模具真空热处理工艺
模具零件采用真空热处理是目前最佳方式。由于模具对表面质量和畸变的高要求，真空高压气淬几乎已成为模具热处理不可替代的技术。
（1）真空热处理设备
真空热处理炉有真空退火炉、真空淬火炉和真空回火炉。
1）真空退火炉。真空退火炉的主要特点是真空度要求高（10-2～10-3 Pa），炉内的传动机构要平稳，炉内的升降可用计算机自动控制，若有快冷装置，则可提高生产率。工艺与非真空炉退火基本相同。
2）真空淬火炉。真空淬火炉有两种，即气淬炉和油淬炉。一般真空气淬炉较油淬炉好。气淬的表面质量好、变形小，不需清洗，炉子结构也简单。油淬模具表面会出现白亮层，其组织为大量残留奥氏体，不能用一般回火温度（约560℃）加以消除，需要更高的温度（700～800℃）才能消除。一般处理高合金模具钢或高速工具钢模具工件选用高压气淬炉或气淬炉较为理想。如采用压力为0.5～0.6MPa的高压气淬时，ϕ80～ϕ110mm的工件都能淬硬。
3）真空回火炉。真空回火炉在真空热处理中是不可缺少的，在真空淬火后若采用普通电炉回火，往往会再出现表面质量差、硬度不均匀、回火不足等缺陷。真空回火炉应具有快冷装置，以避免某些有回火脆性的钢材产生回火脆性。
（2）真空热处理工艺
1）处理前的准备。
① 应了解模具的钢号、技术要求、预备热处理状况及热处理工艺规范。
② 应对工件和热处理设备进行检查，工件应无碰伤、铁锈及其他不允许的表面缺陷，设备应处于正常状态。
③ 应对工件和夹具进行清洗和烘干，以防止污垢和水分留在炉内，造成真空度下降并影响工件的表面质量。清洗采用真空脱脂方法是目前最先进和可靠的方法。
2）工件装炉。装料时工件应置于炉子的有效加热区。考虑到真空加热以辐射为主，向着发热体的面加热快，背阴处加热慢。所以，工件在炉内应保持间距，减小相互遮阴，以防加热不均匀。小零件要用金属网分层隔开，以期加热和冷却均匀。不应使高速工具钢工件（尤其是表面粗糙度值较低的平面）相互接触，以避免加热时产生粘连。
3）加热与预热。真空加热炉的真空度是重要的工艺参数，工件入炉后待真空度达到6.67Pa时，方能升温加热。在高温高真空度下，钢中的合金元素易蒸发，会影响模具零件的表面质量。根据工件的材料及加热温度，用回充高纯氮气的方法控制加热时的真空度。模具钢加热温度与真空度要求的关系见表8-17。
表8-17 模具钢加热温度与真空度要求的关系
模具达到预定的加热温度之前应进行预热。真空热处理的加热温度为1000～1100℃时，一般采用800℃一次预热。加热温度在1200℃以上时，形状简单、小型的零件，在850℃预热一次；较大的或形状复杂的零件，应进行两次预热，第一次500～600℃，第二次850℃左右。
4）保温。
① 加热温度。真空淬火的加热温度一般取盐浴炉和空气炉的下限。真空回火、真空退火、真空固溶处理及真空时效的加热温度一般与常规热处理时的加热温度相同。
② 保温时间。由于真空加热主要靠辐射，而低温时辐射慢，故平均加热速度比有对流的炉子慢，加热时间相应延长。一般认为真空淬火加热保温时间比盐浴炉加热时间长5～6倍，比空气炉长2倍；真空回火加热的保温时间略长于空气炉加热保温时间，比硝盐炉长1～2倍；真空退火加热的保温时间一般比空气炉长1倍。
真空加热淬火的保温时间可按下式计算为
C＝KD+T
式中 C——加热保温时间（min）；
K——保温时间系数（min/mm）；(https://www.daowen.com)
T——时间裕量（min）；
D——零件有效厚度（mm）。
K值和T值见表8-18。
表8-18 真空加热淬火保温时间计算参数
③ 真空回火时待炉内达到某一真空度（一般为0.133Pa）时，向炉内通入高纯氮气到6.6×104 Pa左右，并采用风扇循环，保持这种状态到回火结束。
5）冷却。
① 淬火油应进行充分地脱气，必要时要适当加热。淬火时应充气（高纯氮气或氩气）到5.3×104 Pa左右，淬火油要进行搅拌。
② 根据工艺要求可采用正压气淬或负压气淬。真空炉常用冷却气体为H2、He、N2、Ar。如H2的冷却时间为1，则He、N2、Ar的冷却时间分别为1.2、1.5、1.75。空气中氢气体积分数大于5%时，就会有爆炸的危险。所以H2虽然冷却最快，但人们仍然很少采用。H2的价格为N2的10倍，国外最佳气体选择为60%～70%（体积分数）的He和30%～40%（体积分数）的N2。0.6MPa以上真空炉冷却气体可采用净化装置再生，气体可多次循环利用（一般可达50次），可降低热处理成本。国内真空炉采用高纯氮（99.99%）较多，正压气淬时通入2×105～6×105 Pa的高纯氮气，负压气淬时通入7.9×104～9.3×104 Pa的高纯氮气进行淬火冷却。高速工具钢工件宜采用正压气淬方法。
③ 回火加热结束后，应采用气体强迫快冷。
④ 退火加热结束后，按工艺要求进行冷却，在冷却过程中继续抽真空到一定温度后方可停止。
6）出炉。一般工件应冷态出炉，油淬工件出炉后应进行脱脂清理。常用模具钢零件真空热处理工艺规范见表8-19。
表8-19 常用模具钢零件真空热处理工艺规范
（3）模具真空热处理注意事项
1）模具材料含有较多的合金元素，蒸气压较高的元素（如Al、Mn、Cr、Si、Ph、Zn、Cu等）在真空中加热时易发生蒸发现象，所以要适当控制淬火加热时的真空度，以防止合金元素的挥发，尤其是含Cr量高的钢种。
2）为减少加热模具零件因内外温差而产生的热应力和组织应力，对复杂的或大截面的模具零件要进行多次预热，而且升温速度也不能太快，这是减少或防止变形的关键之一。
3）高速工具钢、高Cr钢和3Cr2W8V钢等较大截面的气淬钢模具零件，推荐在高压气淬炉内进行处理。如气冷速度不够要进行油淬时，必须采用气冷油淬工艺，以防油淬后工件表面出现白亮层组织。
4）真空淬火加热温度基本上可与盐浴加热和空气加热的温度相同或略低一些。但应注意，升温时工件升温速度远比炉温（指示温度）慢，故均温、保温时间视装炉情况应适当延长。
5）装料的合理与否与热处理质量关系很大，考虑到真空加热是以辐射为主，小零件需要用金属网分隔，使真空加热和冷却均匀。
钢的真空热处理工艺，可参阅热处理工艺国家标准GB/T 22561—2008《真空热处理》。