文/iVacuum真空聚焦
我們知道，航空工業是高科技產業，大量採用前沿科學技術，選用各種比強度高的新材料，發展近無餘量成形技術、精密和超精密加工技術，等等。為了確保航空產品高性能和安全可靠，航空系統研究和採用熱處理新技術，率先實現了熱處理全面質量控制，加快了技術改造力度。
隨著國家「兩機」重大專項和軍民融合規劃的實施和開展，未來幾年將會有更多的熱處理企業參與到航空製造業中，並帶來高溫合金真空熱處理技術的迅速發展。
真空熱處理優勢明顯
真空熱處理是獨特的整體改性技術。經過真空熱處理的關鍵構件，不但可以保證其所要求的組織、力學性能與工藝性能，還可以深入挖掘出關鍵構件的潛能，保證和提高關鍵構件的質量和壽命，最大限度地發揮材料的潛力，從而滿足關鍵構件長壽命、高性能、結構減重的技術要求，實現全壽期成本的經濟可承受性，獲得自主創新的智慧財產權，達到國際先進水平，真空熱處理技術屬於國家核心競爭力。
真空熱處理由於具有無氧化、無脫碳、可保持表面光亮的熱處理效果，同時可使零件脫脂、脫氣、變形小和便於自動控制等優點，適應了精密熱處理的發展方向，實現了精密形狀和尺寸控制及精密組織性能控制。因此，真空熱處理技術廣泛應用於航空發動機高溫合金的退火、固溶、時效和去應力熱處理。
為解決航空附件的高強鋼、不鏽鋼、彈性合金等零件的熱處理氧化、變形問題，最好的辦法就是採用真空熱處理。試舉幾例——
l 被譽為「工業製造皇冠上的明珠」的航空發動機，一般在加工製造完成後，會對葉片進行熱處理，以消除表面應力。選擇合適的熱處理制度，對其已加工完成的零件尺寸變化有直接影響，特別是葉冠裝配尺寸的影響。通過選擇合適的真空熱處理制度，既消除了機械加工過程中帶來的殘餘應力，同時又滿足了航空發動機葉片最終裝配特性和材料性能特性。
l 某航空附件廠用真空熱處理爐代替鹽浴爐，使處理的柱塞彈簧的合格率由原來的10%提高到80%。而且，在真空中進行化學熱處理可大大縮短時間，如波音公司對直升飛機齒輪進行真空滲碳，由普通滲碳的8小時減少為4小時。
l 航空發動機的壓氣機整流葉片採用鈦合金製造，在試製初期，毛坯是通過下料、模鍛、空氣爐熱處理、化銑而成的。但這樣帶來的問題是：在生產過程中存在葉片氫含量不穩定、變形超差等問題。用真空熱處理取代普通熱處理，明顯減少了熱處理變形，降低了葉片氫含量。
真空熱處理的現狀
真空熱處理技術作為國防工業系統關鍵製造技術之一，受到世界各國的高度重視。例如美國熱處理設備約有50%以上為真空熱處理爐，且規格齊全、配套完整。美國為了加速其太空梭的發展，由5家公司組成聯合體共同開發針對5種新材料的成形及真空熱處理工藝，即高溫Ti-Al化合物、C/C複合材料、陶瓷基複合材料、高蠕變強度材料、高導熱材料。美國經韌化處理後的金屬間化合物可顯著提高韌性，而且，經真空工藝處理的金屬間化合物，更適於高溫下使用。
發展關鍵構件的真空熱處理技術研究，複合我國國防科技發展對國防工業系統關鍵製造技術研究所提出的要求。我國真空熱處理以每年30%左右的速度遞增，熱處理加工量佔1/3以上。航空工業還制定了真空熱處理的新工藝標準。
真空退火、真空油淬、真空氣淬、真空回火、真空除氣、真空除油、真空加壓氣淬等真空熱處理技術都已經很成熟，廣泛用於生產當中。在真空油淬增碳現象及其防止、真空加熱元素貧化規律、真空度與光亮度的關係、真空加壓氣淬冷速測定、真空熱處理工藝及工藝參數優化等方面的研究已經完成。真空熱處理已用於飛機起落架、梁、接頭及發動機葉片等重要受力件。
據了解，國內在真空熱處理領域也開展了相應的研究工作，並取得了顯著成果：
①解決了真空熱處理技術硬體的「有無」問題；
②打破了西方發達國家對真空熱處理技術硬體的壟斷；
③打破了西方發達國家對真空熱處理技術尖端硬體的禁運；
④促成了西方發達國家對真空熱處理技術尖端硬體的合理定價；
⑤促成了西方發達國家對真空熱處理技術尖端硬體在國內生產的局面；
⑥促進了國內真空熱處理技術硬體的長足進步。
因此，國內的真空熱處理技術的硬體的確有了長足發展，具備了由「仿製技術」向「自主創新技術」發展的前提條件，只要能得到相關政策的扶持，實現上述飛躍只是時間問題。
（1）真空油淬
真空油淬是真空熱處理的主要工藝，近年來解決了真空淬火油和真空油淬表面增碳等關鍵技術問題，除在工模具熱處理方面應用外，還成功用於重要結構件的精密熱處理。
（2）真空加壓氣淬
真空加壓氣淬是近年來真空熱處理重要和迅速發展的領域，主要問題是淬透性和淬硬性及與傳統的氣淬、油淬、分級淬火或等溫淬火對比和銜接，應從冷速測定和臨界直徑測定去研究。航空工業中，真空加壓氣淬已成功用於不鏽鋼、高溫合金、鈦合金、精密合金和部分結構鋼等零件的熱處理，發揮了重要作用。
目前，對於真空加壓氣淬技術的關鍵，是對重要的合金結構鋼、工模具鋼和不鏽鋼等進行測試，確定不同淬火壓強的臨界淬透直徑，以指導真空加壓氣淬熱處理生產。
（3）真空滲碳
傳統的滲碳工藝爐採用低碳鋼和低碳合金鋼，近年航空工業發展提出了高合金鋼和不鏽鋼滲碳要求，以提高使用溫度和耐磨性。典型材料有2W10Cr3N:V、13CrMo4VA（M50N:L）、1Cr11N:2W2MoV、1Cr12N:2WMoVN、1Cr17N:2、1Cr13、2Cr13等。
高合金鋼和不鏽鋼滲碳的技術關鍵有兩個：第一，採用真空滲碳可以圓滿解決不鏽鋼鈍化膜的去除問題；第二，滲碳溫度高。由於真空滲碳爐的加熱元件和保溫層是石墨和碳氈，真空下的耐溫可高達1700℃，因此很容易實現高溫滲碳。先進真空滲碳爐的最高溫度可達1350℃，完全能夠滿足任何不鏽鋼滲碳的溫度要求。
（4）真空磁場熱處理
磁場熱處理可以提高磁性材料的電磁性能，也可以提高結構材料的力學性能。真空磁場熱處理把真空熱處理技術與電磁場技術結合起來，形成真空熱處理的又一個分支。與普通真空熱處理相比，真空磁場熱處理在磁感應強度和屈服強度相同的情況下，矯頑力明顯降低。該技術已成功用於航空工業生產。
（5）真空熱處理生產線
近年來，隨著真空熱處理發展和應用的擴大，已不滿足於單臺或幾臺爐子的非連續生產，正在向真空熱處理生產線方向發展。國外已有很多真空淬火生產線，真空滲碳高氣淬生產線，航空工業已建成真空淬回火生產線，由兩臺真空淬火爐+一臺清洗機和兩臺回火爐組成，運行狀況良好，提高了真空熱處理生產水平和質量，減輕了工人勞動強度，改善了工作環境。
（6）爐溫均勻性檢測新技術
近些年發展應用的直插式測試方法，解決了高溫爐、連續爐爐溫均勻性測試問題。爐溫追蹤儀可以實現與測溫架或工件一起入爐、隨系統移動、記錄爐子溫度均勻性或工件熱工藝過程。
航空真空熱處理發展趨勢
l 真空加壓氣淬：提高冷卻性能、控制加熱和冷卻、發展更好淬透性的材料、氣體回收技術；
l 真空滲碳等真空化學熱處理：提高真空滲碳技術，發展其他真空化學熱處理技術、真空化學熱處理傳感器；
l 真空功能熱處理：真空磁場熱處理、真空氫氣熱處理、真空焊接與熱處理結合；
l 真空氣氛熱處理：針對高溫真空熱處理元素貧化和雙性能零件的真空熱處理問題，開展真空/氣氛熱處理的控制冷卻技術研究；
l 發展：真空熱處理生產線和柔性化技術，提高自動化和智能化水平，與各種冷熱加工生產線配合，適應先進位造技術發展要求。
結語
雖然我國航空工業真空熱處理取得了巨大進步，但並不意味著已經走到了世界前列。國外對於真空熱處理，將其視為「特殊工藝過程」予以高度關注，並將真空熱處理技術視為絕對的技術秘密加以嚴格保護。而國內卻將真空熱處理視為「不會帶來經濟效益的中間工序」予以削弱與忽視。
航空熱處理正處於迅速發展時期，新技術、新工藝不斷被研究和應用。不過，我們在關注研究和應用新技術、新工藝的同時，更需要借鑑和應用國際航空工業先進的管理經驗和規範要求，完善熱處理技術和質量控制體系，把熱處理技術水平推上新臺階。
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