1.真空热处理炉的特点及设备简介

所谓真空热处理，就是在低于一个大气压的环境中进行加热的热处理工艺。真空热处理可以有效地解决一般常规热处理方法不能满足的有关氧化、脱碳、表面粗糙度及尺寸精度等较高的工艺要求。近十多年来，这类热处理炉有较大的发展，不仅可以完成真空退火、真空淬火、真空回火、真空渗碳等多项真空热处理工艺，而且在自动化及大批量生产方面都有了长足的进步。

根据炉子的结构与加热方式，真空热处理炉基本上可分为两大类：一类是外热式真空热处理炉，另一类是内热式真空热处理炉。二者相比，虽然后者的构造较为复杂，制造安装精度要求高，调试的难度大，造价也比较贵，但其可以实现大型化，便于连续作业，生产效率高，已成为目前真空热处理的主要炉种。

（1）气淬真空炉 气淬真空炉利用气体（通常是氮气）作为冷却介质，如图6-4所示。图6-4a、b所示为两种单室气淬真空炉，加热和冷却是在同一个真空室内进行的，因此结构简单，操作维修方便，且占地面积小，但生产效率低，冷却速度慢，使用局限性大。图6-4c、d所示分别为立式和卧式双室气淬真空炉。这两种炉子的加热室和冷却室由中间的真空闸门隔开，工件在冷却室内冷却时，加热室不影响冷却，淬火时冷却速度比单室气淬真空炉要快得多，同时冷却气体只充入冷却室，加热室仍保持真空，所以可缩短第二次开炉抽真空的时间，加热室内保持的高温有利于第二次装炉后的余热利用。

图6-4 气淬真空炉

a）立式单室炉 b）卧式单室炉 c）立式双室炉 d）卧式双室炉 e）卧式三室炉

图6-4e所示为三室半连续气淬真空炉，由进料室、加热室和冷却室组成，相邻的两室之间由中间真空闸门隔开。虽然它的结构复杂，但是从提高生产效率、节约能源、降低产品成本方面来看，这种炉子是今后发展的方向。

（2）油淬真空炉 油淬真空炉是以真空淬火油作为冷却介质的真空加热炉。图6-5所示为各类油淬真空炉。由于在真空状态下油的某些性能（如饱和蒸汽压等）变化很大，难以满足生产的使用要求，因此必须使用特别的真空淬火油。

图6-5a所示为卧式单室油淬真空炉，工件在同一个真空室内进行加热和油淬。其结构简单、造价低、操作维修方便，但在工件淬油时，所产生的油蒸气污染加热室，导致电热元件和绝缘件的寿命降低。

图6-5b、c所示分别为立式和卧式双室油淬真空炉，在加热室与冷却油槽之间用中间真空隔热闸门隔开，可以有效地防止油淬时的油蒸气侵入加热室，避免加热室的污染，不致影响绝缘件的绝缘性能，从而延长加热元件的使用寿命。虽然其结构复杂，造价较高，但生产效率高，节能效果明显。

图6-5d所示为油淬气冷真空炉，可以有效地调整不同温度区域内的冷却速度。

图6-5e所示为三室半连续式油淬真空炉，图6-5f所示为连续式油淬真空炉。这两种炉子代表了大批量生产的真空油淬炉的发展方向。

2.真空热处理炉的结构特点

真空热处理炉的炉体基本上是一个薄壳受压容器。由于在工作中受到很大的载荷，因此其多采用圆筒形结构，以使强度和稳定性最好。为了防止炉体受热不均匀而产生变形，炉壳应设有水冷装置。同时，在炉壳上应尽量少开孔或不开孔，保持其气密性，减少泄漏的机会。

图6-5 各类油淬真空炉

a）卧式单室炉 b）立式双室炉 c）卧式双室炉 d）油淬气冷真空炉 e）三室半连续式油淬真空炉 f）连续式油淬真空炉

在真空热处理炉中，加热室通常是由隔热屏组成的，其主要作用是隔热、保温及减少热损失。有时隔热屏也作为固定加热器的结构基础。隔热屏基本上可分为四种结构，即金属反射屏（由高温合金制成）、夹层式隔热屏（耐高温合金制成的内外屏，中间填充硅酸铝纤维）、石墨毡隔热屏（多层石墨毡用石墨绳或钼丝捆扎在钢板网上）、混合毡隔热屏（内屏为石墨毡，外层为硅酸铝纤维毡，用石墨绳或钼丝捆扎在钢板网上）。隔热屏的结构、材料种类对炉子的性能有很大影响。真空热处理的加热器也是由电热元件组成的，由于电热元件在真空状态下易挥发，因此在以辐射传热为主的高温炉中多采用高熔点的纯金属电热材料（铂、钨、钼、钽等）和非金属电热材料（石墨、碳化硅、二硅化钼等）。目前在实际生产中，棒状、板状、带状石墨电热元件应用较广。

3.真空系统及测量

真空系统直接影响真空热处理炉的技术性能和工艺过程的稳定性。真空系统包括真空泵、真空阀门、真空测量仪表、障板、管道等，如图6-6所示。(www.daowen.com)

图6-6 几种典型的真空系统

a）低真空系统

1—热偶规管 2—放气阀 3—真空阀门 4—收集器 5—波纹管 6—油封式机械泵

b）具有机械增压泵的真空系统

1—热偶规管 2—放气阀 3—真空阀门 4—机械增压泵 5—收集器 6—波纹管 7—前级真空管

c）高真空系统

1—电高规管 2—热偶规管 3—放气阀 4—真空阀 5—收集器 6—波纹管 7—前级真空泵 8—油扩散管 9—障极 10—高真空阀

d）具有油增压泵的高真空系统

1—电高规管 2—热偶规管 3—放气阀 4—真空阀 5—收集器 6—波纹管 7—前级真空泵 8—增压器 9—油扩散泵 10—障板 11—高真空阀

图6-6a所示为低真空系统，真空度在1.33～1.333Pa范围内。图6-6b所示为具有机械增压泵的真空系统，真空度在0.133～1.333Pa范围内。图6-6c所示为高真空系统，真空度在1.33×10^-3～1.333×10^-2Pa范围内。图6-6d所示为具有油增压泵的高真空系统。

用于测量气体压强（低于大气压）的工具称为真空计。其中，用于直接测量气体压强的工具称为绝对真空计。通过与压强有关的物理量来间接测量压强的工具称为相对真空计。

静态变形真空计是利用与真空相连的容器表面上受到大气压作用后产生的弹性变形来测量压强的工具，常见的有薄膜电阻真空计等。

静态液体真空计是利用U形管两端液位差来测量压强的。

压缩式真空计又称为麦克劳真空计，根据气体压缩后压强增加并由体积与压强的关系计算出被测气体的压强。这种真空计使用普遍，测量精度高，但反应速度慢，不能连续测量，可作为真空计量的标准器，应用较广。它是一种绝对真空计。

热传导真空计是利用真空中气体分子的量与热传导有关的原理制成的。常用的有电阻真空计和热偶真空计，此外还有电离真空计、气体放电真空计等。

常用的各类真空计的工作范围如图6-7所示。

图6-7 常用的各类真空计的工作范围

注：Torr为非法定计量单位，1Torr=133.322Pa。