鋼、工模具、刀具及大中型航空結構鋼及其它特種鋼材；
2、HFV-CZ1真空淬火油用于中型材料在真空狀態下的淬火，HFV-CZ2真空淬火油用于淬滲透性好的材料在真空狀態下淬火。
表十二 美國C.I.Hayes公司真空淬火油質量指標
真空淬火油代號 H1 H2
比重（Ib/gal） 7.36 7.2
粘度指數 76 95
粘度（100℉）sus 92~95 110~121
著火點（℃） 170 190
熱線試驗 34.0 31.0
蒸汽壓40℃（133Pa） 0.002 0.0001
90℃（133Pa） 0.100 0.0103
150℃（133Pa） 2.00 0.45
GM淬火試驗（s） 11 17
最高使用溫度（℃） 60 80
真空油淬時注意的幾個問題：
①真空油淬壓力填充純N2 40kPa~67kPa。
②淬火油量： 工件：油重量 1：10~15，油池比油與工件體積之和大15~20%。
③油中不許有水分。當達0.03%時，工件變暗；0.3%時，冷速明顯變化。
④真空淬火油的調制。
⑤工件入油前應充分脫氣。
⑥油溫在40~80℃使用。
⑦油應有攪拌。靜止油冷卻強度為0.25~0.30；激烈攪拌油冷卻強度為0.8~1.1。
⑧真空油淬時的高溫瞬時滲碳現象。
3、為減小工件變形采用的分級冷卻。
①油冷卻到MS點以上→風冷。
②延時油淬，先預冷30~70秒→（1090℃）入油。
③風冷至550℃→在油中淬火。
④氣體分級淬火，氣冷到馬氏體轉變點以上→停風扇→表面溫度均勻后再開風扇快冷。
⑤工件在硝鹽浴中等溫淬火。
4、真空水淬。
5、真空硝鹽淬火。
6、爐冷或控速冷卻。
四、真空退火、真空淬火、真空回火及常用金屬材料的真空淬火、回火工藝規范。
1、真空退火目的：
獲得潔凈光亮的表面，省去或減少加工工序；使金屬材料軟化，消除內應力和改變結構，提高材料性能。
（1）銅及其合金
表十三 青銅腳輪真空熱處理參數
材料號 真空度（Pa） 退火溫度（℃） 冷卻方式
表十四 紫銅和黃銅腳輪真空熱處理參數
材料牌號 消除應力退火溫度（℃） 再結晶退火溫度（℃） 真空度（Pa） 冷卻方式
紫銅
T1、T2
T3、T4
600~700
600~700 133~13.3 爐冷或
惰性氣體冷
黃
13.3~1.33
表十五 鈹青銅時效工藝參數
材料牌號 時效溫度（℃） 真空度（Pa） 時間（小時）
QBe2
QBe2.5 300
285
320 1~10-2 3~5
3~4
2
（2）金屬和合金的除氣處理。
應用于加速器、宇宙模擬設備、電子管材料和高溫活性金屬。
表十六 金屬及合金真空除氣的溫度及真空度
金屬及合金 除氣溫度（℃） 真空度（Pa）
銅 800 2.7×10-3
鎳 800~950 1.3×10-3
鐵與鐵合金，硅鋼，不銹鋼 ＞900 4×10-2
鉬 ＞1450 6.7×10-3
鎢 ＞1400 6.7×10-3
鈦 810 1.3×10-3
鉭 900~950 1.3×10-3
（3）軟磁材料的真空退火
軟磁材料與硬磁材料的區別是磁性不同。
矯頑力Hc＜10奧斯特為軟磁，Hc=10-300奧斯特為半硬磁，Hc＞300奧斯特為硬磁。目前廣泛應用于氫氣退火和真空退火。
①電工純鐵的真空退火，見圖七。
圖七 電工鋼真空退火工藝曲線
②硅鋼片的真空退火見圖八。
圖八 硅鋼片真空退火工藝曲線
③Fe-Ni系合金真空退火。
表十七 常用Fe-Ni軟磁材料的真空退火規范
合金牌號 退火溫度（℃） 保溫時間（小時） 真空度（Pa） 冷卻方式
1J46 隨爐升溫
1050~1150 3~6 10-1~10-3 100~200℃/h冷至300℃后快冷
＜100℃出爐
1J50
1J79
1J51 1~2
1J54 隨爐升溫
1100~1150 8~6 1~10-1 100℃/h冷至300℃移至冷卻室，冷至100℃以下出爐
1J80 100~200℃/h冷至400℃移至冷卻室冷至100℃以下出爐
1J85 隨爐升溫
1100~1200 10-1~10-3 100~200℃/小時冷至480℃后快冷至100℃以下出爐
1J77 1~10-1 100~150℃/h冷至500℃后，以30~50℃/h冷至300℃，再快冷到100℃出爐。
1J76 隨爐升溫
1100~1150 100℃/h冷至500℃后，以10~50℃/h冷至300℃，再快冷到＜100℃出爐。
1J52 隨爐升溫
1050~1150 1~2 10-1~10-3 100~200℃/h冷至600℃快冷至300℃，＜100℃出爐
1J83 3~5 100~200℃/h冷至600℃再稍快冷至100℃以下出爐
1J86 隨爐升溫
1100~1200 8~6 100℃/h冷至600℃后以30~100℃/h冷至300℃，＜100℃出爐
1J41 隨爐升溫
1100~1150 2~4 1~10-1 100℃/h冷至600℃稍快冷至300℃，100℃以下出爐
1J42
1J47 1~2 10-1~10-3 150℃/h冷至300~400℃后快冷至＜100℃出爐
④Fe-Al系合金真空退火
表十八 常用Fe-Al系軟磁合金真空退火規范
合金牌號 退火溫度（℃） 保溫時間（小時） 真空度（Pa） 冷卻方式
1J16 緩慢升溫
950~1150 2 10-1~10-3 200~150℃/h爐冷，100℃以下出爐
1J13 隨爐升溫
900~950 2 100℃/h冷至600℃，60℃/h冷至200℃，＜100℃出爐。
1J12 隨爐升溫
1050~1200 2~3 100~150℃/h冷至500℃快冷至200℃，＜100℃出爐
1J6 100~150℃/h冷至250℃，＜100℃出爐
1J8 隨爐升溫
700℃以后
50~200℃/h
升至1200~1220 50~150℃/h冷至250℃以下，＜100℃出爐
軟磁合金退火時注意：
a）在高溫退火時必須防止工件疊片間和卡具粘合，可以在其間撒布工業氫氧化鎂或滑石粉，或經高溫下除過氣的氧化鋁粉撒布其間。
b）工件不能與石墨接觸，最好不用石墨纖維的真空爐中處理。
（4）鋼材料的真空退火；
①鋼鐵材料：
表十九 鋼的真空退火工藝參數
材料 真空度（Pa） 退火溫度（℃） 冷卻方式
45 1.3~1.3×10-1 850~870 爐冷或氣冷，≈300℃出爐
0.35~0.6卷鋼絲 1.3×10-1 750~800 爐冷或氣冷，=200℃出爐
40Cr 1.3×10-1 890~910 緩冷，≈300℃出爐
Cr12MO 1.3×10-1 以上 850~870 720~750℃，等溫4~5小時爐冷
W18Cr4V 1.3×10-1 870~890 720~750℃，等溫4~5小時爐冷
空冷低合金模具鋼 1.3 780~870 緩冷
高碳鉻冷作模具鋼 1.3 870~900 緩冷
W9~18熱模具鋼 1.3 815~900 緩冷
②不銹鋼、耐熱鋼真空退火；
表二十 奧氏體不銹鋼退火溫度和真空度
熱處理 溫度（℃） 真空度（Pa）
熱變形后去氧化皮代替酸洗退火 900~1050 13.3~1.3
退火 1100
1050~1150 1.3×10-1~0.7×10-2
1.3~1.3×10-1
電真空零件退火 950~1000 1.3~4×10-3
帶料在電子束設備中退火 1050~1150 1.3×10-2~1.3×10-3
表二十一 一些不銹鋼的退火工藝參數
鋼種類型 主要化學成分（質量分數）分析結果（%） 退火溫度范圍（℃） 真空度（Pa）
鐵素體類 Cr12~14，CO.08（最多） 630~830 1.3~1.3×10-1
馬氏體類 Cr14，C0.4，Cr16~18，C0.9 830~900 1.3~1.3×10-1
奧氏體類（未穩定化） Cr18，Ni8 1010~1120 1.3~1.3×10-1
奧氏體類（穩定化） Cr18，Ni8，N61或Ti 950~1120 1.3×10-2~1.3×10-3
2、真空淬火：
圖九 真空淬火循環
真空淬火操作過程見圖八，先預抽真空到1~1×10-2Pa時開始加熱，當保溫結束，升壓到0.8×105Pa，工件油淬或回填到5×105Pa進行高壓氣淬。
各種鋼和合金加熱時的真空度要求和淬火冷卻方式見表二十二。
表二十二 各種鋼和合金加熱時的真空度要求和淬火冷卻方式
注：A-必要條件；B-需改善泵的停機時間；C-預冷至550℃施行油淬；D-用擴散泵排出；E-氣冷至1090℃淬油；
真空度：低-機械泵；中-增壓泵；高-擴散泵。
（1）真空淬火工藝操作實例：
① 汽車車燈反射鏡凸模（圖十）
材料：Cr12 MOV
技術要求：熱處理HRc60~62變形愈小愈好。
圖十 車燈反射鏡凸模
該廠引進日本加工技術，與外商協作，共同制造汽車反射鏡。凸面為拋物面，熱處理后無法進行加工，故要求模具變形越小越好。原采用鹽浴爐淬火，變形達±0.3mm，沖件不能達到聚焦反射作用。經腳輪真空熱處理后變形控制在0.05mm以內，表面光亮，無氧化脫碳，硬度均勻，使用性能良好。其腳輪真空熱處理工藝見圖十。本凸模在ZC30型雙室油淬負壓真空爐內處理。
圖十一 車燈凸模腳輪真空熱處理工藝曲線
凸模在高壓氣淬爐內處理，氣淬壓為3~4×105Pa，其效果更好。
② 100目不銹鋼網滾模模芯（圖十二）
材料：Cr12 MOV
技術要求：熱處理HRc58~62。
圖十二 100目不銹鋼網滾模模芯
此件加工六角形不銹鋼網用，系出口任務，要求很高。在φ50mm處的六角形網眼要用放大鏡才能看清楚。該廠原采用鹽浴淬火，由于殘鹽嵌在六角形網眼中，需經放大后才能看見，再用人工方法將殘鹽從一個個微小的網眼內剔除，既費時有極易損壞模眼而導致報廢。故用鹽浴處理的模芯廢品率很高。采用腳輪真空熱處理后模芯表面光潔，合格率達100%，壽命也比原來提高，用戶非常滿意。其熱處理工藝見圖十三。本模芯在ZC-30型雙室負壓油淬爐內處理。若在加壓氣淬爐內處理，氣淬壓力2~3×105Pa，其淬火效果更佳。
圖十三 不銹鋼網滾模模芯
③ 壓鑄模
材料：H13
技術要求：大型復雜模具 HRc42-44
中小型優質模具 HRc44-46
小型模塊 HRc48-50
設備：采用5bar以上高壓氣淬爐
工藝：采用分級氣淬工藝
具體工藝曲線示意圖見圖十四。
圖十四 H13鋼真空高壓氣淬加熱冷卻工藝示意圖
其中Ts為表面熱電偶溫度，Tc為心部熱電偶溫度，冷爐升溫速度220℃/小時，對流加熱爐壓2bar，預熱二次，當Tc=Ts后再升溫。
奧氏體化保溫時間：快速升溫至1030℃±5℃，當Ts-Tc＜14℃后，保溫30分鐘。
回充高純氮分壓>26.6Pa。
從1030℃到540℃淬火冷速至少28℃/分，在455-400℃間進行分級，當Ts冷至分級溫度區后30分鐘繼續快冷到65℃出爐。在靜止空氣中冷到50℃-30℃進行二次以上回收。
回火至少二次，每次回火后模具冷到室溫再進行第二次回火。回火時間按2.4分/mm計算，或心部到溫度后在保溫2小時。回火溫度按不同硬度要求，一般580-600℃左右。
（2）真空淬火的質量效果
① 真空淬火對工件表面質量的影響
A）真空狀態下加熱氧化物的還原作用。
B）元素發揮的影響。
C）鋼種的影響。
D）冷卻方式的影響。
E）回火的影響。
F）真空泵、油增壓泵、油擴散泵返油的影響。
G）真空淬火油脫氣。
H）爐子泄漏率。
I）加熱速度影響。
J）充氣管道的漏氣問題。
② 真空淬火工件的變形，減小真空淬火變形的具體措施
A）加熱技術方面
a）多次預熱。
b）在800℃以下進行對流加熱。
c）提高爐溫均勻性，合理布置。
d）合理控制爐內壓力，回填N2以13.3Pa為宜。
B）冷卻技術減少工件變形
a）盡量采用高壓氣淬代油淬。
b）為減少組織壓力，先油淬在Ms點以上出爐氣冷。
c）氣體分級淬火。
d）控制油攪拌開動時間。
e）減少工件在熱態下振動。
f）料盤、工具的變形，會影響工件變形。
g）厚薄不均勻，銳角處包扎氧化鋁棉。
h）合理裝爐。
i）高壓氣淬時，冷卻氣體的噴射方式。
③ 真空淬火后鋼的機械性能
在真空淬火加熱時，工件有脫氣、不氧化、不脫碳，因而有較高的機械性能。
表二十三 Cr12MOV鋼真空淬火、回火與鹽浴淬火、回火后機械性能比較
淬火溫度（℃） 回火溫度（℃） Rm（N/mm2） F（mm） ak（N.m/cm2） (硬度 HRc)
真空淬火 (硬度 HRc)
鹽浴
真空 鹽浴 真空 鹽浴 真空 鹽浴 淬火態 淬回火態 淬火態 淬回火態
950 180 4239 3105 4.3 2.87 12.7 18.4 60.8 61 61.3 60.5
980 180 3756 2814 4 2.4 21.6 14.7 64.7 61.9 65.8 63
1020 240 3851 3048 4.4 2.36 21.6 21.6 65.8 60.8 66.2 60.8
1080 240 3584 2139 4.1 1.76 25.1 14.7 61.9 58.6 65.5 59.7
1120 520（冷） 2501 2755 5.1 3.5 27.5 26.5 55.3 55.6 59.3 60.7
注：真空淬火：800℃預熱25分，淬火保溫20分。
鹽浴淬火：淬火溫度為950~1020℃時，400℃預熱一小時，淬火保溫9分鐘；
淬火溫度為1080~1120℃時，850℃預熱6分，淬火保溫3分鐘，600~650℃分級2~3分鐘后空冷。
④ 真空淬火產品的使用壽命
真空淬火模具壽命一般提高40~400%。
3、真空回火
（1）概述。
（2）真空回火的光亮度變成灰色或暗灰色的原因。
認為從10-2Pa到10-4Pa，水蒸氣峰繼續保持相當大的比例，O2的光譜已近消失。高于650℃水蒸氣開始分解，出現鏈式反應，在低于650℃溫度范圍內，真空爐呈微氧化氣氛（或微氧化狀態），從而室溫至600℃溫度，正好是回火處理區域，也就可解釋通常真空回火后表面光亮度灰暗或不穩定的原因。
提高真空回火的光亮度的方法：
① 提高工作真空度。從1~10Pa提高到1.3×10-2Pa，目的減少O2含量，消除O2對工件氧化的影響。
② 充入N2中加入10%H2，使爐內氧化性氣氛與H2中和，形成弱還原性氣氛。
③ 減少真空爐隔熱屏吸收和排放水氣的影響，排除耐火纖維隔熱屏吸水性大的弊端，采用全金屬隔熱屏設計。
④ 回火后快冷，使工件出爐溫度低，提高回火光亮度。
⑤ 提高回火溫度均勻性，有利于回火光亮度一致。用上述方法可使回火工件光亮度達到真空淬火的90%以上。
（3）真空回火脆性及其防止
第一類回火脆性（不可逆回火脆性）200~350℃。
第二類回火脆性（可逆回火脆性）450~650℃。
當鋼中含Ni、Cr、Mn、Si等合金元素，才有第二類回火脆性，一般碳鋼不存在第二類回火脆性。
防止方法：為防第二類回火脆性，要求回火后快冷。
四、常用金屬材料的真空淬火、回火工藝規范。
（1）合金結構鋼和超高強度鋼
注意幾點：
① 晶粒度，采用淬火溫度比規定溫度下限或低5~10℃為宜。
② 元素揮發。回填N2到13.3Pa或以下。
③ 超高強度鋼可采用等溫淬火。
④ 有回火脆性要快冷。
表二十四 常用合金結構鋼腳輪真空熱處理工藝規范
鋼材牌號 淬火 回火 機械性能（不小于）
溫度（℃） 真空度（Pa） 冷卻 溫度（℃） 真空度（Pa） 冷卻 Rm
（N/mm2） Rp0.2（N/mm2） A（%） Z
（%） ak（N-m/cm2）
表二十五 超高強度鋼腳輪真空熱處理工藝規范
鋼材牌號 淬 火 回 火 機械性能（不小于）
溫度（℃） 真空度（Pa） 冷卻 溫度（℃） 時間
（小時） 冷卻 Rm
（N/mm2） Rp0.2（N/mm2） A（%） Z（%） ak（N-m/cm2）
30CrMnSiNi2A 900 1.3~0.13 油或
260℃±20℃等溫 250 1 空冷 ＞1569 - 9 40 88.3
32SiMnMoV 920 1.3 油或
280℃±20℃等溫 320 2 空冷或N2 ≥1765.1
≥1667 ≥1520
≥1569 9~10
10~12 40~50
40~50 49
~68.6
55.8
~78.4
40SiMnMoV（Re） 930 1.3 油
230℃等溫 250 3 空冷 1961
1765.1
~1912 1471
~1667 11.5
10~12 48
40~50 61.8
58.8
~78.4
40SiMnMo
CrMoVRe（406） 930 1.3 油 280 2 空冷或N2 ≥1761.1 ≥1421.9 ＞8.5 ＞35 ≥49
40SiMnCrNiMoV 900 1.3 油
310℃±10℃等溫 230~280 空冷或N2 ≥1961
1569
~1667 -
- ＞9
15 ＞35
45 ＞49
78.4
~98
40CrNiMo（4340） 850 1.3~0.13 油 200 2 空冷 1863.1
~2059.3 1667
~1765.1 10~12 40~50 39.2
~58.8
6025 950 1.3 油 300~350 3 空冷或N2 1765.1
~1863.1 1667
~1765.1 10~12 40~50 49
~68.6
45CrNiMoV（D6Ac） 860 1.3 油 300 1 空冷或N2 1863.1
~2059.3 1510.1
~1725.8 10~12 34~50 39.2
~49
（2）彈簧鋼
表二十六 常用彈簧鋼腳輪真空熱處理工藝規范
鋼號 淬 火 回 火 硬度（HRc）
溫度（℃） 真空度（Pa） 溫度（℃） 真空度（Pa）
65Mn 預熱500~550
加熱810~830 1.3~0.13
13~1.3 370~400 先抽真空至1.3Pa升至回火溫度，回充N2至5×104~6×104Pa 36~40
60Si2MnA 預熱500~550
加熱860~880 1.3~0.13
13~1.3 410~460 45~50
60Si2CrVA 預熱500~550
加熱850~870 0.13
1.3 430~480 45~52
50CrVA 預熱500~550
加熱850~870 0.13
1.3~0.13 370~420 45~50
（3）軸承鋼
表二十七 常用軸承鋼的腳輪真空熱處理工藝規范
鋼號 預熱 淬火 回火 硬度（HRc）
加熱溫度（℃） 真空度（Pa） 加熱溫度（℃） 真空度（Pa） 冷卻
介質 加熱溫度（℃） 真空度（Pa） 冷卻
介質
GCr15 520~580 10-1 830~850 1~10-1 油 150~160 空氣爐 油 ≥60
GCr15SiNn 520~580 1~10-1 820~840 1~10 油 150~160 空氣爐 油 ≥60
GSiMnV（Re） 500~550 1~10-1 780~810 1~10 油 150~170 空氣爐 油 ≥62
GCrSiMnMoV（Re） 500~550 1~10-1 770~810 10~1 油 150~170 空氣爐 油 ≥64
（4）合金工具鋼
表二十八 常用合金工具鋼腳輪真空熱處理工藝規范
鋼號 預熱 淬火 回火 硬度HRc
一次預熱溫度℃ 二次預熱溫度℃ 真空度（Pa） 加熱溫度（℃） 真空度（Pa） 冷卻
介質 加熱溫度（℃） 真空度（Pa） 冷卻
介質
9CrSi 500~600 1~10-1 850~870 1~10-1 油 170~190 空氣爐 空氣 61~63
CrWMn 500~600 1~10-1 820~840 1~10-1 油 170~185 空氣爐 空氣 62~63
CrMn 500~600 1~10-1 840~860 1~10-1 油 170~190 空氣爐 空氣 60~63
9Mn2V 500~600 1~10-1 780~820 1~10-1 油 170~190 空氣爐 空氣 58~62
5CrMnMo 500~600 1~10-1 830~850 1~10-1 油或氮氣 450~500 5~7×104 氮氣 38~44
5CrNiMo 500~600 1~10-1 840~850 1~10-1 油或氮氣 450~500 5~7×104 氮氣 39~44.5
Cr12MoV 500~550 800~850 1~10-1 1020~1040 1~10-1 油或氮氣 170~250 空氣爐 空氣 58~62
Cr6WV 500~550 750~820 1~10-1 970~1000 10 油或氮氣 170~250 空氣爐 空氣 58~62
3Cr2W8V 480~520 800~850 1~10-1 1050~1100 1~10 油或氮氣 560~580 5~6.7×104 氮氣 42~47
4Cr5W2SiV 480~520 800~850 1~10-1 1050~1100 1~10 油或氮氣 600~650 5~6×104 氮氣 38~44
4Cr5W2SiV 480~520 800~850 1~10-1 1050~1100 1~10 油或氮氣 600~620 5~6×104 氮氣 40~44
3Cr2W8V 480~520 800~850 1~10-1 1050~1100 1~10 油或氮氣 600~640 5~6.7×104 氮氣 39~44.5
7CrSiMnMoV 500~600 0.1 880~900 0.1 油或氮氣 450~200 5~6.7×104
空氣爐 氮氣
空氣 52~54
60~62
H13 500~550 800~820 0.1 1020~1050 10~1 油或氮氣 560~600 5~6.7×104 氮氣 45~50
Cr12 500~550 0.1 960~980 10~1 油或氮氣 180~240 空氣爐 空氣 60~64
（5）高速鋼
表二十九 高速鋼腳輪真空熱處理工藝規范
鋼號 預熱 淬火 回火 硬度HRc
一次預熱溫度℃ 二次預熱溫度℃ 真空度（Pa） 加熱溫度（℃） 真空度（Pa） 冷卻
介質 加熱溫度（℃） 真空度（Pa） 冷卻
介質
W18Cr4V 600~
650 850~900 1~10-1 1260~1280 10~
266Pa
注意事項：
① 真空度10~266Pa下加熱，防止Cr、Mn、Al合金元素揮發。
② 導熱性差，要多次預熱。
③ 淬火溫度比常規低10~20℃為宜。
④ 為防止油淬面亮層，用高壓氣淬。
⑤ 為防止工件相互粘連，不能將光潔度高的平面疊在一起。
⑥ 在530~590℃回火2~3次，為保持光亮度90%N2+10%H2。
（6）不銹耐熱鋼
表三十 常用不銹耐熱鋼的腳輪真空熱處理工藝規范
鋼號 淬火 回火 硬度（HRc）
加熱溫度（℃） 真空度（Pa） 冷卻
介質 加熱溫度（℃） 真空度（Pa） 冷卻
介質
2Cr13 3Cr13 1040~1060 1 油或2~5×105Pa氮氣 230±30 空氣爐 空氣 40~45
250±30 空氣爐 36~40
500±20 5~8×104 氮氣 32~36
4Cr13 1050~1100 1 油或2~5×105Pa氮氣 250±30 空氣爐 空氣 40~50
9Cr18 1010~1050 ＜1 200±30 50~60
Cr17Ni2 950~1040 1 油 250±30 45~50
Cr17Ni2 950~1040 1 油 500±20 0.1 氮氣 45~50
1Cr18Ni9Ti 1100~1150 1.3~0.13 氮氣或Ar氣 - - - -
1Cr21Ni5Ti 950~1050
1Cr11Ni12W2MoV 1000~1020 1.3~0.13 N2或油 660~710
540~600 0.13
1.3~0.13 N2 HB3.4~3.7
HB3.1~3.45
1Cr14Ni13W2VB 1050±10 1.3~0.13 N2或油 660~680
550~600
時效 1.3~0.13 N2 HB3.3~3.6
HB3.1~3.35
480
495 1.3~0.13
或Ar 惰性
氣體 ＞40
＞38
0Cr17Ni4Cu4Nb 1030~1050 1.3 Ar氣或油 550
580 5~8×104Ar 惰性
氣體 ＞35
＞31
OCr17Ni7Al 固溶1050±10
+
調整760±10
固溶1050±10
+
調整950±10
+
-73℃冰冷處理 1.3~0.13 Ar氣 時效
565±10 高純Ar5~8×104或0.1 Ar氣 ≥HB363
（17-7PH）
0Cr15Ni7Mo2Al 1.3 Ar 時效
510±10 ≥HB383
（15-7MoPH） - -
注意幾點：
① 當淬火溫度相同，真空淬火馬氏體不銹鋼晶粒度比普通電爐晶粒度大一級，對材料沖擊韌性沒影響。
② 雙相不銹鋼（1Cr21Ni5Ti）冷速不能太慢，在700~800℃有脆性想折出，在500~650℃，有475℃脆性，因此冷速很重要。
③ 馬氏體不銹鋼可以油淬，也可以氣淬。
④ 奧氏體鎳鉻鋼用氬冷卻和分壓，防微N而使機械性能變壞。
⑤ 對薄件，采用一段或二段預熱。
（7）高溫合金特點：
① Fe基Ni基高溫合金含有Al、Mn、Ti元素以及高含量的Cr，一般先抽高真空10-2~10-3Pa，然后在高溫加熱時通入高純氬，使真空度到1~0.1Pa，對已加工成品尺寸用10-2~10-3Pa高真空性時效處理。
② 熱處理時時間長。特別固溶時效合金，經16小時以上，其泄漏率要非常小，壓升率最好在0.133Pa/h，否則時效時空氣滲入零件會被氧化。
③ 高溫合金固溶處理要求較快冷卻速度，一般水淬爐。
表三十一 常用高溫合金腳輪真空熱處理工藝規范
合金
牌號 固溶溫度（℃） 固溶時間(小時) 冷卻 真空度（Pa） 時效溫度（℃） 時效時間(小時) 冷卻 真空度（Pa） 硬度
(HB)
（8）鈦合金真空淬火（固溶）和時效
表三十二 鈦合金淬火（固溶）時效工藝規范
合金牌號 真空度(Pa) 固溶溫度（℃） 時間(小時) 時效溫度（℃） 時間(小時)
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