近年來，為了適應建立現代化國防需要，加快了航空工業的建設和發展，加大了航空熱處理技術改造力度，新建和擴建熱處理廠房，面積增加近一倍，設備更新在50%以上，同時也推動了航空熱處理新技術研究和采用。在真空熱處理、可控氣氛熱處理、熱處理冷卻技術、熱處理節能減排技術和標準與管理等方面都有了長足進步和發展。
1 真空熱處理技術
1.1 真空油淬技術
真空油淬是目前真空熱處理的主要工藝。真空油淬技術發展過程中曾遇到的技術難點是真空油淬增碳問題。上世紀七十年代的實驗研究表明，真空油淬可能產生增碳，使疲勞性能降低。近三十年解決了真空淬火油和真空油淬表面增碳等技術關鍵，除在工模具熱處理方面應用外，已成功用于飛機起落架等重要結構件的精密熱處理。
總結真空熱處理研究成果和生產經驗，1991年編制了HB/Z191-91“航空結構鋼不銹鋼真空熱處理書”，用于指導航空工業中真空熱處理生產。
航空超高強度鋼制起落架等重要受力件大都是長桿件，一般要求采用立式真空油淬爐進行垂直加熱和淬火，給真空熱處理帶來不少困難，成為航空真空熱處理的關鍵。1‑xpR
為了防止油淬時油煙上升污染加熱室，真空立式油淬爐一般有三個室：加熱室、中間室、淬火槽。淬火時，現將加熱的工件放到中間室，關閉爐門后再淬入油中，這樣淬火轉移時間長，很難達到結構鋼淬火轉移時間≤25s要求。通過良好緊湊結構設計和精密協調的控制，較好解決了立式真空油淬爐淬火時防止污染加熱室和縮短淬火轉移時間的技術關鍵，成功用于起落架等長桿件的真空油淬。
真空立式油淬爐還有一個沒有中間室的方案，真空加熱室直接連著淬火油槽，淬火時，通過向爐內通入大量氮氣壓制淬火時油煙對加熱室的污染。
1.2 真空加壓氣淬
真空加壓氣淬具有工件表面光潔、無需清洗、避免環境污染等很多優點，是近年來真空熱處理重要和迅速發展領域。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。目前航空工業中真空加壓氣淬已成功用于不銹鋼、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。
（1）真空加壓氣淬的冷速測定 3F*S=
真空加壓氣冷，提高了冷卻速度，可以代替傳統的氣冷、部分油冷或分級淬火，可以實現控制冷卻，達到合理冷卻的目的。所以研究真空加壓氣冷的冷卻特性，并與常規的爐冷、氣冷、油冷、硝鹽浴等冷卻方式對比是制定真空加壓氣冷工藝的重要依據。
我們用KHR-01便攜式冷卻介質性能測定儀，采用內裝熱電偶的鎳基合金探頭實驗法，測試了美國Abar-Ipsen公司H3636的各種壓力氣冷的冷卻速度，并與氣冷、吹風冷卻、油淬進行對比，實現了真空加壓氣冷的冷速與通常的冷卻介質冷卻的對比銜接。普通氣冷的冷卻速度介于0.1Mpa和0.2Mpa加壓氣淬之間，吹風冷卻冷速介于0.3Mpa～0.4Mpa之間。
（2）真空加壓氣淬的淬透性
目前，對于真空加壓氣淬技術的關鍵是對主要的合金結構鋼、工模具鋼和不銹鋼等測試和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。我們的試驗表明，5×105pa壓力下氣淬，可將φ80mm的40CrMnSiMoVA鋼淬透：40CrNi2Si2MoVA鋼可淬透φ60mm，2Cr13鋼可淬透φ130mm，9Cr18鋼可淬透φ50mm。也可借鑒的臨界淬透直徑國外資料的數據。
1.3 真空滲碳
真空滲碳多采用真空-充氣脈沖式滲碳工藝，以避免滲碳過程中產生內氧化等缺陷。該工藝具有工件表面光亮、生產效率高、成本低、可進行盲孔或小孔滲碳等優點，但工件表面碳黑多、尖角過滲等問題突出，應予防止。
我們采用國產雙室真空滲碳爐進行了不銹鋼真空滲碳研究，圓滿解決了不銹鋼由于存在鈍化膜而不易進行滲碳和滲碳溫度過高的問題。采用丙烷作滲碳劑、氮氣作載氣，合理控制兩種氣體混合比例及流量壓力，有效控制了真空滲碳過程中碳黑的產生及其影響。1Cr11Ni2W2MoV不銹鋼真空滲碳已用于航空零件的生產。
1.4 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。
我們研制成功可控制加熱和冷卻的真空磁場熱處理設備，對軟磁材料49K2ΦA（相當于1J22）和電機轉子進行了真空磁場熱處理，樣件和產品的磁性有很大提高，與普通真空熱處理相比，真空磁場熱處理在磁感應強度（B）和屈服強度（σS）相同情況下，矯頑力（HC）明顯降低。
2 可控氣氛熱處理
2.1 氮基氣氛保護熱處理
氮基氣氛是一種很有發展前途的可控氣氛，用于保護熱處理和化學熱處理。氮基氣氛用于保護處理可以達到少無氧化脫碳和光亮熱處理，氮基氣氛化學熱處理可以減少內氧化等缺陷，提高化學熱處理質量。氮基氣氛還具有氣源豐富、節約能源、成本低廉、安全性好、適應性強、污染少、不會產生氫脆，還可等溫淬火等優點，目前成為熱處理的重要分支。
氮基氣氛保護熱處理可以采用箱式多用途爐、底裝料立式多用途爐，也可采用井式多用爐。氮基氣氛保護熱處理可以滿足脫碳層≤0.075mm的要求。
氮基氣氛保護熱處理氣氛爐氣中主要是氮氣，含氫在6%左右。由于氮基氣氛保護淬火時爐氣中氫含量較低，對鋼件不會產生增氫。淬火試樣氫含量比原材料有所下降，但仍有氫脆危險，只要及時回火即可避免氫脆危險，不必增加專門除氫處理工藝。另外氮基氣氛熱處理使用溫度應控制在1050℃以下。
2.2 可控滲碳
（1）碳勢控制的精確度
在保證爐溫均勻性和溫度精確控制前提下，采用碳勢傳感器和碳控儀進行碳勢控制。
但在滴注式氣氛和直生式氧氣條件下，還需要紅外儀對CH4和CO進行控制。可控滲碳采取的控制方案主要有氧探頭控制、紅外儀控制、電阻探頭控制等。常用的是氧探頭控制，從單一參數控制逐漸發展到氧勢—CO—溫度三參數控制，碳勢控制精度±（0.025～0.05）%C。
（2）底裝料立式多用爐
底裝料立式多用爐具有如下特點：
①爐子升溫快，爐內氣氛可迅速轉換，該設備從室溫（冷爐狀態）升至900℃滲碳溫度的總計時間僅需1.5h，從爐內某一種氣氛轉換為另一種氣氛在幾分鐘內即可完成。可以實現薄滲層和表面碳勢（或硬度）同時要求的滲碳或碳氮共滲。
例如北京長空機械有限公司來用SOLO多用爐解決了0.05～0.10mm超淺層碳氮共滲。
零件熱處理質量長期不穩定問題，某型號航空產品中有兩項操縱桿類零件，其材料為ZG35CrMnSi，要求碳氮共滲層深度0.05～0.10mm，要求滲層表面硬度688～766HV。
②底線料立式多用爐生產線可根據需要配置火爐、清洗機、傳動機構，適應不同生產批量。配置靈活多樣，冷卻部分可配油槽、水槽、等溫槽和加壓氣冷室，可以實現油淬、水淬、有機淬火介質淬火、等溫淬火、加壓氣淬等多種工藝。特別適合航空熱處理小批量、多品種的特點，是代替鹽浴最佳方案。目前，航空工廠已有近10臺底裝料立式多用爐。
（3）高溫滲碳
今年在滲碳工藝方面重要發展之一是高溫滲碳，一方面高溫滲碳可以縮短滲碳時間，提高生產效率，另一方面高溫滲碳可以解決不銹鋼滲碳要求。隨著航空工業發展，很多零件要求抗蝕耐溫性能又要求耐磨，必須采用不銹鋼滲碳，可以使用真空滲碳工藝，也可使用氣體高溫滲碳工藝。
普通滲碳爐最高使用溫度為950℃，不銹鋼滲碳要求在1000℃左右，為此要求使用高溫滲碳爐，國內外已出現高溫井式滲碳爐、高溫箱式滲碳爐、高溫底裝立式多用爐等，采用耐高溫氧探頭進行碳勢控制。
不銹鋼高溫滲碳還有一個技術關鍵，就是要采用特殊方法去除鈍化膜，可以通入氯化銨或其他介質。
2.3 可控滲碳
提高滲碳控制精度，改善滲氮層質量和穩定性是當前化學熱處理另一個重要方向。精密滲氮基本要求是爐子有良好密封，保證爐內正壓，爐溫均勻±3℃～±5℃，氣氛均勻達到滲氮層偏差≤0.05～0.1mm,滲氮層組織在1～4級，波動范圍2級，白亮層≤0.01mm，氨分解率波動±1%～1.5%。一種方案是采用氫分析儀（或氨分析儀）控制，另一種是采用氫探頭控制。
滲氮爐最新進展：①采用氨高溫裂解作為載氣，有助于爐內氮勢精確調整，又可以在少量工件滲氮時，不用填加陪襯料情況下實現可控滲氮。②實現氮勢精確控制，通過傳感器、精密流量閥和氮控儀實現閉路控制。③滲氮數據庫和專家系統，可制定滲氮工藝和仿真控制。④去除不銹鋼鈍化膜的專利技術，較好解決了不銹鋼滲氮工藝，有通入NH3Cl、C2H2Cl4及預氧化法等。
3 熱處理冷卻技術
3.1冷卻特性測試標準
為了對各種介質冷卻特性進行比較，必須對測定方法，包括探頭材料、幾何形狀和尺寸、加熱和冷卻條件等進行標準化。由國際熱處理聯合會（IFHT）淬火冷卻委員會制訂，在1995年頒布了ISO/DIS 9950《用鎳合金探頭測定工業淬火油冷卻特性的試驗室測定方法》。該方法對淬火油冷卻特性測定采用尺寸為Φ12.5mm×60mm的Incone1600探頭。我國機械工業標準JB/T7951-2004“測定工業淬火油冷卻性能的鎳合金探頭實驗方法”等效采用了國際標準ISO/DIS 9950，采用鎳基合金探頭。
在冷卻介質評定和冷卻過程研究中都采用鎳基合金探頭和冷速測定儀，航空熱處理應重視冷卻技術，不斷配置必要的研究和測試條件。
3.2 淬火介質的選擇
熱處理生產中常用的淬火介質是油、水、空氣，有機淬火介質已發展成熟，應用越來越廣泛，特別是由于熱處理節能環保要求，有機淬火介質是發展方向。
在航空熱處理中應積極采用有機淬火介質，減少熱處理變形和減少環境污染。
成都某廠在4M空氣循環電爐上已成功使用UconA代替水，大大減少了鋁合金熱處理變形和鈑金件校正工時（50%以上）。
①7075模鍛件，長×寬約500mm×400mm,最大厚度為2mm。此鍛件粗加工后采用硝鹽爐加熱，再熱水中淬火后，測型面畸變量為1.0～1.8mm；采用新4m空氣爐加熱，在UconA水溶液中淬火，測型面畸變量為0.3～0.6mm，可見聚合物溶液淬火明顯減少了畸變量。
②鏡面化銑蒙皮7075材料毛料，尺寸2.45mm×1302mm×4991mm。該項蒙皮板淬火后，周邊翹曲，并有馬蹄印和折痕，后續中工種難以消除，零件報廢率達到100%；在UconA水溶液中淬火后，表面平整，消除了畸變現象。
③型材7075材料，最大厚度15mm，長度1500mm，該項零件淬火后，產生彎曲變形，與模具間隙超過2.5mm，校正周期長；在UconA溶液中淬火后，無畸形，不需校正。
3.3 淬火槽更新改造
航空工廠熱處理車間傳統的淬火油槽循環冷卻大都采用室外大油庫和泵循環自然冷卻，油庫較大，管路較長，由于年久失修都面臨大修；也有的小型淬火槽采用壓縮空氣冷卻，不符合質量控制要求，急需改善；還有很多新建廠房，也有設計布置淬火槽問題。
近年淬火冷卻倍受重視，引進和開發了新型淬火槽技術，主要有空氣換熱器和真空熱管換熱器技術、渦輪循環和泵循環技術，使新型淬火槽系統緊湊，先進、符合熱處理質量控制要求。另外真空爐、多用爐冷卻系統也大都采用空氣換熱器和雙循環冷卻系統，大大提高可靠性。
3.4 冷處理設備
近年航空工業發展要求使用高合金超高強度鋼AF1410、Aermet100等、沉淀硬化不銹鋼 17-7PH、PH13-8Mo、PH15-7Mo等鋼種，這些鋼種都要求進行冷處理，而且零件尺寸都比較大。有些滲碳零件要求控制表面殘留奧氏體，提高表面硬度，也要求進行冷處理。鋁合金熱處理還有液氮淬火和大型冷藏要求等等，所以對冷處理設備提出了更高要求。TUy*wp9
冷處理設備發展比較快的是液氮冷處理設備，它具有冷速快，又可控制冷速，溫度均勻性好，容易制作大型冷處理設備，節能，成本低。由于近年制氮技術進步，航空工廠熱處理爐使用氮氣也逐漸改為液氮，大都配置了大型液氮罐，這樣采用液氮冷處理設備具備了良好條件，應大力推廣。
4 熱處理節能減排技術
在機械制造行業，熱處理是耗能大戶，也是容易產生污染環境。在當前全世界和各國都在致力于節能減排的形勢下，熱處理行業節能減排的任務十分艱難和光榮。
4.1 熱處理節能
熱處理節能主要通過設備節能、工藝節能和管理節能。
（1）熱處理設備節能技術主要采用陶瓷纖維爐襯或輕質耐火磚，減少蓄熱；提高爐門密封性和減少爐壁開孔，提高爐子密封性；減少料盤、料筐重量，降低帶走熱量。
（2）熱處理工藝節能技術主要有采用先進熱處理技術，提高和穩定熱處理質量，發展復合熱處理和修復熱處理，提高零件壽命。
（3）熱處理管理節能技術主要是：企業設專人管理能源，并建立完善的管理制度；改善能源管理，合理組織生產；建立獎懲制度，調動各方面節能積極性。哈爾濱某廠，通過改進管理，達到了節能30%效果。
4.2 熱處理減排技術
熱處理生產過程中排放的廢熱、廢氣、廢水（液）、粉塵、廢渣、噪聲和電磁輻射都會對作業環境和周圍的環境、大氣、水質產生污染。
航空熱處理中主要的是真空爐和底裝料立式多用爐代替鹽浴爐，用高頻局部回火代替鉛浴局部回火，淘汰落后工藝技術。另外，對于有污染的作業環境，如吹砂、油煙等強化通風除塵。
5 標準與管理
航空熱處理特點是熱處理材料種類多、工藝復雜多樣、熱處理生產小批量多品種，要求嚴格，實行全面質量管理。為適應航空熱處理生產，重視熱處理標準工作，不斷把熱處理生產經驗和研究應用成果總結提高，形成標準，并嚴格執行。下一步發展是實現國內外一體化。
國內外一體化，就是實現國內產品熱處理與國際合作中各廠家產品均采用相同條件、相同設備及相同工藝文件進行生產和質量控制，實現真正意義上的與國際接軌。首先是企業通過ISO9000系列標準認證，建立完整有效的質量保證體系，產品按ISO9000系列標準生產和管理。其次在設備和各種條件上達到一定水平，滿足國際合作生產的各項要求。還要在技術上研究國內外的差異及解決辦法，然后建立一整套被國內外接受的技術文件，用于指導生產。
6 結束語
航空熱處理技術正處于迅速發展的時期，新技術、新工藝不斷被研究和應用。技術改造全面展開，航空工業與國際合作和接軌的形勢又對熱處理提出更多更新的要求，我們應抓住大好時機，密切合作，深入交流研討，學習借鑒國內外先進熱處理技術，把航空熱處理技術推上一個新臺階。
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