真空热处理作为一种绿色环保技术，经过多年的发展，特别是高压气淬炉的广泛应用，使得工模具的真空热处理具有很多优势：无污染；一次装炉量大；节能；少无氧化脱碳；控温精度高；自动控制程度高，操作过程受人为因素影响小等，在我厂的工模具热处理中得到了成功应用。但同时在生产中也遇到了许多问题，这些问题牵扯的面较广，通过一一分析，制定了解决的措施，取得了一定的经验，下面就真空热处理在工模具中的应用及常见问题分析和解决对策，做出回顾总结。
一、刀具真空淬火
直径6mm由于变形由于变形，容易掉入盐浴中等问题，不能直接在盐浴中加热淬火，需要制作专用工具，安装套筒进行盐加热。虽然套筒是预真空，但由于预真空程度、套筒本身的氧化状态、盐炉温度波动大，淬火工具仍会产生氧化脱碳、硬度稳定性差等问题。采用自动控制的真空炉加热淬火，很好地解决了这些问题，大大提高了质量稳定性，一次容量大，节省时间和精力。但在真空淬火过程中遇到了其他问题：
1.淬火后刀具粘连问题
对于细长的杆状工具，为了防止加热变形，炉需要自然垂直安装。生产采用安装套筒的方法，即将数十个工具理顺插入套筒中立直。为了防止工具倾斜，套筒中的工具必须靠近。在这种情况下，真空淬火后经常出现工具粘附现象，严重时难以打开。粘附的原因是铬等合金元素在真空中蒸发，蒸发的气体金属粘附在工具表面，不仅污染表面，影响光度，而且导致工件表面硬度低、软点等问题。
必须注意减少或防止粘连，加热到850℃在上述情况下，通过降低真空度，及时回充氮气分压，防止此类现象的发生。对于这种密集排列，回充氮的分压应保持在800~1000Pa使淬火刀具光亮无粘。
2.真空淬火刀具不耐回火，硬度低
国产真空炉，6bar普通高速钢刀具的压力淬火，560℃回火后没有二次硬化，有时甚至有硬度下降的趋势，反映出不耐回火。为了防止回火时硬度下降，我们选择540~550的下限温度℃回火。
高速钢刀具在热处理过程中冷却速度是一个极为重要的因素，理想的冷却速度是“快”到可以使其在奥氏体化温度达到的平衡状态能“冻结”下来，这种状态的钢进行适当的回火将具有最佳的韧性和硬度。但在实际淬火时，存在着使溶于奥氏体中的碳化物重新析出的倾向，特别是在1000～800℃该范围的沉淀速度达到峰值。这种过分析碳化物的沉淀使基体中的碳和合金元素贫乏，从而降低了钢在回火过程中产生二次硬化的势能，降低了钢的硬度和韧性。法国爱和高速钢铁公司拥有1000~8000℃试验研究了不同冷却速率对最终硬度的影响，认为为为了避免硬度损失，必须至少7℃/s淬火压力应达到10bar，此外，还应合理设置炉内气体的吹向、循环和冷却方法。
3.同炉淬火刀具的红硬度不同
经正常温度回火后，真空炉淬火刀具硬度均匀性好，偏差1.5HRC大约590~6000。℃回火后硬度偏差加大。用法国爱和公司EM由钴高速钢制成M3.同炉淬火550以下规格的丝锥℃回火三次后，硬度为65.7～66.8HRC(见图1)均匀性好。6000℃×2h回火后，硬度不均匀(见图2)。
图1 1210℃淬火，550℃回火三次
图2 1210℃淬火，550℃回火两次 660℃回火1次
从图2可以看出，高温回火后，硬度约为62~63%HRC，20%在65～66HRC，其余70%为63～65HRC。600℃回火后硬度散差增加说明红硬度不同。
真空炉中的加热主要依靠辐射传热，对流传热影响不大。因此，靠近加热元件的刀具比背阴（不直接面向辐射体的一侧）快，淬火加热温度下相应的保温时间不同，碳化物溶解度不同，导致红硬度不同。另外360°真空炉的方向吹冷却，气流吹到负载周围，周围的冷却速度比心脏快，进一步加剧了红色和硬度之间的差异。为了解决这一差异，一方面，适当延长淬火保温时间，确保炉内各部分的工具完全燃烧，另一方面，真空炉本身的冷却方式和冷却速度也受到影响，如冷却风扇的启动模式、炉内气体的流动方向等。目前，除360外，真空炉气体的冷却°除了圆周冷却模式外，还有上下方形冷却模式。上下方形冷却时，气流通过负载，有利于多层放置的小工件。因此，应根据工件的特点选择相应的炉型。
二、真空淬火变形问题
人们普遍认为淬火变形小是真空淬火的优点之一，但在实际生产中并非如此。对于细长的杆和薄的圆形刀具，圆周360°冷却真空炉淬火的变形量远远大于盐浴淬火。在真空炉中淬火时，气体流向对工件的淬火变形具有重要意义。气体流向工件周围，容易导致工件变形，上下方形冷却气体可均匀流经垂直工件，变形较小。
为避免工件淬火变形，原则上气体应均匀流经工件，工件不得因自身重量或相互挤压而变形。
三、真空淬火脱碳问题
在真空加热过程中，由于氧分子稀薄，氧分解压很低，氧化作用受到抑制，通常在加热过程中不会发生氧化、脱碳等化学腐蚀。然而，对于有脱碳层的工件，在真空加热过程中，表面脱碳层会加深和加剧。为什么真空脱碳层会加重？由于与氧的反应受到抑制，可能与金属中碳原子的扩散有关。加热过程中，脱碳与未脱碳交界处的碳原子会扩散到低碳区，真空加热时间长，导致脱碳层加深。因此，不要认为真空不氧化会在真空炉中加热表面略脱碳的工件，这可能会使脱碳更严重，影响存活硬度。
四、真空炉体材料对产品质量的影响
由于高速钢是高温淬火，炉体保温材料的性能不仅对设备的使用寿命和降低生产成本有很大的影响，而且对热处理的效果和产品质量也有很大的影响。
2012年，我们对真空炉进行了大修，更换了炉胆、加热元件等部件。由于忽视了炉胆碳纤维的质量，维修后按正常工艺淬火回火的刀具硬度较高，逐渐反复加热回火至600℃硬度降低到63~666HRC，但这批刀具发送给用户后，用户发现硬度只有58~60HRC。再次分析前后硬度差的原因，突然意识到淬火回火后的高硬度仅限于表面层。热处理后，机械加工磨损了表面的高硬度层，刀具内部的真实硬度不高。至于表面高硬度，由于新炉胆碳纤维中的碳挥发，碳原子在高温加热过程中渗入刀具表面，造成高硬度的错觉。由于忽视了设备的影响，采取了错误的工艺措施，导致浪费。
此外，炉内挥发性碳纤维也会污染加热元件，严重放电加热元件，一旦火弧冲击工件，会造成工件表面局部烧伤，影响质量。我们的Cr12MoV当时，模具板已经烧伤了三次。这种碳纤维的污染经过半年的挥发和抽气才慢慢消除。因此，在确定炉衬时，应注意选择密度高、质量好或经过一些表面处理工艺保护的碳纤维材料。
真空热处理是一种清洁、节能、先进的热处理技术，但在实际应用中也需要注意一些问题。只有不断掌握规则，采取措施，培养优势，规避弱点，才能充分发挥其独特的优势。
