（1） 真空熱處理
1、真空熱處理的優(yōu)越性 真空熱處理是和可控氣氛并駕齊驅(qū)的應(yīng)用面很廣的無氧化熱處理技術(shù)，也是當前熱處理生產(chǎn)技術(shù)先進程度的主要標志之一。真空熱處理不僅可實現(xiàn)鋼件的無氧化、無脫碳，而且還可以實現(xiàn)生產(chǎn)的無污染和工件的少畸變，因而它還屬于清潔和精密生產(chǎn)技術(shù)范疇。目前它已成為工模具生產(chǎn)中不可替代的先進技術(shù)。
2、真空熱處理工藝 工件畸變小是真空熱處理的一個非常重要的優(yōu)點。據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，工件真空熱處理的畸變量僅為鹽浴加熱淬火的三分之一。研究各種材料、不同復(fù)雜程度零件的真空加熱方式和各種冷卻條件下的畸變規(guī)律，并用計算機加以模擬，對于推廣真空熱處理技術(shù)具有重要意義。真空加熱、常壓或高壓氣冷淬火時氣流均勻性對零件淬硬效果和質(zhì)量分散度有很大影響。采用計算機模擬手段研究爐中氣流循環(huán)規(guī)律，對于改進爐子結(jié)構(gòu)變具有重要意義。真空滲碳是實現(xiàn)高溫滲碳的最可能的方式。但在高溫下長時間加熱會使大多數(shù)鋼種的奧氏體晶粒度長得很大，對于具體鋼材高溫滲碳，重新加熱淬火對材料和工件性能的影響規(guī)律加以研究，對優(yōu)化真空滲碳、冷卻、加熱淬火工藝和設(shè)備是很有必要的。近幾年，國際上有研究開發(fā)使用氣體燃料的燃燒式真空爐的動向。在真空爐中采用氣體燃料加熱的困難太多，雖然有節(jié)約能源的說法，但不一定是一個重要的發(fā)展方向。
（3）化學(xué)熱處理
化學(xué)熱處理是將工件置入含有活性原子的特定介質(zhì)中加熱和保溫，使介質(zhì)中一種或幾種元素（如Ｃ、Ｎ、Ｓi、Ｂ、Ａl、Ｃr、Ｗ等）滲入工件表面，以改變表層的化學(xué)成分和組織，達到工件使用性能要求的熱處理工藝。其特點是既改變工件表面層的組織，又改變化學(xué)成分。它可比表面淬火獲得更高的硬度、耐磨性和疲勞強度，并可提高工件表層的耐蝕性和高溫抗氧化性。
各種化學(xué)熱處理都是由以下三個基本過程組成的。
1）分解 由介質(zhì)中分解出滲入元素的活性原子。
2）吸收 工件表面對活性原子進行吸收。吸收的方式有兩種，即活性原子由鋼的表面進入鐵的晶格形成溶體，或與鋼中的某種元素形成化合物。
3）擴散 已被工件表面吸收的原子，在一定溫度下，由表面往里遷移，形成一定厚度的擴散層。
1、滲碳:
滲層組織:淬火后為碳化物、馬氏體、殘余奧氏體。滲層厚度（mm），0.3～1.6，表面硬度，57～63HRC，作用與特點，提高表面硬度、耐磨性、疲勞強度，滲碳溫度（930℃）較高，工件畸變較大；應(yīng)用，常用于低碳鋼、低碳合金鋼、熱作模具鋼制作的齒輪、軸、活塞、銷、鏈條。
滲碳件滲碳后，都要進行淬火、低溫回火，回火溫度一般為150～200℃。
經(jīng)淬火和低溫回火后，滲碳件表面為細小片狀回火馬氏體及少量滲碳體，硬度可達58～64HRC，耐磨性能很好。心部組織決定于鋼的淬透性。普通低碳鋼如15、20鋼，心部組織為鐵素體和珠光體，硬度為10～15HRC。低碳合金鋼如20CrMnTi心部組織為回火低碳馬氏體、鐵素體及托氏體，硬度為35～45HRC，具有較高的強度、韌性及一定的塑性。
2.液體氮化 也稱軟氮化，低溫氰化，或者氮碳共滲，在滲氮過程中，碳原子也參與，因而比一般的單一氣體滲氮具有更高的滲速，在滲層表面硬度相當?shù)那闆r下，氮化層的脆性也比氣體氮化小，軟氮化因此得名。 氮化主要是往爐中加入純氨，在200℃以上氨分解為活性氮原子，在500～580℃時，活性氮原子往鋼件表面滲氮和擴散，得到0.3～0.5mm厚的高硬度、耐腐蝕、抗疲勞的氮化層。
把含碳物質(zhì)和氨同時通入爐內(nèi)就是碳氮共滲，又叫氰化。它兼有滲碳和氮化的性能，氰化溫度低于滲碳，使工件變形小，而氰化速度比滲碳和氮化快，生產(chǎn)周期短。老的液體氮化法主要原料是氰化鈉，所以也有叫低溫氰化的，硬化層中的氮比碳的濃度高，因而氮碳共滲的稱法又被廣泛采用在氮化的過程中，當活性較大時，表面生成很薄的化合物層（10～30μm的ε相），隨后便是γ`和擴散層。當活性較小時，表面化合物相可以不出現(xiàn)，從而獲得得以彌散硬化為主的組織
3.離子氮化 是利用輝光放電這一物理現(xiàn)象對金屬材料表面強化的氮化法。在低壓的氮氣或氨氣等氣氛中，爐體和被處理工件之間加以直流電壓，使產(chǎn)生輝光放電，在被處理表面數(shù)毫米處出現(xiàn)急劇的電壓降，氣體中的離子，向陰極移動，當接近工件表面時，由于電壓降劇降而被強烈加速，轟擊工件表面，離子具有的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽訜崃吮惶幚淼墓ぜ?，同時一部分離子直接注入工件表面，一部分離子引起陰極濺射，從工件表面“濺射出”電子和原子，“濺出”的鐵原子和由于電子作用而形成的原子態(tài)氮相結(jié)合，形成FeN。FeN由于吸附和在表面上蒸發(fā)，因受到高溫和離子轟擊而很快地分解為低價氮化物而放出氮。一部分失去氮的鐵又被濺射到輝光等離子氣體中與新的氮原子相結(jié)合，促進氮化。
（4）化學(xué)熱處理解釋
化學(xué)熱處理是通過改變金屬和合金工件表層的化學(xué)成分、組織和性能的金屬熱處理。
化學(xué)熱處理的工藝過程一般是：將工件置于含有特定介質(zhì)的容器中，加熱到適當溫度后保溫，使容器中的介質(zhì)(滲劑)分解或電離，產(chǎn)生的能滲入元素的活性原子或離子，在保溫過程中不斷地被工件表面吸附，并向工件內(nèi)部擴散滲入，以改變工件表層的化學(xué)成分。通常，在工件表層獲得高硬度、耐磨損和高強度的同時，心部仍保持良好的韌性，使被處理工件具有抗沖擊載荷的能力。
每一種化學(xué)熱處理工藝都各有其特點，如果需要分別或同時提高耐磨、減摩、抗咬死、耐蝕、抗高溫氧化和耐疲勞性能，則根據(jù)工件的材質(zhì)和工作條件選擇相應(yīng)的化學(xué)熱處理工藝。
化學(xué)熱處理是古老的工藝之一，在中國可上溯到西漢時期。已出土的西漢中山靖王劉勝的佩劍，表面含碳量達O.6～0.7%，而心部為O.15～O.4%，具有明顯的滲碳特征。明代宋應(yīng)星撰《天工開物》一書中，就記載有用豆豉、動物骨炭等作為滲碳劑的軟鋼滲碳工藝。
明代方以智在《物理小識》“淬刀”一節(jié)中，還記載有“以醬同硝涂鏨口，煅赤淬火”。硝是含氮物質(zhì)，當有一定的滲氮作用。這說明滲碳、滲氮或碳氮共滲等化學(xué)熱處理工藝，早在古代就已被勞動人民所掌握，并作為一種工藝廣泛用于兵器和農(nóng)具的制作。
隨著化學(xué)熱處理理論和工藝的逐步完善，自二十世紀初開始，化學(xué)熱處理已在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。隨著機械制造和軍事工業(yè)的迅速發(fā)展，對產(chǎn)品的各種性能指標也提出了越來越高的要求。除滲碳外，又研究和完善了滲氮、碳氮和氮碳共滲、滲鋁、滲鉻、滲硼、滲硫、硫氮和硫氮碳共滲，以及其他多元共滲工藝。
電子計算機的問世，使化學(xué)熱處理過程的控制日臻完善，不僅生產(chǎn)過程的自動化程度越來越高，而且工藝參數(shù)和處理質(zhì)量也得到更加可靠的控制。
按滲入元素的性質(zhì)，化學(xué)熱處理可分為滲非金屬和滲金屬兩大類。前者包括滲碳、滲氮、滲硼和多種非金屬元素共滲，如碳氮共滲、氮碳共滲、硫氮共滲、硫氮碳(硫氰)共滲等；后者主要有滲鋁、滲鉻、滲鋅，鈦、鈮、鉭、釩、鎢等也是常用的表面合金化元素，二元、多元滲金屬工藝，如鋁鉻共滲、鉭鉻共滲等均已用于生產(chǎn)。此外，金屬與非金屬元素的二元或多元共滲工藝也不斷涌現(xiàn)，例如鋁硅共滲、硼鉻共滲等。
鋼鐵的化學(xué)熱處理可按進行擴散時的基本組織，區(qū)分為鐵素體化學(xué)熱處理和奧氏體化學(xué)熱處理。前者的擴散溫度低于鐵氮共析溫度，如滲氮、滲硫、硫氮共滲、氧氮共滲等，這些工藝又可稱為低溫化學(xué)熱處理；后者是在臨界溫度以上擴散，如滲碳、滲硼、滲鋁、碳氮共滲等，這些工藝均屬高溫化學(xué)熱處理范圍。
滲碳是使碳原子滲入鋼制工件表層的化學(xué)熱處理工藝。滲碳后，工件表面含碳量一般高于0.8%。淬火并低溫回火后，在提高硬度和耐磨性的同時，心部能保持相當高的韌性，可承受沖擊載荷，疲勞強度較高。但缺點是處理溫度高，工件畸變大。
滲碳工藝廣泛應(yīng)用于飛機、汽車、機床等設(shè)備的重要零件中，如齒輪、軸和凸輪軸等。滲碳是應(yīng)用最廣、發(fā)展得最全面的化學(xué)熱處理工藝。用微處理機可實現(xiàn)滲碳全過程的自動化，能控制表面含碳量和碳在滲層中的分布。
滲氮是使氮原子向金屬工件表層擴散的化學(xué)熱處理工藝。鋼鐵滲氮后，可形成以氮化物為主的表層。當鋼中含有鉻、鋁、鉬等氮化物時，可獲得比滲碳層更高的硬度、更高的耐磨、耐蝕和抗疲勞性能。滲氮主要用于對精度、畸變量、疲勞強度和耐磨性要求都很高的工件，例如鏜床主軸、鏜桿，磨床主軸，氣缸套等。
碳氮共滲和氮碳共滲是在金屬工件表層同時滲入碳、氮兩種元素的化學(xué)熱處理工藝。前者以滲碳為主，與滲碳相比，共滲件淬冷的畸變小，耐磨和耐蝕性高，抗疲勞性能優(yōu)于滲碳，70年代以來，碳氮共滲工藝發(fā)展迅速，不僅可用在若干種汽車、拖拉機零件上，也比較廣泛地用于多種齒輪和軸類的表面強化；后者則以滲氮為主，它的主要特點是滲速較快，生產(chǎn)周期短，表面脆性小且對工件材質(zhì)的要求不嚴，不足之處是工件滲層較薄，不宜在高載荷下工作。
滲鵬是使硼原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝。硼在鋼中的溶解度很小，主要是與鐵和鋼中某些合金元素形成硼化物。滲硼件的耐磨性高于滲氮和滲碳層，而且有較高的熱穩(wěn)定性和耐蝕性。滲硼層脆性較大，難以變形和加工，故工件應(yīng)在滲硼前精加工。這種工藝主要用于中碳鋼、中碳合金結(jié)構(gòu)鋼零件，也用于鈦等有色金屬和合金的表面強化。
滲硼工藝已在承受磨損的磨具、受到磨粒磨損的石油鉆機的鉆頭、煤水泵零件、拖拉機履帶板、在腐蝕介質(zhì)或較高溫度條件下工作的閥桿、閥座等上獲得應(yīng)用。但滲硼工藝還存在處理溫度較高、畸變大、熔鹽滲硼件清洗較困難和滲層較脆等缺點。
滲硫是通過硫與金屬工件表面反應(yīng)而形成薄膜的化學(xué)熱處理工藝。經(jīng)過滲硫處理的工件，其硬度較低，但減摩作用良好，能防止摩擦副表面接觸時因摩擦熱和塑性變形而引起的擦傷和咬死。
硫氮共滲、硫氮碳共滲是將硫、氮或硫、氮、碳同時滲入金屬工件表層的化學(xué)熱處理工藝。采用滲硫工藝時，滲層減摩性好，但在載荷較高時滲層會很快破壞。采用滲氮或氮碳共滲工藝時，滲層有較好的耐磨、抗疲勞性能，但減摩性欠佳。硫氮或硫氮碳共滲工藝，可使工件表層兼具耐磨和減摩等性能。
滲金屬是將一種或數(shù)種金屬元素，滲入金屬工件表層的化學(xué)熱處理工藝。金屬元素可同時或先后以不同方法滲入。在滲層中，它們大多以金屬間化合物的形式存在，能分別提高工件表層的耐磨、耐蝕、抗高溫氧化等性能。常用的滲金屬工藝有滲鋁、滲鉻、滲鋅等。
化學(xué)熱處理的發(fā)展將著重于擴大低溫化學(xué)熱處理的應(yīng)用；提高滲層質(zhì)量和加速化學(xué)熱處理過程；研制適應(yīng)常用化學(xué)熱處理工藝的專用鋼；發(fā)展無污染化學(xué)熱處理工藝和復(fù)合滲工藝；用計算機控制多種化學(xué)熱處理過程，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，研制各種介質(zhì)中適用的傳感器和外接儀表、設(shè)備等。
