熱處理技術發展和熱處理行業市場的分析
1.概述
在整個國民經濟中凡涉及機械制造的任何領域中，熱處理是一項廣泛應用的一項重要的基礎工藝之一。它是金屬材料在嚴格控制的加熱和冷卻條件下進行處理，通過改變材料內部的顯微組織來達到人們所要求的使用性能或服役壽命。具體的要求往往在下述方面：⑴軟化材料，改善成型性能，提高機加工效率和生產效率；⑵提高材料的強度和韌度，增加零部件的壽命；⑶在保證材料心部性能的同時提高工件的表面強度、硬度、耐磨性、疲勞性和耐蝕性等；⑷研制新型材料和針對已出現的特種材料通過熱處理方法獲得特殊的物理、化學性能以滿足醫療、宇航、生物、光學、電子等領域中高要求的應用；⑸改進傳統材料的生產和處理，細化材料的組織，大大提高強度和韌度，充分發揮材料潛能，滿足愈來愈高的工業需要；⑹應用物理和化學沉積方法使材料表面的性能發生質的飛躍，滿足高速高精度加工的需要和高耐磨、耐蝕環境下的使用要求；⑺應用納米技術、復合材料技術制造出特種性能的材料。
金屬制品和工件經熱處理使其達到所要求的組織、性能和服役壽命，應按精確生產方式來完成，即使其在精確可靠運行的清潔設備中，按科學先進的工藝方法，在嚴格的管理下去完成處理全過程，獲得分散度為零的高質量水平。嚴格的管理包括工藝執行管理、設備管理、質量管理、能源管理、環保管理和人力資源管理等。這些管理項目在質量保證體系和環保體系的認證中規定十分明確。對一個投資企業，應十分重視ISO9000，QS9000和ISO14000等的認證。達到這些認證，才能找到和確定企業和汽車、宇航航空、機械、化工、冶金、紡織、工模具等方面領域的固定客戶，并爭取維持長期合作關系。
跨入21世紀，人類對環境保護的要求越來越高，我國已把環保作為一項基本國策，并開始推進清潔生產，要求施行綠色熱處理，生產清潔產品。施行綠色熱處理，最根本的是為了人類的可持續發展。世界環境和發展委員會在《我們共同的未來》報告中闡明“可持續發展”為“既滿足當代人的需要，又不致損害子孫后代滿足其需要的能力的發展”。易于理解的是要我們做到自然資源的合理開發利用，同時做好自然資源的保護和環境的保護。對一個企業而言，要處理好發展與效益、發展與創新的關系，也要處理好發展與資源、發展與環境的關系。優秀的企業家，要處理好這些關系，也一定要善于處理好這些關系。在處理中求得生存，求得效益，求得發展。
2 . 國內外熱處理先進技術與裝備
2.1.國外熱處理先進技術與裝備的水平
熱處理技術作為機械制造業中十分重要的基礎工藝技術之一，在整個工業領域中，應用十分廣泛。在充分發揮材料潛能，節約能源，進行清潔生產和人類社會可持續發展上，熱處理技術的拓展是絕不能忽視的。世界上工業發達國家都投入很多資金來發展這門技術。自1996年以來，美國、日本的歐洲的許多發達國家都先后制定21世紀熱處理技術發展規劃和目標。美國熱處理工業2020年遠景把目前和將來國外熱處理先進技術與裝備水平的目標和主要標志闡述得十分明確。
2.1.1 國外先進熱處理技術發展戰略目標
國外熱處理技術發展的戰略目標是可持續發展，產品質量提高，節約能源，精確生產，提高生產效率，國內的發展必應以此作為著眼點。這五個方面之間實際上是互相關聯和制約的。
可持續發展中首先涉及環境，熱處理是與環境和能源密不可分。熱處理加工過程中應用的生產物料和剩余物料很多可能都是致污染源。熱處理工作者要合理選用避免形成有害剩余物料的技術，對不得已產生的有害物質須應用先進的無害化處理方法使有害剩余物料達到國家或國際上規定的安全排放標準，并研究開發再生和重復使用的方法。國外對之研究很多，當然投資相當大。
熱處理的能源消耗在機械制造企業中約占20～30％。上世紀90年代中期有調查我國每年用于熱處理的電能約86億度（約占總發電量的1％），全國熱處理營業額約50億人民幣。1996年美國熱處理用電總量為51億度，比我國低40.7％，而全國熱處理營業額為150億美元，按當時匯率合計為1245億人民幣，是我國的24.9倍。由此可見，我國熱處理的能耗遠遠落后于發達國家。因而，我國熱處理設備和現行熱處理工藝的改進、完善和開發十分必要，節約能源的前景很大的。另外，我國機械工廠的熱處理用電費用約占產品生產成本的40％，這當然嚴重影響產品成本的降低。注意，電是二次能源，發電效率一般為30～40%，熱處理生產熱效率如達80％，則用電的綜合熱效率只有24％～32％。對利用一次能源天然氣的熱處理爐，加上煙道熱能利用，可使綜合熱效率達60％～65％。為此，在解決控制爐溫技術前提下，應用天然氣使耗能下降，降低成本和提高生產效率十分有利。日本在這方面應用較好。
熱處理產品質量的提高和精確生產過程，要涉及熱處理設備的質量、可靠性和控制技術的提高以及熱處理產品的質量重現性和產品性能的提高。熱處理設備的高指標要求的實現是熱處理產品性能、變形等質量分散度趨于零的重要前提。國外熱處理設備對熱處理全過程進行工藝參數的全面控制，并正在向自動化，集成化，柔性化和智能化的方向發展。在我國對上世紀60年代就應用的可控氣氛熱處理，還僅在部分大型企業和少數專業廠使用。全國范圍看，可控氣氛爐和真空爐總共尚不到熱處理設備的5％，一些勞動強度大、污染嚴重和能耗大的設備仍占不少數量。許多熱處理企業還主要靠手工操作，尚未進行碳勢的控制或只是初步的控制，淬火介質也只是采用水和油（主要是機械油）兩種。在這種條件下，要提高產品質量和進行精確生產僅只是空話，這要求企業領導層予以充分考慮。
以上項目的實現和保證，自然就能實現生產成本的降低和勞動生產率的提高。
國外工業發達國家正是這樣去規劃和努力的，我國也應該向這些目標奮進。美國熱處理工業2020年的遠景可以歸納描述如下：運用最新的CAD（計算機輔助設計）程序和熱處理數據庫，計算機模擬的仿真技術和精確控制技術實現對熱處理進行高度柔性化和智能化的全面控制及系統管理。熱處理工業的目標為：具有一流的熱處理質量，質量分散率為零；工藝周期縮短50％；熱處理工件畸變為零；熱處理能源利用率提高到80％；熱處理對環境影響減少到零；熱處理成本降低75％；取得高的生產率和利潤回報率；工作環境清潔，舒適和安全。其它還涉及：熱處理工人受到良好訓練，掌握先進技術和操作技能。政府為企業進一步減輕負擔，刺激熱處理企業發展和技術進步，并鼓勵投資和銀行貸款。產、官、學、研和會（學會、協會）合作加快推進先進的熱處理技術。
2.1.2 國外先進熱處理技術主要標志
針對上述國外先進熱處理發展戰略目標，具體的發展主要標志可概括為８個“少無” ：少無污染，少無畸變，少無分散，少無浪費，少無氧化，少無脫碳，少無廢品和少無人工。這兒以下述四個方面對目前國外先進熱處理水平予以論說。
2.1.2.1 清潔生產和零污染：熱處理生產有些會形起環境污染，主要是指生產過程中產生的廢氣、廢水，廢渣，噪聲和電磁輻射等。先進的熱處理技術應采用清潔設備，對清潔材料進行清潔工藝的生產。
真空設備，可控氣氛設備，離子滲設備，低NOx、SOx燃料燃燒設備，流態床設備等屬無污染清潔設備；N2和各種惰性氣體，聚合物淬火劑，無氟氯烴清洗溶劑，Al2O3和SiO2等流態床粒子（具備除塵條件）等材料屬清潔材料；真空處理，可控氣氛處理（盡可能減少CO2排放），屏蔽良好的感應熱處理工藝屬清潔工藝；這樣，真空熱處理，低壓滲碳，等離子熱處理，高壓氣淬，真空清洗，三束（離子束、激光束、電子束）熱處理，噴霧噴水淬火等顯然可屬少無污染的清潔熱處理技術。
對氣體滲碳和用滲碳氣氛加氨的氣體碳氮共滲和氮碳共滲后排出的廢氣應經點燃后才可無害排放；離子滲硼中不可使用劇毒的B2H6（乙硼烷）；對鹽浴中不可使用受熱要分解產生氰根的黃血鹽和赤血鹽；對含碳酸鹽的鹽浴不可使用尿素或縮二脲，因為它會反應生成氰酸鹽，后分解為氰鹽。對含S和Li的氰酸鹽—碳酸鹽鹽浴可使氰化物保持在0.1～0.8%的低水平，處理零件的滲氮后性能良好，且處理周期縮短，這工藝在美、歐和日本應用相當多，法國HEF公司的SURSULF工藝及處理后進入氧化鹽浴屬于這種技術，（我國的LT硫氮碳共滲法也是）。在氰酸鹽浴中添加有機聚合物melon也可將氰鹽含量降到2%～3%，其余大部分是無毒的氰酸鹽，法國HEF公司的德國Durferrit子公司（原屬Degussa公司）的Tufftride / Melonite / Tenifer / QPQ處理鹽浴屬于此類技術，（我國成都工具研究所的QPQ復合鹽浴處理也是）。清洗水中的氰含量已經稀釋可無害排放。盡管如此，法、德和日本對這些工藝的無公害處理十分嚴格，并研究廢鹽的再生。對高速鋼刃具淬火仍采用的BaCl2鹽浴和含BaCl2廢水須經無害化處理達標后才允許排放，德國已采用專門技術和裝置來解決。
對有些應采用的非清潔工藝和非清潔材料，在整個處理過程中要進行全封閉，并在密閉系統中進行處理，實現無公害排放。處理的渣物要研究予以再生或作特殊處理。
2.1.2.2 精確生產和零畸變：熱處理過程中的加熱和冷卻會使金屬工件在處理后發生形狀和尺寸的改變，增加加工余量的用再加工方法予以消除，變形超差則會引起報廢，使已投入的材料和資源損失。工件變形也會影響互換性和減小運行的精密性，造成效率減低，能耗增大和噪聲等弊病。為此，熱處理零畸變十分重要，這要依靠熱處理過程的精確生產來保證。精確生產要靠控制精度高和可靠運行的熱處理設備（溫度、壓力、時間等工藝參數的精確控制和重現控制），材料的成分組織（含量偏差，雜質含量和偏析，原始組織一致）及相應的材料熱物理性能和工藝性能偏差小來予以保證，從而使同一爐批處理件的質量（組織、硬度、變形、表面狀態、滲層深度、滲層濃度分布等）差異縮�。ɑ蛟诩夹g要求控制范圍內）和使不同爐批處理產品質量重現性提高。
工件發生變形主要發生在冷卻階段，淬火過程中工件均勻冷卻，減小工件表面和心部的溫差對減小畸變至關重要，所以應合理選擇冷卻介質和冷卻方式。采用聚合物淬火介質、采用循環和攪動方式及速度控制冷卻，合理選用淬火油溫度，控制淬火油面壓力（以達減小工件淬火變形），進行鹽浴分級或等溫冷卻，施行氣體冷卻，噴水噴霧冷卻，應用計算機模擬的冷卻場技術，施壓淬火，利用回火余熱在自動矯直機上矯直等技術的采用，為減小畸變創造條件。
國際上名牌汽車齒輪滲碳后淬火減小變形的主要措施是實現等溫和分級淬火，減小齒輪心表的溫差和發生相變的不同時性，來降低熱應力和組織應力的差異。也有報導汽車齒輪在低壓滲碳后施行變向高壓（2MPa）氣淬，可使同步環齒輪畸變落在非常狹小的范圍內。
應指出，嚴格的管理，科學先進的工藝方法，可靠的設備，精確的傳感器，能實現精密控制的成套工程系統（包括儀器儀表、伐、泵，執行動作元器件，計算機，程序設計和實施等）是確保精確生產，實現無廢次品生產和質量分散度為零的生產的保證。
2.1.2.3 少無氧化和少無脫碳：一般金屬在空氣中加熱會發生氧化和脫碳，這會造成金屬的大量耗損，也破壞工件的表面狀態和加工精度。表面發生脫碳的鋼鐵工件在熱處理后的性能會有所下降：硬度降低，耐磨性下降，表面產生張應力，降低抗疲勞性，耐蝕性變差等。這就有必要再行加工去除氧化脫碳層，或進行“復碳”處理，這必然增加生產成本，浪費材料，增加能耗和降低成品率。
屬于少無氧化的熱處理技術主要包括應用氣氛、真空、感應、流態床、鹽浴、激光束、電子束、離子束、涂層、包裝（packing）和還原性火焰下的燃燒爐加熱技術。應用氣氛包括惰性（主要是Ar）和中性氣氛（N2氣中）以及可控氣氛（控制H2/H2O，CO/CO2的比值至一定程度）。對前兩者的氣體應進行干燥，使露點下降至-60℃以下。對后者的氣氛要在使用溫度下具有還原性，它對防止脫碳而言，還要控制氣氛碳勢。應用氣氛在近30年來，有應用氮基氣氛的，它可應用碳分子篩的變壓吸咐空氣來制氮和應用薄膜分離制氮。對滲碳，由純氮和甲醇裂解氣體混合的合成氣氛可以替代應用天然氣或丙烷制備吸熱型氣氛。通常生產中可應用99.8%的普氮中滴入甲醇，靠甲醇裂解氣中的H2和CO來去除普N2中的殘留氧。這樣方法是簡單的，但在美國由于甲醇漲價，使成本增加很多。實際上在天然氣供應保證下，使用天然氣制備放熱或吸熱型氣氛更為可行。
應用真空，將爐子抽到0.1Pa的真空度，可實現大多數金屬的無氧化加熱，但由于真空中的加熱是輻射加熱，加熱速度較慢。往往再通入約0.8×105Pa的惰性氣體或氣氛，增加一定的對流來提高加熱速率，這在真空熱處理爐中已漸漸推廣使用。當前真空熱處理設備有單室、雙室、三室、多室、油淬、氣淬、油氣淬兩用、高壓氣淬、低壓滲碳高壓氣淬、多室低壓氣淬和高壓氣淬結合的半連續生產線以及低壓滲碳、高壓氣淬和回火的柔性生產線等。
感應加熱由于加熱速度迅速，這時工件氧化不嚴重，也可屬少無氧化加熱方式，在一點不允許發生氧化場合可在感應加熱同時通入氣氛加以保護，日本電子工業（株）已提供類似的技術。目前已有應用感應加熱進行滲碳化學熱處理報導。應用流態床（必要條件下通保護氣）和正常脫氧的鹽浴爐中可實現無氧化加熱。在缺乏氣氛爐的現場可使用防氧化涂料和應用不銹鋼箔包裝后在空氣爐中的加熱，但注意，這幾種加熱方式會使加熱工件表面出現少量的脫碳。
鋼件在空氣或含CO2和H2O的氧化性氣氛中加熱會發生脫碳的弊病，發生脫碳比發生氧化更為嚴重，要求也更嚴格。對加熱淬火而言，應用CO-CO2、N2-CO-CO2-H2-H2O混合氣氛，爐氣的碳勢須與工件表面含碳量一致，對中高碳鋼的加熱，必須對爐氣實行碳勢控制。對應用真空加熱中，真空度達到不氧化時，也就不會發生脫碳。國外先進的熱處理技術中對脫碳是控制相當嚴格的。
2 .1.2.4 開發節約能源的設備和工藝：開發節約能源的設備和工藝是十分有效的節能措施。近年來，連續式爐取代周期式爐，節能潛力很大。燃燒爐上采用高效換熱器來預熱空氣，合理控制燃燒系數（α）在1.1～1.3范圍，推廣具有蜂窩式周期蓄熱器裝置，橫向燃燒的燒嘴和輻射管，都達到很好節能效果。從爐子設計上看，爐子散熱量大小與爐子外表面積有很大關系，這樣，爐子圓形截面可比矩形截面的表面積小14%，外壁爐殼溫度降低10℃，使通過爐壁的散熱減少20%。為此，目前日本的密封多用爐和推桿式連續式爐都改為圓形截面。有報導，日本同和礦業（原日本東京熱處理）將20年前的滲碳、淬火、清洗和回火推桿式生產線進行節能改造，將前清洗改為燃燒脫脂，脫脂廢氣熱量用作回火爐的部分熱源，將滲碳爐排出的氣氛用作脫脂爐和堿液清洗槽及淬火油的加熱，這樣的廢熱綜合利用使燃料費用減少40%，同時改善了環境。在我國，設備的節能潛力更為巨大，千萬應引起我國熱處理工作者和設備制造商的重視。能源的節約帶來的是財富。
開發節能的熱處理工藝也是很有效的節能措施。實施高溫滲碳可大大縮短工藝周期，日本早就進行這項工作，把滲碳溫度從930℃提高至1050℃將減短工藝周期40%。但在一般電阻爐中實施受到發熱體和耐熱材料的限制難以兌現，而在真空爐中進行低壓滲碳，在1050℃進行滲碳是輕而易舉的事�，F在乙炔低壓滲碳已成熟應用于生產，實現了真空滲碳技術的革命性突破，通入低壓氨氣也可實現乙炔低壓碳氮共滲，不論從質量、環保和經濟來看，乙炔低壓真空滲碳是能整合進入生產線的符合未來要求的表面改性技術（下文還有論述）。
以氮碳共滲、硫氮碳共滲和氧氮共滲代替滲碳和碳氮共滲可把工藝溫度從850～930℃降到550～580℃，代替一般氣體滲氮可把工藝時間從30～70h減少到1.5～3h。另外鋼件鍛后熱處理，應用非調質鋼取代昂貴耗能的淬火＋高溫回火工藝都可達節能目的。
有報導，我國每噸鋼材的耗電在500～1000kWh，比美、歐和日本高2～3倍，從上面分析，開發節約能源的設備和工藝潛力很大，前景樂觀，但一定要付諸努力。
2.2.我國熱處理工業目前狀況和與國外存在的差距
2.2.1 目前狀況：我國熱處理工業的基本情況與美國（1996年）和日本（1998年）的比較列于表１。我國的情況１常見于一般雜志上刊登的，實際上是我國上世紀90年代中期的情況；我國的情況２取自金屬熱處理2005年，是中國熱處理行業協會樊東黎教授根據2003年約20余個工業城市調查基礎上的推算估計值，估算似乎相當樂觀。
現在全國全能企業熱處理廠、分廠、車間、股份制、民營熱處理企業約15,000家，其中全民制企業約12,000家，占80%，個體民營和股份制企業約3000家。熱處理員工（按每家25人計算）總數約37萬人，其中技術人員和管理人員約3萬和3.3萬，占8%和9%左右。全國熱處理加熱設備約15萬臺（一標準臺以75KW計算），裝機容量為11×106kW。計算的全國加熱設備年生產能力近45×106t。計算的消耗電總量為9.9×109kWh。折算的全國熱處理年營業額約310億元。由此計算的我國年勞動生產率為8.7萬元／人年，超出我國第九個五年計劃后期的6萬元／人年水平，但仍為美國1996年水平的1/10。以能源利用計算，全國熱處理平均單位電耗約730kWh/t（全國年實際熱處理生產量以13.5×106t算），指望2005年大中城市平均電耗達500 kWh/t的“十五”目標可以實現。
國內對專營熱處理的民營股份企業的計算：企業數約3000家，保守地設每企業年平均營業額為200萬元，則全年數為60億元，占全國熱處理總營業額的20%，此比例大于美國的10%（1996年），小于日本的30%。又設每企業員工數為10～12人，則全員勞動生產率為20萬元／人年 ～ 16.7萬元／人年，為美國（1996年）的1/4～1/5。估計上海地區的數字會更高。這為投資和收益的推算僅提供參考。
上海的情況按2000年有關文章介紹：全市共有加熱爐6500余臺，裝機容量36萬kW。全年用電量為3億kWh，年熱處理工件重量約60萬噸，按此計算電耗數為500kWh/t，名列全國前茅，已達我國“十五”目標。估計近兩年又會有下降。但這數字與1997年《國外金屬熱處理》雜志上報導的引進Holcroft公司設備的先進能耗（356kWh/t）比尚有一定差距。當然應指出，我估算的是平均值，先進設備的值是單臺數據。這兒僅作說明方便而已，影響能耗的因素是多方面的。有報導歐洲國家的能耗為400度/t，日本為300度/t（年數不詳）。
2.2.2 熱處理設備現狀和差距
我國的熱處理爐以電爐為主（占90%以上），但存在能耗高、熱效率低和性能差的弊病。很多生產廠目前使用的熱處理設備還是上世紀六七十年代制造的，未完全擺脫五十年代仿蘇產品的狀態。熱處理設備70%在空氣中進行加熱，可控氣氛加熱和真空加熱只占5%左右。
按1985年全國熱處理電阻爐數量及構成表，一般箱式爐、鹽浴爐和井式爐（包括井式滲碳爐）占的比例分別為35.56%，21.31%和21.30%。另外，按上海市熱處理行業最近的設備統計，一般箱式爐、鹽浴爐和井式爐占的比例分別為40%，5.55%和29.11%。相比較可見，在我國的主要熱處理設備中，20多年來，一般箱式爐和井式爐比重相差不大，（鹽浴爐由于近年來BaCl2的禁用而大比例縮減）。設備的陳舊可見一斑。此外，上海真空爐、可控氣氛爐的比例提高至3.67%和8 %，合計為11.67%（高于全國水平），雖比1985年的1.68%提高了近10倍，但還遠遠適應不了熱處理工業中四種工藝的要求比例：滲碳／碳氮共滲占20%；中性氣氛中淬火占20%；在真空中淬火占15%；退火／去應力占10%，其它如感應熱處理、滲氮、釬焊、鹽浴熱處理和有色合金熱處理約占35%（美國）。
金屬在氧化介質中加熱會造成嚴重的氧化損耗，在汽車制造上燒損量達7.5%，即每臺裝重汽車損失優質鋼材40～50kg，每臺轎車為25～30kg，如冷軋鋼帶的中間退火采用無氧化加熱，可節約20%材料。少無氧化加熱已日不容緩，雖然國內汽車、拖拉機、軸承、彈簧、緊固件行業和重點骨干企業少無氧化熱處理比重已達80%左右，但一般水平還保持在30%左右。同時，國內的設備還停留在手工操作上，勞動強度大。
少無氧化熱處理技術的普及在世界上是上世紀80年代到90年代熱處理水平的主要標志。先進工業國家無氧化熱處理比重已達80%以上。據報導，歐洲工業國在1980年經真空熱處理零件比重為3%，1985年增至18%，2000年增到23%，可控氣氛熱處理比重也由19%增至29%，在氧化氣氛中熱處理件由57%減至7%，美國石油機械制造業在1985年少無氧化熱處理就達60%以上。在這點上講，我國的水平還處很低水平。
有人估計，我國在2010年基本完成“少無氧化”熱處理為中心的技術改造的話，那么到2010年我國總體熱處理生產水平會達到目前歐美國家的水平，同時有望使部門骨干企業達到當時的國際先進水平。國內更多的股份制企業和民營企業對先進熱處理設備的需求會更為突出。隨工模具發展和航空工業的持續技術改造，對高壓氣淬真空爐需求每年會達300臺以上，到2010年80%真空熱處理爐的需求是1000kPa以上的雙室高壓氣淬爐。低壓滲碳和2000kPa高壓氣淬生產線會在汽車行業得到一定的推廣，使用低壓滲碳后在1000kPa～2000kPa的惰性氣體中氣淬來代替油淬是重要發展趨勢。但國內設備制造廠恐怕還難以適應這種要求。
設備的解決同時，還要密切注意加工市場。我國現在熱處理加工能力存在過剩，一般設備平均利用率只有30%。對新建熱處理企業尤其要注意，不建立固定客戶網是不行的。美國2020年遠景中講到：與客戶十年的合作是典型的，要從最初的產品設計階段的熱處理都包含在內，才收到縮短加工周期和降低用戶及熱處理廠生產成本的效果。
關于國內工藝輔助材料、職工素質、管理、人才資源方面差距不在此累贅。
2.2.3 有關實例：有關實例，我選了美國一家，英國一家，日本一家和韓國二家，國內選了長春第一汽車廠。
⑴美國通用GM的DELPHI Saginaw Steering Systems熱處理車間，是底特律GM公司的第5分廠熱處理車間。主要產品是轎車的傳動器和轉向器零部件，如半軸、十字軸、轉向節、球頭銷等，年產250萬套。其生產設備是美國Holcroft工業爐公司的四排大型連續式氣體滲碳自動線10條，其中6條用天然氣加熱，4條用輻射管加熱。車間與冷加工車間連在一起，整個車間只有8人操作。
⑵英國Bodycote金屬技術集團是世界性的專業金屬服務公司，分金屬熱處理、熱等靜壓、金屬涂層和材料測試服務中心四部門。在英國Birimngham有該地分部和Aldrige分部從事熱處理服務工作。Birimngham分部是于1991年建立的較現代化專業廠。有Ipsen公司92年制造的全計算機控制的7臺多用爐的連續生產線，每臺多用爐的裝爐量為1000kg，由一臺計算機進行自動控制，日夜連續處理，除裝卸零件外全部自動控制。該集團意識到世界一流設備對服務的重要性，不惜投資400萬英鎊。該分部已獲得ISO9002和英國BS 5750-2認可。它取得歐洲、日本和美國宇航工業、通訊、汽車、精密工程等生產許可證。其員工31人，人均年產值達7.3萬英鎊（合100萬元／人年）。其滲碳件的收費為0.5～0.8英鎊／kg（合7～11元／kg）。該分部還有3臺流動粒子爐，購自德國Schwing公司，爐溫可達700～1100℃，可進行碳氮共滲和淬火處理，自動化程度較高。
Aldrige分部是一個較老的廠點，廠房和設備比較陳舊，其工作環境和制造水平與我們國內相差不多。設備是幾臺老式網帶爐和氣氛爐，仍在生產。此外有4臺離子滲氮爐（Φ2 m）用于處理齒輪。還有一臺離子鍍膜機和一臺化學氣相沉積TiN設備，用于處理冷沖模具和刀具等。后幾種是現代化程度較高的設備。
⑶日本東伸熱處理株式會社，位于大阪府八尾市的本社工場，成立于1943年，進行氣氛爐滲碳，無氧化淬火，真空和高頻感應熱處理。前者是用周期爐和連續爐進行汽車零件熱處理及其它機械零件熱處理。真空熱處理主要用于軸承零件。該工場實現了柔性生產體制。生產線由6臺多用爐，5臺回火爐，油冷槽1臺、水冷槽1臺，清洗槽1臺，脫脂槽1臺，備料臺1套，料盤滾道1套，料盤旋轉臺1個，無人運料小車一個，2列18位4層的主體框架1套構成。本社工場于1997年7月通過ISO9002認證。
⑷韓國現代汽車蔚山廠，以生產轎車和輕型車為主的汽車廠。其中傳動器車間生產軸和齒輪，熱處理僅作為一道工序布置在加工線上，零件在冷加工線上已放在熱處理夾具上。熱處理有9條單排連續滲碳自動線。其中一條由美國HOLCROFT公司制造外，其余8條均由東宇熱處理工業株式會社制造。這8套設備比較精致，是典型的小巧玲瓏日本式。采用的滲碳氣氛為丙烷加RX氣，最高滲碳溫度為900℃，在850℃淬火區通入NH3,以使工件表面形成碳氮共滲組織來提高力學性能，然后淬入140℃硝鹽浴，以最大限度地減小變形，使齒輪表面精度提高，壽命提高和減小噪音，該硝鹽處理是現代廠的特色。9條自動線上只有2人在設備進出口走動，進行設備的檢查和填寫工藝記錄卡的管理。
⑸東宇熱處理工業株式會社彥陽工廠，是一全能熱處理生產廠，員工50人，人均創年勞務收入為150萬元，是很可觀的。工廠按工藝劃分成3部分，第一部分為滲碳區，有12臺密封箱式多用爐，整盤整盤的汽車和建筑機械零部件先在1臺雙工位真空清洗機上清洗干凈（代替脫脂處理），后進入多用爐內進行滲碳，過程由計算機控制，所有數據打印出來，由操作者認可并填入檢點卡。12臺箱式爐由1人操作。第二部分為真空滲碳、滲氮、沉積TiN和滲金屬（釩）。設備為真空滲碳爐、罩式滲碳爐和滲金屬井式爐，產品是工模具和要求高的零部件。工件處理后進行嚴格的檢測金相、硬度、層深和變形等。第三部分是熱處理前后的輔助工序區，如裝夾具、熱處理后的噴丸、校直及裝料箱的清洗等。
⑹長春第一汽車廠底盤熱處理車間，在消化吸收引進美國Holcroft公司雙排連續滲碳淬火線的基礎上自營制造了多條生產線，滿足變速箱齒輪、后橋齒輪大批量和高質量的生產，使產品達到德國高爾夫轎車熱處理要求的標準，其中滲層均勻度為±0.15㎜，齒輪表面的碳濃度波動±0.05％C，表面硬度均勻性為±2HRC，并且通過工藝調整，采用熱油淬壓床淬，使齒輪齒套的變形控制在合格的范圍。齒輪在滲前施行密封爐中燃燒脫脂和預氧化處理，保證了滲碳層的均勻，也改善了表面出現反常組織的問題。設備的運行環境清潔，節能達到引進爐的356kwh/t能耗的水平。
我在這兒既列舉國外的先進技術水平、設備情況，也列入我國先進企業的情況是想讓投資企業家從中獲得裨益。
2.3.目前主要熱處理先進技術與裝備
近25年來，熱處理先進新技術大量涌現。主要的表現為：⑴以保護氣氛和控制氣氛的少無氧化和少無脫碳方面的熱處理技術愈益普及和日趨完善；⑵低壓滲碳，可控滲氮，表面改性等新技術不斷涌現；⑶真空熱處理和高壓氣淬應用日益擴大，清潔生產發展大大改善環境；⑷節能熱處理和綠色熱處理技術獲得發展；⑸熱處理產品質量、精確生產愈益嚴格；⑹重視可持續發展，環保和治理；⑺計算機應用和控制技術進步；⑻熱處理作業的自動化水平不斷提高。以下按工藝方法或類別敘述。
2.3.1 保護氣氛和控制氣氛熱處理方面：可控氣氛熱處理是熱處理生產技術先進的主要標志之一。下述2.3.1.1 說明先進設備情況和主要控制特點，2.3.1.2 ～2.3.1.5表示先進工藝情況。
2.3.1.1 設備和控制特點：⑴目前，熱處理加熱設備大多采用電能，操作和維護方便，但從能源利用率上看，應用一次熱源的燃料爐，采用先進燃燒技術和充分利用余熱，綜合熱效率可達80％，日本這方面應用較好。
⑵減少爐子熱損失和爐襯蓄熱，充分利用余熱，保證爐子密封性。
⑶采用預抽真空密封多用爐、可取消火簾，節約燃料，縮短爐內排氣時間，碳勢恢復快，提高生產效率。⑷爐溫均勻和氣氛均勻性高，決定產品質量好。一般要求滲層均勻性≯0.1㎜，表面碳濃度0.05 %C，硬度均勻性＜1.5 HRC，這樣要求有效加熱區的爐溫均勻在5℃范圍和使爐氣充分循環均勻。⑸采用氧探頭和可編程控制器（PLC）碳控儀，可使碳勢控制精度在0.05%C范圍。氧探頭的炭黑污染和氣氛滲透會使其批示發生誤差，德國Ipsen公司的Supercarb直生式氣氛控制系統中增加氧探頭定期清理措施，并采用一種補償電極和特殊合金電極來克服這一弊病。⑹設備可靠，機械動作、電器元件、儀表、傳感器、配套件正確可靠。⑺筑爐材料和工藝材料質量好。⑻具備故障自診斷系統，計算機屏幕顯示，普遍采用觸模式自診斷系統。⑼有的在采用氧探頭控制氣氛時應用兩個傳感器，借助第二個探頭或紅外CO2分析儀監控。
2.3.1.2 直生式滲碳技術：將碳氫化合物和空氣直接通入爐膛制取碳勢可控氣氛，目前是一條解決氣源問題的重要途徑。
以前的吸熱型和放熱型氣氛在爐外有發生爐裝置，而各種直生式氣氛是將燃料氣直接注入爐中經反應后生成所需要的主要組分CO和H2及CH4，雖然這些重要組分達不到熱力學平衡，但是可加以控制。即使氣氛中有高的CH4量，碳的傳輸仍受CO反應所控制，這種非平衡氣氛中穩定的碳活度仍可用人們熟知的平衡氣氛方程確定：ac＝K（t）Pco/Po20.5
這兒CO含量不是常量，隨滲碳溫度和時間而改變，因而要附加紅外氣氛分析裝置測定CO值，將氧探頭、CO分析值和溫度傳感器值輸入計算機，按上式為基礎進行數學處理，就能控制直生式非平衡氣氛中的碳勢。注意正確測定氧勢中，為了改變原來CH4含量＜1％的條件要求，因為CH4會高至2％～10%以上，這時氧探頭應采用特殊合金電極并附加補償電解質。
經過檢測的一組氣氛包括燃氣和一種氧化氣體一起直接注入加熱爐中產生直生式氣氛。采用的燃料氣有：天然氣、丙烷、丙酮、異丙醇，另外，乙醇、丁烷、柴油和煤油等液體介質也可使用。另一組份可以是空氣，也可使用CO2和H2O。氣氛的碳勢通過注入的空氣量來控制，減小空氣流量則提高碳勢。這種爐子可用氣體加熱，還要有強烈的循環。
由實際測定的CO含量和CH4含量可知，隨爐溫降低，碳氫化合物與空氣／CO2反應減小，會導致未反應的CH4較多存留下來，從而可以得出：在低于850℃滲碳時，采用天然氣和空氣的直生式氣氛不適用；丙烷＋空氣，丙酮＋空氣和異丙醇＋空氣，可以在低于800℃下使用。
直生式氣氛的工業爐可用于各類工件的滲碳、碳氮共滲和淬火處理。上世紀90年代初引入英國，經不斷改進和應用，1998年大約已有300臺（套）的氣體滲碳爐投入運行。
直生式氣氛應用主要優點：⑴爐子調控時間短；⑵碳勢變化迅速靈敏；⑶滲碳均勻性好；⑷氣氛生成的成本低；⑸碳傳遞速率高；⑹生產效率提高。
但應用于連續爐上因為爐溫應限為800℃，這種場合爐中的CO含量會很低，但可以另外注入CH3OH，使之分解維持CO含量，當然由CO含量來控制注入量。
直生式滲碳設備分周期式密封箱式爐和直生式連續滲碳生產線，前者有單室和雙室爐，后者有傳送帶式、料盤式、網帶爐式或震底爐式，也有與清洗、淬火、回火組成柔性生產線的。
2.3.1.3 真空乙炔滲碳技術：真空滲碳在工業上使用近25年了，原來以丙烷為滲碳劑，但受限制很大。當溫度高于600℃，丙烷易分解成碳、氫及甲烷，會使零件表面產生炭黑和使爐子內腔及泵管產生焦油，增加了爐子的維護困難。
后來開發了乙炔真空滲碳，或稱低壓滲碳。乙炔分解能獲得非常高的碳勢：C2H2＝2C＋H2,對密集裝載和細長盲孔零件，都能得到均勻滲碳層。乙炔分解出兩個游離碳原子參與滲碳，比其它碳氫氣氛的滲碳能力更強。乙炔分解的碳原子在非常低的壓力（10～1000Pa或0.1～10mbar）條件下能實現均勻滲碳，即只需要少量原料氣，很大程度減少碳黑形成。對碳濃度分布曲線面積積分可得出1000℃10mbar條件下滲碳10min的碳通量，對C2H2可達150g/㎡？h，而對CH4、C3H8和C2H4分別為2 g/㎡？h、120 g/㎡？h和130 g/㎡？h。應用三種工藝方法在相同滲碳條件下的滲層深度比較列于下表2，利用乙炔進行低壓滲碳的優越性十分明顯。而且滲碳的均勻性明顯比丙烷的提高。對Ф3×90㎜深的盲孔、乙炔、丙烷低壓滲碳孔中滲入深度分別為90㎜和27㎜，測定硬度和有效硬化層深度的兩種結果近似。
表2相同滲碳條件下三種工藝方法的滲層深度比較
乙炔真空滲碳的主要優點：⑴碳的傳遞速率高；⑵處理周期縮短；⑶不產生積碳和焦油，減少爐子維護；⑷實現均勻滲碳和高品質滲碳；⑸爐子可以密裝工件，提高生產率；⑹克服工件內氧化弊�。ǹ煽貧夥諣t中難以克服）；⑺氣淬工件清潔光亮；⑻改善工作環境和污染。
2.3.1.4 可控高一氧化碳氣體滲碳：這種方法自1999年在日本有較好的開發和發展。它可使滲碳時間縮短10～40%，在一定條件下與真空滲碳相當，已愈來愈引起人們的重視，國內尚未見報導。
對含CO和H2為主要的滲碳氣氛中，碳的傳遞最主要應用CO的吸附和氧的脫附反應作說明，因為反應過程中涉及到氧，會產生鋼中含有的氧化物形成元素（Si、Cr和Mn等）的氧化問題，因而造成鋼的內氧化弊�。ㄉ厦嬉烟岬�，只有在真空滲碳下才可避免，一般認為內氧化深度＜3μm，對工件性能的影響不大）。
高一氧化碳（CO）氣體滲碳是在大氣壓下進行的，隨CO量提高，高的碳勢CP下，碳的轉移速度顯著提高，滲碳時間縮短，這種方法有稱URX法的（吸熱式氣氛簡稱RX法）。對這種方法，滲碳反應式為：2CO＝［C］＋CO2
當反應達平衡時，上反應式平衡常數即 式中ac為碳在奧氏體中活度，fc為活度系數，[%C]為達平衡時鋼件表面中的碳濃度，Pco2 和Pco是爐氣中CO2和CO的分壓。
人們可以容易理解CO濃度提高（即Pco增大），CO與鋼件表面的接觸頻率增加，CO在鋼件表面吸附增加，有利于滲碳進行，鋼件表面含碳量增加愈快，但實際操作中，也要防止碳黑的析出。在950℃對SCr420H（相當于我國20CrH鋼）Ф18×50㎜試樣應用URX（CP1.35）和RX（CP1.00）的有效滲碳深度結果示于下表3中。相應URX和RX的爐氣成分為：CO 47.00%，CO2 0.40%，H2 51.20%和CH41.30%；CO 23.40%，CO2 0.14%，H2 33.80%，CH4 0.32%和其余為N2 。表3說明有效滲層在0.5～0.9㎜時，滲碳時間可縮短40%左右。一般應指出：鋼材含碳量降低，縮短率增加，滲層深度增加時，縮短率降低。
高CO氣體滲碳設備：在一般的連續式或周期式爐前面增加高CO發生爐，這種高CO氣氛一般只通入連續爐上的滲碳爐段，其它爐段仍應用吸熱式氣氛。關于RX氣氛，關于高CO氣體發生爐的原理可以另作說明。相應設備特點：⑴電力消耗低；⑵CO濃度調整簡單；⑶氣氛成分穩定。日本中外爐技術研究所的試驗爐對用戶試驗結果按要求可以提供。
2.3.1.5 不銹鋼的固溶滲氮：
將不銹鋼在1050～1150℃的真空爐中通入壓力為PN2的純氮進行滲氮處理，可以獲得2.5㎜深的滲氮層，也具優良的抗蝕性能，Ipsen公司將之稱為固溶滲氮處理，標記為SOLNIT。有SOLNIT－M和SOLNIT－A兩種，前者指對低碳馬氏體不銹鋼滲氮，并以大于臨界冷速的冷卻獲得高硬度馬氏體表面層（約含0.5%N）；后者指對奧氏體或兩相不銹鋼滲氮，獲得高強度奧氏體表面層（約含0.9%N）。不銹鋼滲氮一般可應用離子滲氮和鹽浴滲氮（Sursulf或Tenifer）約在500～600℃進行，但因為氮化物析出，易引起Cr的貧化，致使其耐蝕性下降。
固溶滲氦的原理要考慮鋼滲氮表面的平衡，氮的擴散和脆性氮化物的沉淀，這篇論文已翻譯刊于《機械工人（熱加工）》2005上。
固溶滲氮處理的工藝參數：溫度1050～1150℃，時間可至24h，氮氣分壓PN2＝0.01～0.3MPa（0.1～3bar）。處理后滲氮層深度可至2.5mm。固溶滲氮后的冷卻：采用液體淬火劑或高壓氣淬。注意，因為滲氮溫度較高，會促使心部和滲層晶粒長大。一般對馬氏體而言，第二相沉淀能起阻止晶粒長大作用；對奧氏體滲氮層在滲氮后靠冷加工（如噴丸處理）方法細化。
工業應用的固溶滲氮真空爐可以是標準的IpsenVTTCK或VVTK真空爐，經一定改裝符合下述要求：⑴增加對流加熱至1200℃；⑵溫度均勻性在±10℃內；⑶氮氣壓力設定在0.01～0.3MPa，并能控制在±10mbar范圍內；⑷氣淬壓力可選定至1MPa（10bar）氮氣，有時可能要求1MPa氦氣。對VTTCK－924型真空爐，工作室尺寸為1150㎜×850㎜×650（高）㎜，裝載工件重量為1000㎏，氣淬壓力為1MPa（10bar）氮氣。
應用實例：⑴SOLNIT－A，1.4435，1.4571，1.4301和1.4539等奧氏體不銹鋼經處理后獲得0.3～2.5㎜厚的、韌的高氮奧氏體表層，具有高的抗蝕能力和抗疲勞能力，心部仍然保持固溶處理的強度，硬度增加50～120HV。這種性能組合使工件在腐蝕性環境下具有高的疲勞強度。⑵SOLNIT－M，1.4021，1.4104，1.4024等馬氏體不銹鋼經處理后獲得韌的心部和硬的表面滲層的組織，保持和提高原材料的抗腐蝕性能，工件可以有0.3～2.5㎜厚滲層，硬度達58～60HRC，還具高的疲勞強度。
2.3.2 感應加熱處理方面：
近25年來，感應加熱的工業應用日益廣泛，除感應熔煉、感應焊接和一些場合的特殊應用外，著重有感應熱處理和透熱（包括半固態成形中料坯加熱），感應熱處理中主要有淬火、回火、去應力處理、退火、正火、球化和燒結等，最新報道還應包括液體介質感應滲碳的化學熱處理（美國�？�。這兒主要論述感應加熱淬火處理，加熱電源和淬火設備方面的國外先進水平。
我國在工業上應用感應加熱，起步于上世紀五十年代，50年代末，我國自制電子管式高頻電源和機械式中頻發電機。60年代后研制出了晶閘管中頻電源（SCR可控硅），目前國外在中頻150～10kHz范圍內SCR中頻電源已完全取代中頻發電機組和電磁倍頻器。自改革開放以來，工業發達國家的現代感應加熱技術引進，使我國感應熱處理技術獲得很大發展。
關于感應加熱電源：目前西班牙GH集團的IGBT（絕緣柵雙極晶體管）發生器最大輸出功率為500kW，工作頻率為5～50kHz。日本高周波熱煉株式會社生產的IGBT發生器，100～600kW的功率有1～25kHz和50kHz兩檔；800kW，1000kW和1200kW功率的僅有（1～25）kHz一檔。國內生產廠的產品低于這一水平。EFD公司更具強的實力，作為世界上最大的感應加熱設備供應商之一，已將IGBT應低于150kHz的限制沖破，首次將頻率提高到350kHz，該公司現已在上海建廠。
對100kHz以上高頻段，以�？旎�、大容量化的MOSFET功率器件（MOS場效應晶體管）為主。西班牙GH集團的產品輸出功率25～50kW有10個規格，輸出頻率分50～100kHz，100～200kHz和200～300kHz。高頻電源另一個功率器件為SIT（靜電感應晶體管），主要以日本產品為主，上世紀80年代末已達功率100kW，頻率200kHz和400kW功率400 kHz頻率的水平，國內水平低于該值相當多。解決刀片、鋸條等特殊工藝要求的超高頻電源27.12MHz，主要依賴進口，國內的電子管超高頻電源功率為8～100kW。
關于感應淬火設備：通用感應淬火機床，適應工件品種繁多，功能完善，應用范圍廣，一般有立式和臥式兩種，以立式更為常見。
淬火設備的傳動型式有液壓和全機械式，不過液壓式有淘汰趨勢，后者采用變頻調速電動機、步進電機或伺服電機通過滾珠絲杠傳動、T型絲杠或直線移動導軌等，移動速度均勻、精確，易實現變速移動�，F在重復定位精度可達0.03或0.025㎜，主軸定位達到±0.01°�？刂撇捎肞LC與NG控制方式（數控）。另外按運動件名稱分工件移動和感應器移動兩種方式，國內常是工件移動方式，而國外機床除工件長度較短外基本全是變壓器移動的，這應成為國內通用淬火機床的發展方向。
專用淬火機床應根據具體淬火工件而改變，我們可按投資企業決定熱處理零件具體給予闡述和幫助選擇。進口設備先進、可靠、穩定，耐久安全和美觀，但價格相當昂貴。
國外淬火設備重要的是解決了高效、自動化、重現性好的工藝要求，正在向成套、緊湊、在線、數控、柔性、自動發展。設備還逐步解決下述幾方面的問題：⑴能量控制器，用于監控工件加熱溫度，重現性達到±1%。按Toggo公司發展的感應器監控儀（coil monitor），直接測量感應器上的輸入能量kW-S，取代原來監控設備振蕩部件的能量的方法。又如進口的曲軸淬火機床上安置有脈動加熱或能量分配器，在曲軸淬連桿頸時，在其上死點與下死點處理時分配給予不同能量來達到溫度均勻目的。⑵附帶測量及顯示儀表增加智能控制：如對滾珠絲桿感應淬火時能自動測量絲桿伸長量，如伸長量超差能自動降低加熱功率以減少伸長量，并打印記錄有關數據；如對曲軸淬火機上裝上曲軸彎曲變形計控制淬火變形；指計式流量計直接顯示淬火液流量來控制淬冷速度，還可用水的電導值監控軟水的質量。⑶裝有抽風裝置，改善工作環境和減小測量溫度的誤差。⑷多軸化裝置，如Welductoin公司推出2軸、4軸淬火機，可同時處理多根0.508m（20 in）長以內，重9.08㎏以下的工件，提高生產效率。⑸隨機回火處理。在一臺淬火機上淬火，隨后用較低功率進行回火處理，兩種工序在一臺淬火機上完成，也節約了裝卸和運輸，提高生產效率，及時完成淬火回火，也保證質量。⑹一機多工位或一個電源帶多臺機床的淬火設備出現。⑺加工零件族的淬火機和柔性淬火機床出現，能自動編多種淬火工件的程序，自動識別淬火工件，轉換工件只需2～5min，按儲存工藝選定參數進行生產，提高工效。
關于感應器設計與制造：國外淬火設備提供時負責提供感應器，這種專用感應器采用計算機模擬技術確定有效圈的主要結構。對導磁體，據測試可節能13～37%，不僅可用于內孔、平面加熱，也可用于外圈工件加熱。美國Fluxtrol Inc.有可加工導磁體的感應器，稱強力感應器（Power Inductor）。另外感應器的調換因為采用快換夾頭，使切換夾頭和水電接通可在（3～15）s內一次完成，這在國內已有生產。
關于感應熱處理工藝的最新進展（ 《機械工人（熱加工）》 ） ：⑴齒輪的同時雙頻感應加熱技術（SDF）:對齒輪的感應加熱淬火，人們一直在追求“輪廓狀淬硬層”，旨在求得齒側面的高耐磨性和齒根部位承受殘余壓應力下的高疲勞抗力。雖然人們已了解了雙頻齒輪淬火工藝，（很多地方還作為先進工藝在介紹），通過轉換兩組線圈獲得兩種頻率的電壓，選用中頻3～10kHz加熱齒根，再用高頻100～250kHz加熱齒面，之間要快速切換，待齒面達到淬火溫度時，切斷高頻電源，降低齒輪旋轉速度，淬火水套中噴射淬火水，使齒面、齒頂和齒根迅速冷卻，獲得沿齒形的淬火層，國外也有這種工藝的機床供給，但工藝復雜，控制須嚴格執行。
近年來，美國Electroheat Technologies LLC公司和德國eldec Schwerk Induction GmbH等提出用雙頻同時感應加熱淬火才真正為齒輪的輪廓淬火付諸現實，并首次提出這種感應加熱方法能進行加速的奧氏體化來實現“自身淬火”，從而具有激光淬火的優點。在日本也有這種裝置發售。
SDF技術是在一個感應圈上同時供給中頻MF和高頻HF能量，組成的兩種頻率的振幅能獨自控制，即能同時能調整MF和HF的輸出份額比，以優選于齒根和齒頂部位的表面淬硬來符合工件技術要求。為了達到齒輪的真正輪廓淬硬，且不影響心部的組織和性能，加熱時間應小于0.5s，同時對齒根和齒側面處理的功率比約為2：1。有報道對Ф70㎜汽車齒輪，功率要求約為400kW MF和200 kW的HF，加熱時間0.5s，這樣其最大產量可達3600只／h。顯然，在達到一定表面淬硬深度下，加熱時間越短，越有利于減小變形。應用SDF技術的另一個優點還在于能增加處理部件的表面殘余壓應力，對提高疲勞強度有利。
⑵液體介質感應滲碳LINCARB是一種簡單、花費不高和無公害的工藝方法。被處理工件和加熱感應器一起浸于含碳液體活性介質中，工件表面受感應高頻電流加熱，迅速加熱工件表面至材料熔點以下的某一溫度，這時液體活性介質在工件表面直接分解產生大量原子態高活性碳，被工件表面吸收并擴散至工件的一定深度位置，完成滲碳過程，它還適用于除鋼件外的Ti合金和一些超合金。在一定處理條件下，可使鋼件表面層含碳量達2%～6.67%的高耐磨萊氏體層。所以，這是一種能在秒和分的時間內完成化學熱處理全過程的高效率方法，獲得表面滲層組織和性能比常規化學熱處理有拓展。
2.3.3 真空熱處理方面：真空熱處理技術具有無氧化，不脫碳，有脫脂、脫氣作用，處理工件表面質量好、變形量小、綜合性能好、使用壽命長，無公害無污染，自動化程度高，節約能源等許多突出的優點，在我國近20年來得到迅速發展。但它也有缺點，工件中一些合金元素如Mn、Cr在真空中的蒸發會較大，所以在生產中采用充入惰性氣體或氮氣來加以保護。另外，其設備投資較大，應該在生產任務飽滿下，使能較短時間內收回。
自進入90年代，出現了許多新技術，如高壓氣淬和超高壓氣淬，真空清洗技術，高溫超高壓真空熱處理技術，具有雙對流循環系統的真空高壓氣淬爐，燃氣真空爐，流態化真空爐，熱壁式真空滲碳爐，連續式真空爐等。按發展看，未來的金屬加工會更大地依賴于真空技術。據估計，在20世紀末，工業發達國家真空熱處理爐占熱處理設備的23%。
有人對各種液體在不同壓力下的各種氣體淬火介質的導熱能力進行了定量比較，由比較可看出，隨氣體壓力提高，導熱能力提高。常用的冷卻氣體的導熱能力有很大差別，N2、H2、He和Ar4種氣體中以H2的冷卻能力最強，其次是He、N2，Ar最差，其中N2最便宜，所以應用最廣。2MPa以上的氣淬爐，應用He居多，但因為He的價格貴，應考慮回收。
雙室高壓氣淬在冷卻效果上比單室爐的更為優越，工件在奧氏體化加熱后移至冷室爐膛進行氣淬冷卻，可使需冷卻的物料質量減少50%，冷室爐膛可以縮小從而可加大氣體流速，即增加了冷卻速度。
世界上生產真空爐的廠家很多，美國、日本、英國、法國等都有產品在國內投入使用。德國Schmetz公司不斷改進研制的雙室高壓氣淬真空爐，在設計上分開安置加熱室和冷卻室，提高了熱效率，節能節時和減少污染，還具下列特點：⑴冷卻和加熱都采用雙鼓風機（風扇）結構；⑵具有可自動控制的2R換氣翼板；⑶具有密封隔熱的熱閘伐結構；⑷有自動控制的工件傳送小車機構，運動于爐內加熱室和冷卻室中。該公司的雙室高壓氣淬真空爐設計較好，解決了高壓氣淬熱處理中的高壓強氣流循環冷卻，加熱室熱流循環均熱和加熱冷卻室的真空密封及隔熱，產品的性能和功能優良，可以講是近代優化設計的真空熱處理爐的典范之一。
熱壁式真空滲碳爐是根據實際生產需求專門設計開發的一種真空滲碳爐，解決了傳統的冷壁式真空滲碳爐的許多問題。其特點如下：⑴熱壁式結構，真空室爐殼不用水冷結構，隔熱層內抽真空，減少水冷卻帶走的熱量損失，使爐溫分布及均勻性改善，加熱元件能量消耗約減少60%；⑵封閉式輻射管加熱元件，加熱元件不與爐內碳氫分解氣體直接接觸；⑶陶瓷纖維隔熱材料制成隔熱層，可使用氧化氣體（空氣）進入爐中吹走沉積在爐壁表面上的炭黑；⑷自動燒炭黑系統、在爐溫至850℃后將空氣通入爐中燒掉炭黑，成功免除定期清潔爐室的工作。它不僅用于真空滲碳，還可進行各類滲碳工藝處理，如吸熱式氣氛滲碳、甲醇滲碳和氮基氣氛滲碳等。
燃氣真空爐設備和技術的研制、開發和推廣符合節約能源的技術政策和工業上的需求。比電加熱的真空爐具有以下特點：⑴高的熱效率，較高的生產效率；⑵較低的運行成本；⑶減少一定的維護保養，德國Ipson International公司介紹過幾種燃氣真空爐的設計結構和近年研制的新模式。
高壓氣淬真空爐智能控制十分重要，要求能實現處理工件改變加熱方式，改變冷卻模式與冷卻速度，使工件獲得優良的性能，并能減小變形，從而提高生產效率和質量水平，減少分散度，同時又能節約能源，節約氣源，逐步實現柔性化。近年來高壓氣淬真空爐工藝參數控制融合CAD技術、數據庫及專家系統已日趨成熟。
真空熱處理為了保持工件光亮和優良的表面質量，達到高精密零件的技術要求或后續處理的需要，處理工件前后應進行清洗、脫脂和烘干處理，近年來出現幾種改進型的真空脫脂清洗技術。日本不二越公司采用溶劑油清洗劑來使工件清洗脫脂，然后對排出物蒸餾分離和再生回收，這種方式價格較低，適合中小企業應用，開發頗具前景。國內在真空清洗上已有相關產品出現。
目前國內可以提供真空油氣淬爐、真空回火爐、真空加壓氣淬爐（2bar）、真空高壓氣淬爐（6bar、10bar）、真空燒結爐和真空釬焊爐等，年產量約500臺左右，國內制造商在價格上和服務便捷上尚占有相當的優勢。在90年代初期，國外已開發了（20～40）×105Pa的高壓氣淬爐，應用顯然進一步擴大。據介紹，國外已開發壓力達100×105Pa，工作溫度達2200℃的高溫高壓真空爐提供于高溫燒結、晶體生產、寶石制造和一些物理試驗上應用。
2.3.4 激光熱處理方面：激光熱處理是以高能量密度的激光束來照射工件表面，使工件上需要硬化的部位的溫度急劇上升形成奧氏體，隨后依靠工件的自激淬冷獲得極細小的馬氏體顯微組織的熱處理工藝方法。激光熱處理分激光相變硬化、激光熔融、激光表面合金化、激光表面熔覆和激光沖擊硬化等，這兒主要介紹激光相變硬化。
激光相變硬化的主要特點：⑴極快的加熱和冷卻速度，工件表面的加熱速度可達（104～106）℃/S，冷卻速度可達（106～108）℃/S，所以激光熱處理是一種快速加熱和冷卻的相變硬化方法，保證能獲得十分細密的組織；⑵局部熱處理方法，實現自繳淬冷，不需要冷卻介質，處理的熱影響區小，一般工件處理后變形較��；⑶工件經處理后硬度比常規淬火的高，耐磨性好，尤其對鑄鐵如工件表面發生熔融，可以獲得極細密的萊氏體組織，耐磨性可提高3～4倍；⑷處理表面具有很高的殘余壓應力，改善零件的抗疲勞強度；⑸處理過程易于自動化和計算機控制；⑹可以在大氣中處理，工藝操作簡單。工業上常用的激光源是CO2連續氣體激光器，激光波長為10.6um，現在這種激光器在國內已有生產。激光束模式為多模。進行激光相變硬化的主要工藝參數是激光輸出功率P，激光束斑直徑D和激光的掃描速度V。其它激光源還有準分子激光器和固體激光器，它們一般以脈沖形式工作，工藝參數中要增加脈寬和頻率。
激光束斑按不同激光器有圓形、矩形和線形三種，激光束沿工件以一定方式掃描，有搭接、銜接和間隔三種。一般處理金屬對激光的反射率很高，為了增加處理金屬對激光束能量的吸收，材料一般都要進行表面黑化。黑化方法可以是磷化或應用含石墨粉料的黑色涂料和某些氧化物（如SiO2）的涂料涂刷。
45鋼經激光處理后淬火層組織為細小馬氏體的組織，過度區為馬氏體＋屈氏體組織，表面硬度達650～800HV。高碳鋼激光淬火后硬化層為細針狀馬氏體＋殘余奧氏體；次表層為馬氏體＋殘余碳化物＋屈氏體組織，表面硬化層達（850～1150）HV。GCr15鋼硬化層為隱晶馬氏體＋殘余合金碳化物＋殘余奧氏體組織，過度區為馬氏體＋回火屈氏體＋合金碳化物組織，表面硬度達900～1050HV。鑄鐵經激光熱處理后，硬化層為馬氏體＋殘余奧氏體＋殘留石墨（片狀或球狀，按原灰口鑄鐵或球墨鑄鐵而不同），硬化層為（700～900）HV，若表面發生熔融情況，則表面會獲得萊氏體組織，在石墨周圍的熔化區出現雙殼層組織：毗鄰石墨是片狀馬氏體＋殘余奧氏體，次外層是萊氏體共晶。
典型的激光熱處理實例有很多，如齒輪、曲軸和氣缸體等，一般對特定的零件要配有一定的工裝夾具，才能大批量地應用。對少批量生產，個別協作零件應用于生產會存在一定問題。另外，激光器和加工機的投資成本比較大，一定程度上也限制了該技術的推廣。
國外的激光器生產質量高，工作穩定，但一般用于激光切割、激光打孔更為適合。
2.3.5 表面改性與復合處理方面：廣義上講表面改性是改變鋼鐵材料表面性能的處理，分改變表面組織和改變表面化學成分的工藝方法，所以滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲硼、滲金屬等屬后者，感應加熱、火焰加熱、激光相變硬化、接觸電阻加熱等屬于前者。不過現在一般講的表面改性則偏重于表面涂層技術，應用氣相沉積技術的方法制取。
氣相沉積是通過氣相材料或使材料氣化后沉積于處理工件表面形成薄膜，并使其獲得特殊表面性能的一種技術。薄膜按用途分光學薄膜、微電子學薄膜、光電子學薄膜、集成光學薄膜和防護功能薄膜六大類。與機械零件密切相關的主要是高強度高硬度薄膜，簡稱硬質膜。
氣相沉積按氣相物質產生方式可分為物理氣相沉積和化學氣相沉積兩類，表示成PVD和CVD。
物理氣相沉積是在真空條件下應用物理方法將鍍覆的固體材料轉化為原子、分子或離子狀態的氣相物質再沉積于工件表面。沉積的氣相物質按生成方式又可分為下述三種：⑴真空蒸鍍，以熱蒸發獲得原子或分子沉積于工件上形成薄膜；⑵濺射成膜：以濺射獲得原子或分子沉積于工件上形成薄膜；⑶離子鍍膜：鍍材以離子和高能量的原子或分子的形式沉積成膜。
化學氣相沉積是將含有組成薄膜的一種或幾種化合物氣體導入反應室，使在基體上通過化學反應生成所需薄膜的物質沉積在工件上面的方法，分采用加熱促進化學反應的普通常壓CVD，低壓CVD和采用等離子體促進化學反應的等離子體輔助CVD以及采用激光促進化學反應的激光CVD等。
蒸發鍍膜基本過程為：對密閉的鐘罩抽真空，達一定真空度后，通過蒸發源加熱將蒸發料升至一定溫度，使蒸發料氣化后沉積于工件表面形成薄膜，這方法簡稱蒸鍍。當蒸發室中設置多個獨立控制的蒸發源分別對組成合金的單質材料進行蒸發，通過控制各蒸發源的溫度和蒸發速率來得到需要成分比的合金薄膜。當采用反應蒸鍍法，在蒸發單質金屬等單質材料同時，充入O2、CH4或N2等氣體，使兩者反應形成化合物并沉積成化合物膜，如Al2O3,Cr2O3，SiO2，TiC，SiC，TiN，ZrN等。
帶有幾十電子伏特動能以上的荷電粒子（一般為Ar離子）轟擊固體材料時，材料表面的原子或分子獲得足夠的能量逸出到達氣相中的現象稱為濺射，將濺射的原子或分子收集起來沉積成膜的方法稱為濺射鍍膜。一個入射離子濺射出的原子或分子個數稱為濺射產額，單位為原子個數／離子。對大多數金屬，離子所具有的閾值能量在20～40ev范圍。濺射原子的動能一般為1～10ev，高于熱蒸發原子（約10－1ev動能）。轟擊離子通常采用輝光放電獲得。提高濺射薄膜質量和沉積速率的方法是采用磁控濺射法。它可簡單地理解為在靶的后背裝上一組永磁體，從而在靶的表面形成磁場，部分磁力線平行于靶面，使靶面發射的電子在受電場力直接飛離靶面過程中又受磁場的洛侖茲力作用返回靶面，不斷與氣體分子發生磁撞，將能量傳遞給氣體分子并使之發生電離。這種結構使薄膜的沉積速率提高，也能減少膜層氣體含量和降低基體材料溫升。采用合金靶或復合靶會達到沉積特定成分合金濺射的目的。采用單質靶濺射和在放電氣體中通入一定的活性氣體可方便地獲得化合物膜的沉積，也稱為反應濺射法。如采用Ti靶進行濺射時，在工作氣體中加入一定量反應氣N2、CH4和O2就可分別得到TiN、TiC、TiO2化合物薄膜，而且控制反應氣分壓可以控制化合物的成分、晶體結構和生長方式。
離子鍍膜簡稱離子鍍，是在真空條件下利用氣體放電使氣化的物質部分離子化，當它們轟擊基材表面的同時沉積并形成薄膜的一種工藝方法。離子鍍兼具蒸鍍的沉積速率高和濺射鍍膜的沉積粒子能量高（實際上是比濺射粒子能量高得多）的優點，從而具有膜／基結合力強、繞涂性好和可鍍材料廣的特點。Moley等人研究成功空心陰極離子鍍，1976年在日本投入實用化，并于1979年將定型設備投放市場和獲得發展。我國的研究落后幾年，約90年代我國仿制熱絲電孤離子鍍設備成功，用于高速鋼刀具上鍍TiN硬度膜。
近年來，國外PVD設備大量進入國內，占領了市場，相應的一些設備生產廠也在國內建廠承接涂膜加工。國內一些工具廠如上海工具廠、哈一工和一些模具廠（上海如上海造幣廠）等自己購置進口設備用于生產涂層工具、模具。
化學氣相沉積是通過氣相物質的化學反應在基材表面上沉積固態薄膜的工藝方法，這些化學反應，有分解、化合、還原和置換反應等11種，反應多余物（氣體）將從反應室排出。
CVD中提供的反應物在室溫下可以是氣態、液態或固態物質，通過加熱使它們氣化后導入反應室，對反應室還需對氣體或基片供給能量，對基片一般是采用電阻加熱、高頻感應加熱和紅外線加熱等方法。這樣，CVD的主要設備包括反應氣體的產生、凈化、混合和導入裝置，反應室和基片的加熱裝置及排氣裝置等。
CVD的化學反應溫度一般在800～1000℃，由于沉積溫度較高限制了基體材料的選用，選用基材的力學性能會有較大程度的減低，也會給膜層和膜／基的微結構及性能有不利影響。為了降低沉積溫度在選擇新的反應物和向反應提供激活能量上有新的發展。其中等離子體輔助化學氣相沉積（PECVD）較為人們所重視。應用等離子體可對基材加熱，反應氣體的放電激活成非�；顫姷募せ瘧B分子、原子、離子或其團簇，降低反應的激活能，使原來在熱力學上難以進行的化學反應變得易于實現，從而大大降低化學氣相沉淀的溫度，使實用化大大提高。國外的很多設備便兼具PVD和PECVD的形式進行工作。
復合熱處理是一個很活躍的技術領域，世界上早在上世紀70－80年代就有人研究了�，F在主要有表面熱處理與化學熱處理的復合處理，表面熱處理與表面形變強化（噴丸）的復合，表面鍍覆與表面熱處理的復合。經過復合處理后，材料獲得了兼有兩種處理后的獨特性能。國內學者應用噴丸使零件表面納米化然后進行滲氮，可以將滲氮溫度降低至約350℃，并獲得很好的性能，這一工作得到國外同行的極大重視，這也是一種復合處理的特殊范例。
4.幾點建議和結束語：
4.1 熱處理工藝是在涉及機械制造的任何工業領域中的一項廣泛應用的重要基礎工藝之一。熱處理工藝、技術和熱處理裝備的發展應得到充分重視。
4.2 國內的熱處理裝備和技術水平遠遠落后于國際先進水平。
4.3 先進熱處理技術發展的戰略目標是可持續發展，產品質量提高，節約能源，精確生產和提高生產效率。
4.4 在國外先進熱處理技術主要標志中我們要特別認清：清潔生產和零污染，精確生產和零畸變，少無氧化和少無脫碳，開發節約能源的設備和工藝。
4.5 在保護氣氛和控制氣氛熱處理方面，國外先進技術體現在直生式滲碳技術，真空乙炔滲碳技術，可控高CO氣體滲碳技術和不銹鋼固溶滲氮等，在這方面的設備和控制特點是保證設備具有高技術特點的相當重要關鍵。
4.6 感應加熱處理方面，齒輪同時雙頻感應加熱技術和液體介質感應滲碳是先進工藝的兩項發展。國外感應加熱淬火設備解決高效、自動化、工藝要求和處理質量重現性好是主要關鍵。
4.7 真空熱處理方面技術和處理質量主要關鍵在于設備，智能控制十分重要，應注重高壓氣淬，改變冷卻模式與冷卻速度對生產效率、減小變形和高質量的保證作用。
4.8 國外激光熱處理設備先進，但投資和應用受一定程度限制。
4.9 PVD，CVD技術和設備發展很迅速，國外投資國內已相當多，市場前景競爭劇烈。
4.10 熱處理技術發展和投資應著眼于高效益，低能耗，高起點，高水平，低污染和高質量，以高技術，嚴管理去競爭中高端市場，去爭取高創收和高回報。