不銹鋼真空熱處理是指將不銹鋼工件放在低于1個(gè)大氣壓的密閉容器(設(shè)備)中加熱和冷卻的熱處理。對于不銹鋼淬火或固溶化加熱(大于1000℃)，可控制真空度在5～10Pa，回火或消除應(yīng)力處理加熱(小于700℃)，可控制真空度在0.1～0.2Pa。在這種真空度條件下加熱，可有效地保護(hù)不銹鋼表面不產(chǎn)生前面述及的各類有害效果。
1．真空加熱特點(diǎn)
(1)加熱速度慢。在真空條件下加熱時(shí)，工件的加熱過程只有熱輻射和工件本身的熱傳導(dǎo)，不存在在空氣介質(zhì)中加熱的對流和介質(zhì)傳導(dǎo)作用，所以，在真空條件下的加熱速度要慢得多，工件實(shí)際溫度也要比爐溫儀表指示的溫度滯后得多。有試驗(yàn)研究證明，φ40mm的工件從880℃加熱到1020℃時(shí)，工件到溫時(shí)間要比爐溫儀表指示到溫時(shí)間滯后15min。所以，真空加熱時(shí)的工件保溫時(shí)間要比在空氣中的加熱保溫時(shí)間長，在實(shí)際操作中，保溫時(shí)間可延長1倍，或采取幾個(gè)臺階的加熱方式。
(2)可潔凈工件表面。真空熱處理可使工件表面得到凈化，獲得光亮的表面，這種效果是因?yàn)樵谡婵諚l件下，原先附著在工件表面上的油污、加工潤滑劑等可污染表面的脂肪類物質(zhì)可分解成氫、水蒸氣和二氧化碳?xì)怏w，這些氣體可迅速被真空泵排出，不會(huì)對工件表面形成污染。
(3)降低工件中的氣體含量。氣體在金屬中的溶解度是隨溫度變化的，一般情況是在高溫時(shí)溶解度大，低溫時(shí)溶解度小，在有相變點(diǎn)的金屬中，在相變點(diǎn)附近的溫度區(qū)間氣體溶解度變化更大。因此，金屬從液態(tài)冷卻成固態(tài)時(shí)，因冷卻速度快，有一部分氣體來不及逸出而保留在鋼中。一般鋼中均含有氧、氫、氮等氣體，這些氣體的存在給鋼的性能帶來危害。在真空熱處理?xiàng)l件下，鋼中氣體將向表面擴(kuò)散并從鋼表面逸出，隨之被真空泵抽出爐外。鋼中有害氣體減少的結(jié)果是提高了鋼的性能質(zhì)量。
(4)氧化物的分解。鋼中的氧化物在大多數(shù)情況下對鋼的質(zhì)量和性能是有害的。鋼中氧化物在一定條件下是可以分解的。在真空條件下，真空度低于氧化物的分解壓力時(shí)，氧化物將會(huì)發(fā)生分解反應(yīng)
2MO═══2M+2O↑
2O─→O2↑
氧化物分解后形成的氧會(huì)逸出鋼基體，被真空泵排出爐外。可見，鋼中的氧化物分解和氧的逸出，改善了鋼的表面質(zhì)量。
(5)合金元素的蒸發(fā)。鋼中的各種合金元素在一定的溫度下有各自的蒸氣壓，一種合金元素在不同溫度下也有不同的蒸氣壓。當(dāng)周圍的氣壓低于合金元素的蒸氣壓力時(shí)，合金元素將會(huì)蒸發(fā)。所以，在真空熱處理?xiàng)l件下，鋼中的合金元素會(huì)有不同程度的蒸發(fā)，結(jié)果是鋼中合金元素的含量會(huì)降低。鋼中合金元素的減少不僅使其物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化，還會(huì)影響鋼熱處理的效果和性能，特別是不銹鋼中鉻、鎳、鉬等元素的流失會(huì)降低鋼的耐腐蝕性能?？梢?，真空熱處理的這一特點(diǎn)是有害的。所以，為防止鋼在真空熱處理時(shí)合金元素的流失，在真空加熱溫度高于800℃時(shí)，常向爐內(nèi)通以惰性氣體，調(diào)整爐內(nèi)壓力，使其接近或高于合金元素的分解壓力。
2．不銹鋼真空熱處理生產(chǎn)操作
不銹鋼真空熱處理可依據(jù)鋼種的不同，用于退火、固溶化、淬火、回火、去應(yīng)力等處理。
(1)設(shè)備的選擇。真空熱處理爐有不同的型式(立式、臥式、組合式等)，不同的加熱熱源(電阻加熱、感應(yīng)加熱、電子束加熱、等離子加熱等)，不同的加熱方式(外加熱、內(nèi)加熱等)。按使用溫度可分為低溫爐(≤700℃)、中溫爐(＞700～1000℃)、高溫爐(＞1000℃)，按極限真空度可分為低真空(1.33×103～13.3Pa)、中真空(13.3～1.33×10－2?Pa)、高真空(1.33×10－2～1.33×10－4?Pa)、超高真空(1.33×10－4?Pa以上)。
對于不銹鋼熱處理來說，主要考慮設(shè)備操作方便，系統(tǒng)安全可靠，極限真空度達(dá)到13.3～1.33×10－2?Pa即可滿足使用要求。更高的極限真空度要求會(huì)增大設(shè)備成本。壓升率不大于0.6Pa/ h，溫度均勻性要高，溫差一般不大于±5℃，具有可滿足冷卻需要的氣冷或油冷裝置。
(2)不銹鋼真空熱處理操作要點(diǎn)。
①裝爐。工件裝爐時(shí)要均勻分布，保留間隙，這是考慮以輻射加熱為主的加熱特點(diǎn)，以保證工件加熱均勻。
②預(yù)熱。不銹鋼加熱溫度較高，當(dāng)工藝溫度在1000～1100℃時(shí)，用800℃溫度保溫預(yù)熱，工藝溫度大于1100℃時(shí)，可用850℃溫度保溫預(yù)熱，然后再升至工藝要求的加熱溫度。
③加熱溫度。不銹鋼熱處理的加熱溫度與在空氣爐中的加熱溫度相同，最好取下限溫度。
④保溫時(shí)間。不銹鋼真空熱處理時(shí)，在高溫區(qū)的保溫時(shí)間要比在空氣爐中加熱適當(dāng)延長，延長時(shí)間為1倍左右，在回火的低溫區(qū)，比空氣爐中的回火保溫時(shí)間略長即可。
⑤工作時(shí)真空度的調(diào)整?？紤]鋼在真空加熱時(shí)合金元素蒸發(fā)的特點(diǎn)，在高溫時(shí)，可用充加惰性氣體的方法，如氮?dú)獾?，升高爐內(nèi)壓力，爐溫在900℃以下時(shí)可控制爐內(nèi)壓力在1.33×10－1?Pa，在900～1100℃時(shí)可控制為13.3～1.33Pa，在＞1100℃時(shí)可控制為13.3～665Pa。
⑥冷卻。應(yīng)根據(jù)熱處理的工藝要求，采用爐冷、氣冷或油冷。
