真空熱處理設(shè)備始于20世紀(jì)20年代，但其真正的發(fā)展始于20世紀(jì)60年代和70年代，主要是由于當(dāng)時的市場需求和石墨技術(shù)的研發(fā)。
真空熱處理的工作環(huán)境實(shí)際上是指低于標(biāo)準(zhǔn)大氣壓(1.013×?105Pa），包括低真空(105)~102Pa)、 中真空(102~10-1Pa)、 高真空(10-1~10-5Pa)、 超高真空(<10-5Pa)。真空熱處理也是一種相對可控的大氣熱處理，但其工作環(huán)境中的空氣非常薄。真空加熱工件可避免常規(guī)普通熱處理的氧化和脫碳，避免氫脆性，變形量相對較小，提高材料部件的綜合力學(xué)性能。真空熱處理后的部件壽命通常是普通熱處理的幾十倍甚至幾百倍。真空熱處理過程的主要內(nèi)容是：確定加熱 系統(tǒng)（溫度、時間和方法），確定真空度和壓力調(diào)節(jié)，選擇冷卻方法和介質(zhì)。1、加熱溫度 真空加熱有兩個特點(diǎn)，一是在極薄的氣氛中加熱，避免空氣中加熱產(chǎn)生的氧化、脫碳和侵蝕；另一個特點(diǎn)是真空狀態(tài)下的傳熱是單傳熱，其傳熱能力E與絕對溫度T四次方成成正比，即E=C（T/100)4。由此可見，在真空狀態(tài)下，特別是在低溫階段，加熱緩慢，使工件表面與心臟之間的溫差降低熱應(yīng)力小，工件變形小。加熱溫度的選擇對工件的質(zhì)量至關(guān)重要。在制定工藝時，根據(jù)工件的技術(shù)要求、服務(wù)條件和性能要求，找出最佳加熱溫度，并盡量選擇下限溫度，而不影響性能，并考慮減少變形。2、絕緣時間的長度取決于工件的尺寸、形狀和裝載量。傳統(tǒng)的加熱和保溫時 T T1=30 （1.5-2）D T2=30 （1.0-1.5）D T3=20 （0.25-0.5）D 式中：D工件的有效厚度(mm)； T第一次預(yù)熱(min); T二是第二次預(yù)熱時間(min); T三是最終保溫時間(min)。事實(shí)上，一爐中往往同時裝有幾個不同形狀和尺寸的工件，這需要綜合考慮。我們根據(jù)工件的大小、形狀、擺放方式和裝載量確定保溫時間。同時，我們還認(rèn)為真空加熱主要依靠高溫輻射和低溫加熱（600℃以下）工件溫升非常緩慢。此時，當(dāng)工件沒有特殊變形要求時，應(yīng)盡量縮短第一次預(yù)熱和第二次預(yù)熱的時間，并提高預(yù)熱溫度，因?yàn)闊o論低溫保溫時間有多長，工件心臟在加熱后仍需要一段時間才能達(dá)到表面溫度。
根據(jù)真空加熱原理提高預(yù)熱溫度，可降低工件內(nèi)外溫差，縮短預(yù)熱時間，適當(dāng)延長最終保溫時間，使鋼中的碳化物完全溶解。這不僅保證了質(zhì)量，而且提高了工作效率。保溫時間的長度也與以下因素有關(guān)： ①裝爐量：工件尺寸相同時裝爐量大，應(yīng)延長透熱時間；相反，應(yīng)縮短。②工件擺放形式：由于真空爐是輻射加熱，一般來說，如果工件形狀相同，應(yīng)盡量使工件擺放整齊，避免阻擋熱輻射，并留出一定的放置間隙（<D），確保工件能受到最大的熱輻射；除按最大工件計算保溫時間外，對不同工件同裝一爐，增加透熱時間。放置間隙時<D經(jīng)驗(yàn)公式為： T1=T2=T3=0.4G D 式中G為裝爐量(kg) 其他符號具有相同的含義。此外， 對于小工件(有效厚度D≤20mm） 或工件之間的間隙≥D 可減少保溫時間： T1=T2=0.1G D T3=0.3G D 大工件(有效厚度)D≥100mm） 最后的保溫時間可以減少 T1=T2=T3=0.4G 0.6D ③加熱溫度：加熱溫度高，可縮短保溫時間。3.冷卻時間 ①預(yù)冷：對于高溫淬火的中小零件，還注意到由熱室進(jìn)入冷室后，在淬火前是否進(jìn)行預(yù)冷，將影響淬火變形。其規(guī)律是：由熱室進(jìn)入冷室后，直接進(jìn)行油冷或氣冷，將導(dǎo)致尺寸變化；如果進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)冷，則可保持熱處理前的尺寸不變；但若預(yù)冷時間過長，將會導(dǎo)致工件尺寸脹大。一般的規(guī)律是，對于有效厚度為20~60mm工件的預(yù)冷時間為0.5~3min。據(jù)分析，這是因?yàn)楫?dāng)不預(yù)冷而直接淬火時，零件中的內(nèi)應(yīng)力主要是熱應(yīng)力，保溫時間按T1=T2=T3=0.4G 0.6D確定； ④空冷時間按T4=0.2G 0.3D確定； ⑤油冷時間按T5=0.02G 0.1D確定。
因此，當(dāng)體積收縮經(jīng)過長時間的預(yù)冷淬火后，零件中的內(nèi)應(yīng)力主要是相變應(yīng)力，導(dǎo)致體積膨脹。只有在適當(dāng)?shù)念A(yù)冷時間后，熱應(yīng)力和相變應(yīng)力才能保持不變。②氣冷:我們使用的真空爐可以進(jìn)入2bar將以下氮?dú)饧訅褐?000℃以下出爐。計算氣冷時間的經(jīng)驗(yàn)公式如下: T4=0.2G 0.3D 式中：T4為氣冷時間(min)。③油冷：淬火油溫度一般控制在60~80℃，工模的出油溫度通常控制在100~200℃。計算油冷時間的經(jīng)驗(yàn)公式如下： T5=0.02G 0.1D 式中：T5.油中冷卻時間(min)。此時，工件出爐溫度一般為150℃4.結(jié)論 ①考慮到裝爐量和放置間隙<D按下保溫時間T1=T2=T3=0.4G D 確定； ②小工件(有效厚度)D≤20mm,且擺放空隙≥D)按下保溫時間T1=T2=0.1G D T3=0.3G D 確定； ③大工件(有效厚度)D≥100mm)時，