真空爐工藝氣體：了解分壓和對(duì)流加熱

真空爐設(shè)計(jì)的原理即在熱處理開(kāi)始時(shí)抽出爐內(nèi)環(huán)境空氣，同時(shí)還能夠引入工藝氣體以達(dá)到特定的低于大氣壓的壓力，因此真空爐能夠很好的控制整個(gè)工藝過(guò)程中通爐內(nèi)氣體的數(shù)量、類型和質(zhì)量。

用惰性氣體進(jìn)行氣淬是一種廣泛應(yīng)用的控制淬火速率和結(jié)果的技術(shù)。此外，隨著熱區(qū)內(nèi)溫度的升高，添加特定的工藝氣體可以帶來(lái)更多的好處，從而改善各種熱處理應(yīng)用的結(jié)果。

真空熱處理工藝的第一步是去除爐內(nèi)的空氣。加熱的金屬部件特別容易與空氣中常見(jiàn)的元素（如水蒸氣或氧氣）發(fā)生反應(yīng)，因此去除空氣可以顯著減少不必要的有害反應(yīng)。但是，通入特定的工藝氣也可以產(chǎn)生作為工藝一部分所需的反應(yīng)或條件。

在升溫過(guò)程中回充工藝氣體能夠帶來(lái)很多好處。有些工藝可能需要引入極少量的氣體（0.01 Torr 到 10 Torr），如氫氣以幫助去除氧化物，或添加碳等元素以進(jìn)行表面滲碳硬化，或添加其他惰性氣體以限制Cr等元素在高溫工藝中的揮發(fā)。

其他工藝可能需要引入足夠的工藝氣體（1 個(gè)大氣壓或更高），以便通過(guò)操作內(nèi)部風(fēng)扇來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)流加熱，從而均勻加熱具有復(fù)雜幾何形狀或大橫截面的零件。

分壓工藝：在接近真空的壓力下保持反應(yīng)控制

分壓工藝是指在爐子達(dá)到真空狀態(tài)后，向爐內(nèi)充入非常小流量的工藝氣體，從而在溫度升高時(shí)產(chǎn)生或控制反應(yīng)。工藝氣體可以是氬氣或氮?dú)獾榷栊詺怏w，也可以是氫氣或乙炔等活性氣體。

分壓熱處理工藝可用作爐內(nèi)吹掃，即通過(guò)添加惰性氣體的方式將爐內(nèi)大部分殘余氣體原子和分子排出。當(dāng)惰性氣體（如氬氣）在升溫過(guò)程中加入爐內(nèi)，可帶動(dòng)氫氣、氧氣和氮?dú)獾容^小的原子或分子的運(yùn)動(dòng)，迫使它們?cè)谙到y(tǒng)第二次抽真空時(shí)迅速排至爐外。

惰性氣體還可以減緩Cr等元素的揮發(fā)，因?yàn)?/span>Cr等元素在高溫和極低壓力容易從工件表面析出。在充入惰性氣體后，即使很低的惰性氣體的分壓，也有助于防止含Cr材料的元素析出。

有些材質(zhì)的鋼特別容易氧化，甚至可能在熱處理之前就已經(jīng)在其表面形成了氧化物。因此，有時(shí)我們需要在特定溫度下將氫氣*引入熱處理過(guò)程，促使某些金屬氧化物與通入的氫氣發(fā)生反應(yīng)，從而減輕工件的氧化情況。（*雖然從安全角度來(lái)看，在將氫氣引入任何系統(tǒng)時(shí)要非常小心是常識(shí)，但通常不建議在涉及含有鈦或某些銅合金的部件的熱處理過(guò)程中使用氫氣。）

在 AvaC 低壓滲碳等工藝中，在低壓下添加乙炔等工藝氣體有助于提供滿足特定要求的表面滲碳硬化解決方案。這對(duì)于具有非常復(fù)雜幾何形狀的零件特別有效：例如粉末金屬制造的零部件。

除了這些工藝之外，分壓氣體系統(tǒng)還可以用于避免零件和工裝之間的擴(kuò)散粘結(jié)，并提供一個(gè)臨時(shí)冷卻步驟，從而提高真空冷卻的效率。

對(duì)流加熱工藝：

對(duì)流工藝是將惰性氣體充入真空狀態(tài)的爐內(nèi)，直到容器內(nèi)的壓力等于或高于一個(gè)大氣壓。

將爐子抽至接近真空狀態(tài)，然后再用另一種氣體回充到與抽真空之前相同的壓力，這看似沒(méi)有太大意義，但通過(guò)控制回充氣體中存在的元素，可以確保所處理的零件不與環(huán)境空氣中可能存在的有害元素（如水或氧氣）發(fā)生反應(yīng)。

真空爐主要通過(guò)熱輻射進(jìn)行熱傳遞。在真空環(huán)境中，由于沒(méi)有環(huán)境空氣，熱量不會(huì)通過(guò)對(duì)流的方式進(jìn)行熱傳遞。因此，操作人員能夠在整個(gè)熱傳遞的各個(gè)關(guān)鍵步驟中對(duì)工藝溫度和均勻性進(jìn)行有效控制。但是，由于熱輻射沿線性方向傳遞能量，因此復(fù)雜曲面和深孔等幾何形狀可能會(huì)嚴(yán)重影響熱處理過(guò)程的一致性。

在爐內(nèi)充入一個(gè)大氣壓或更高壓力的惰性氣體，可以更好地控制復(fù)雜部件的加熱均勻性。且在較低溫度時(shí)，對(duì)流加熱比輻射加熱的效率更高。

內(nèi)部對(duì)流風(fēng)扇產(chǎn)生的氣流可以確保熱量有效的傳遞到整個(gè)復(fù)雜部件的所有幾何形狀中。氣流可以為深孔或尖角部分提供更一致的熱量傳遞，以確保整個(gè)部件都能均勻升溫并更快地達(dá)到需要的保溫溫度。從而在確保溫度均勻性的同時(shí)有效減少工藝時(shí)間，加快復(fù)雜零件的生產(chǎn)周期。

雖然真空爐主要的功能在于其氣淬的能力，但在升溫和保溫過(guò)程中加入工藝氣體為設(shè)備增加了更多的功能和更大的使用范圍。分壓及對(duì)流加熱使得真空爐對(duì)爐內(nèi)工作環(huán)境的控制更加精確，讓真空爐成為生產(chǎn)穩(wěn)定，清潔工件的理想工具。