金属材料在热壁式真空炉中施行无氧化退火已有近百年历史。在有水冷夹层炉壳的冷壁式真空炉中进行无氧化退火、淬火、回火、钎焊、烧结等处理只有将近40年的历史。把炉子抽空到0.1Pa的真空度、即可实现大多数金属的无氧化加热。为了提高金属在炉中的加热速度,往往在抽真空后再往其中通入约0.8×105Pa的惰性或中性气体。从这一层意义上真空和气氛加热有一定的共同之处。近代发展最快的是各种真空热处理设备。当前真空热处理设备有单室、双室、三室、多室、油淬、气淬、油气淬两用、高压气淬、低压渗碳高压气淬炉、多室低压渗碳和高压气淬半连续式生产线。类似气体渗碳多用炉生产线的低压渗碳、高压气淬、回火的柔性生产线等。目前由于设备相对昂贵,一次投入过大,另外适于大批量生产的真空热处理设备尚待完善,目前还不能说真空热处理在很大程度上会取代气氛热处理。

感应热处理由于加热迅速氧化不严重,应属少无氧化技术范畴。一些不允许有任何氧化的工件甚至在感应加热时也必须施行气氛保护。目前日本电子工业(株)热处理已开发出类似技术。在流动粒子炉和正常脱氧的盐浴中加热也都可以实现少无氧化效果。在单件小批量生产条件或大型工件加热而又缺乏气氛炉设备时可使用涂料或不锈钢箔包装后在空气中加热。

3.6 少无脱碳

钢件在空气和氧化性气体(CO2、H2O)中加热时,氧化的同时还伴随着表面含碳量的降低,即表层脱碳。脱碳的工件淬火后表面硬度低,不耐磨,且表面易形成张应力,对抗疲劳性不利。少无脱碳加热的工艺方法与少无氧化基本相同,但对工艺条件的要求比少无氧化严格。少无脱碳保护气体只具有还原性还不够,尚应有一定碳势。对于多组元混合气氛CO-CO2、N2-CO-CO2-H2-H2O,为避免脱碳必须使炉气碳势和钢表面含碳量相适应。因此,中高碳钢的无脱碳加热必须对炉气施行碳势控制。按此道理,已脱碳的钢件在相应碳势的气氛中加热还可以恢复到原来的含碳量,此工艺过程被称为复碳。钢件在真空中加热时,如果真空度能保证不氧化,也就不会脱碳。但在含水的惰性气体或中性气体中加热时,要想完全不脱碳对其中含水量的要求更为严格。流动粒子炉、盐浴、涂层和包装后加热都有少无脱碳效果。感应加热虽有轻微变化,但不会有明显脱碳。

3.7 少无废品

从零件的设计、材料的选择、材料质量的保证、加工过程和工艺路线的确定,用数据库和专家决策系统优选工艺和设备、设备可靠性的保证、工艺参数和产品质量的在线控制、无损自动质量检测系统来完成全部加工和热处理生产过程,实现产品质量的全面质量控制,使100%产品合格已不是一种梦想。严格的管理、高超的工艺、可靠的设备、精确的传感器、精密控制的成套系统工程是实现无废品生产的充分保证。

3.8 少无人工

热处理的人工操作是一种恶劣环境下的繁重体力劳动。目前一些发达国家已感到招收热处理操作工的困难。人工操作还会造成因人而异的产品质量波动。

当然,过多使用人工也会增加生产成本。因此,在可以组织批量生产前提下尽快实现自动化生产和无人作业已不是对未来热处理的憧憬,在一些发达国家的现代化企业已可以目睹这一制造技术的奇迹。但我们必须端正一个认识,无人作业决不意味着无人监控。当然,实现这一“奢望”,也必须有充足的技术、管理和人才素质上的保证。诸如能源电力连续正常的供应、高可靠无故障的设备、健全的定期维修制度、可靠的控制系统、事故的及时报警,运转过程的远程控制、故障的自动诊断和排除等条件缺一不可。在任何一个环节上的失误都会造成严重甚至灾难性后果。另外任何先进的装备、不光是要买得起、还必须要用得精。一定要接受过去有的企业花大价钱引进的自动生产线,由于不会用而睡大觉,甚至拆开单机使用的教训。无人作业生产线只能是一个国家到一定的发达程度,一个企业发展到相当先进水平的自然产物。