图解浅析——高合金粉末不锈钢之气液双淬真空热处理工艺！！

Carson_Huang

由于本人主业的业务范围需要，也为了我那个生命中最为执着的爱好——制刀的需要。我一位哥们儿的企业有半闲置的两组真空热处理设备。由于真空处理的成本消耗极大，他平时的业务吃不饱，一直处于维持状况。所以臭味相投的我俩，饭局过后，一拍即合，由原先的“包场娱乐”转为干脆就入了股。无论盈亏权当玩呗。反正自己有份之后，玩起来也就更得心应手，全天候的不限时尽情的干，想怎么干就怎么敢，想怎么玩就怎么玩，真是悠哉游哉快活哉~~

这几个月，一直埋首于微调粉末钢的热处理流 程。其实美国熔炉思铂CPM和瑞典Damasteel原厂所提供的热处理详细参数已经非常完善成熟，不存在颠覆的可能性。只是比较追求**极致的我，需要对其做进一步的微调整，使之更适合製做刀具的性能。CPM的S30V以及S90V，原始设计并非专业提供给制刀行业所使用，而是模具、剪裁冲压刃具、五金产业。而Damasteel的RWL34以及大马士革花纹钢，较为贴合刀具产业，我可以理解为旗下的粉末单体、粉末大马产品，是专业供应刀具生产的原材料，所以，Damasteel的热处理流 程，需要调整的范围幅度，略比CPM要小些。

今天趁着刚刚给工程师制定完所有的热处理曲线，我觉得应该与大家分享一下这个在外人眼中，神乎其神，云山雾罩的————真空热处理。

真空热处理，按照字面的解释，很容易知道这种热处理由别于常规的电阻炉或者电热偶加热炉的处理方式。因为整个处理過程中，钢铁零件均处于真空环境当中，整个過程基本没有氧气和别的气体参与（因为目前的科技不能能做到100%真空，只能无限接近），所以，真空热处理的优点在于————1、不变色    2、极少变形   3、极大降低脱碳    4、没有氧化皮   
所以，这种处理工艺，极利于刀具的製做。为什么呢？呵呵，因为，可以在把刀子加工完成之后，再最后做热处理。而不是像常规的那些做法：先热处理钢板，再用砂带机磨制。因为这样就会导致打磨的时候钢材退火......这就是为什么知名大厂的量产刀具硬度指标明显稳定于手工指刀师的作品的原因。

但是，传统的真空热处理流 程，仍仅是针对模具五金行业的需求而言进行开发的流 程。某些环节仍需要修改。

我先简单介绍一下传统的真空热处理：
1、产品零件装挂，装夹具
2、关闭反应炉炉门，抽真空
3、升温、保温一系列处理過程
4、如果选择气淬，就是用惰性气体气冷降温进行淬火。如果选择油萃，就是用淬火油进行淬火
5、恢复常温出炉
6、回火处理


以上的程序，只是“能用”并不是“好用”。能够使得钢材达标。但是并非接近完美的性能指标区间。为什么呢？这可说来话长了。因为操作工人的责任感，LC的科学和理性、经验值、时间成本、辅材消耗的成本、电费成本......这些都会让绝大多数的热处理厂家只做到“能用”，各方面都达标，你又说不了他啥。要是想做到接近理想的目标值，这就需要耗费数倍于“能用”这个LC的精力和金钱了。

接下来，我着重对大家分享一下，我对Damasteel旗下的粉末RWL34以及粉末大马士革花纹钢的热处理新的体会。

我通过3个月时间，无数次的日夜反复试验，得出了最佳的热处理曲线，并经过实践检验再次印证了这些曲线的可复制性和合理性。其中对厂家常规热处理工艺，我做出最大的调整是————
1、热处理前的恒温缓降预处理，最大程度避免消除淬火后的应力问题。
2、利用多阶梯式升温保温工艺，保障了奥马氏体在临界温度段中转换的效率和终点效果。
3、采用油、气，混合淬火的2次淬火工艺，使得这两种钢材在降温過程中达到两个阶段降温区间与时间差。提高高硬度值下的材料韧性。
4、三阶段的超长——中、低温交替切换回火工艺，提高材料的塑性和韧性。
5、淬火以及回火加插液氮深冷处理，提高韧性和晶粒细密度。
6、喷丸去除应力处理，降低内应力对钢材的隐忧。


趁着前段时间，原料采购商委托我处理的一批RWL34以及瑞粉大马的订单，我也全程拍摄了许多照片给大家一起分享。让我们现在就随着图片，一起来身临其境的体验一次气液双淬真空热处理吧~~~



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等待处理前的RWL34的钢条和瑞粉大马士革的原料。



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整套设备占地160多平方米。全部的配套设备分为真空热处理机组、淬火系统、空压机组、抽真空机组、回火设备、深冷处理设备。



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这两台都是真空热处理炉，左边的是80公斤处理量的1号机组。右边的是30公斤处理量的2号机组。



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这是控制设备和液氮储存罐



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这台2号机组可以对小尺寸的材料，进行处理



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这是一号机组的设备说明铭牌。



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控制面板。所有的热处理流 程，均通过完善的计算机进行控制，只需要先期输入完整的参数和热处理曲线，其后的全程都不需要人力的介入，全由设备自动完成。



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控制面板



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精准的温控面板，精确度可控制在0.1摄氏度以内。这是常规小炉子根本达不到的精度。



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惰性气体淬火介质输灌系统。我采用了氮气，工作過程中，加压泵再把氮气加压至12个标准大气压。



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气体导管



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入炉瞬间。是不是很像潜水艇的减压舱呢？哈哈，真的很棒。很科幻的样子吧？
另外再说一句，这个装钢材的框子也很牛B，是钛合金的。这是为了杜绝一切相互干扰反应和热变形的后顾之忧。真是太爽啦！



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原料框随输送带进入内膛，即将关闭炉门进行处理



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从观察窗中，我们可以即时的监控内部的大部分处理环节。

Carson_Huang

关闭内胆炉门。此时，抽真空设备开始工作。整个处理炉的外壳开始抽真空，大约3分钟后，整个炉腔均为真空状态下的负压。



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在一系列的分阶梯升温保温過程结束后，我们可以看到即将淬火前的状态



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由于是真空状态，没有了热传导，内腔的温度，完全是通过热辐射来实现的。



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开始进行加压氮气冷却阶段，也就是我们俗称的气冷淬火。



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随着氮气与一种神秘介质气体（暂不方便公布）混合气的共同作用，炉腔内的钢材与气体发生了反应，烟雾弥漫，比较恐怖是吧？哈哈哈



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当气淬降温過程达到我所需要的标定温度时，立刻转为下室油淬。这个過程基本观察不到，所以仅能从这张照片中看到这个处理前的瞬间红光。

一般工艺，要么就是气冷，要么就是油冷。厂家是绝对不会提供双淬服务的。因为工艺过于复杂，需要在降温過程中马不停蹄一刻都不能耽误的及时转换淬火介质。这在技术上具有极高的操作难度，对于设备也需要改装。同时带来的设备损耗和风险也是巨大的。所以，为了能够玩得尽兴玩出点高水准的东西，我只能继续往这条不归路砸钱“玩大些”咯，哈哈哈，你们懂的......



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即将出炉之前，内腔炉胆闸门即将开启



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一般，很多厂家基本不会使用深冷处理。就算使用深冷处理也仅是在回火的时候使用一次。而我使用两次。淬火结束后立即液氮处理。两次回火之间，加插一次深冷处理。好处自然多多啦。



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浇注液氮，这个過程比较危险。稍不小心，立刻石化，哈哈哈哈



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烟雾弥漫，犹如仙境啊



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20升液氮不断地补充，经过30分钟的分批次加注。容器内的钢材已经很爽咯

Carson_Huang

通过深冷处理之后，可以极大提高钢材的韧性和延展性能。而在淬火结束之后增加的这次深冷处理，有利于刀具材料的保持性，这是经过我的多次实践得出的结论。



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采用双炉进行的中、低温交替式回火工艺。简单的说来，就是我爸热处理的温度分为三个阶段进行。并且高温与低温交替进行。这样的处理，有利于金属结构内部的晶粒进一步细密与晶界间的过度更趋向平缓。极大的消除了内应力对于製做刀具时候的影响。



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在前两次回火之间，我加插了一次-196摄氏度的液氨深冷处理。



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这可不是冰棍哦，这可是让我们都流口水的RWL34和瑞粉大马钢板。多美啊，这个温度，在地球的自然界中是不可能达到的，实在是太低温了，-196度，我的天啊~~



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最后一次的回火处理，需要6个小时的长时间保温与缓慢降温。一共耗时12个小时。从去应力的预处理一直到最终的完成，我一直干了一天两夜，合计38个小时左右。身边的工程师和轮班的工人职员，都觉得我疯了。其实我自己也怀疑我是不是疯了，哈哈哈。首先，厂子开办6年来，就没见过两三个火柴盒大小的钢块入炉真空热处理的，我是第一人。每次一千多块钱的水电费不说，光是时间就消耗不起。其次，近乎于**程度的严苛流 程足以让身边从事多年热处理工作的工程师们乍舌。纷纷猜测这些钢材是否用于天 宫一号，哈哈哈哈哈，开玩笑。



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我在这里蹲守了3个多月，做了不下于100次大大小小的局部微调流 程。最短的简化版本处理试验，前后也耗时6个多小时。完整的流 程试验，一般都在12小时左右。正式的处理更是长达38个小时。白天黑夜的更迭交替，也见证了试验的难度，更见证了做自己喜欢的事情所带来的乐趣。这就是支持我坚定走下去的动力源泉！我相信，我仍会在这里，不断地干下去，干好多好多年！！！



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经过40多次实验记录的修改流 程，我最终选择了韧性与保持性相对接近完美的硬度目标值——HRC61.5



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在这次由客户委托待处理的钢材中，我进行了全检。RWL34的淬硬性和淬透性非常的完美统一。这与Damasteel厂家的粉末钢生产工艺密不可分，也与合理的热处理程序关系密切。



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多点检测，均达到HRC61.5,+-0.5的指标。我很满意。



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其中的一块RWL34，检测硬度HRC61.5



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这是一块天梯纹的瑞粉大马，RWL34部分的检测硬度也是HRC61.5



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这是一块拧绞纹的瑞粉大马，检测硬度也是HRC61.5



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这张图片，哈哈哈，开心吧？能看得出是什么么？
嗯，由于今后，本人製做的刀具，原则上均为————先制做成刀胚，然后再进行热处理。最后再作表面工艺和修饰。这样可以避免砂带机磨制刀片造成的退火软化问题。

所以，我一直不断尝试对于成品刀片的真空热处理工艺调整。因为，刀片已经是成品之后，就需要避免热处理带来的变形和表面变色。我一向比较推崇这种工艺做刀子。原因，前面已经讲得很多了，就是为了完美，还是完美！

Carson_Huang

所以，我把我做的三刃木T01刀片热处理，也在这里与大家一起分享一下。



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T01是一款廉价随身工具小刀。刃材采用8Cr13，出厂设定硬度值在——HRC56-57之间。此时，对于这个材料，我相信是比较合理的硬度值。保持性一般，但是韧性不错。所以小三的厂家都采用这个目标值进行热处理。而从上面的硬度计实测图可知，本人经过几次的试验，把813的硬度处理在了60-61之间。保持性大大提高。而韧性，经过我自己研发的交替温区回火，可以达到2.5mm厚度，刀尖折弯30度不断裂的目标。但是超过这个极限，小三也断你没商量。



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在刀背左侧和右侧，各取了3个点测量硬度。



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这与我之前使用三刃木813的刀片再加工做二次热处理的表现有极大不同。我相信，这已经是达到了813的材料极限。所以，硬度、保持性与韧性的取舍，就看您的需求了。通过我的实验，再次实践了那句圈内的老话————“好的热处理可以挽救一块平庸的钢材，糟糕的热处理绝对会毁掉一块优秀的钢材！”



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清晰地看看指针，这把T01，我处理到了60.5HRC,虽然，一块钢材处理硬度提高并不困难。99%的厂家都能做到。关键是在于回火和后期的处理。这才是难点和关键所在。硬度上去了，脆性增加了，这是在杀鸡取卵。只有通过后期处理，增加韧性，这才是榨干材料极限表现的唯一正确途径。



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这是三刃木T01刀片断面实拍。


好了，洋洋洒洒几千字。相信，您已经对于神秘的真空热处理设备以及流 程有了一定的了解。也通过我的实验，展示了油、气双淬带来的实际效果，相信，只要用心和不在乎代价的做一件事情，绝对不可能做不好。一切只待时间，一切都不是难于登天的事情！

感谢大家的观赏。希望今后多多交流，我们互通有无，切磋成长！我希望，通过我的不断实践，可以发挥刚才的极限特征，把优势尽可能的发挥到极致表现。在看完全文之后，如果有误的地方，还请各位前辈高手不吝赐教！

Carson_Huang

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Carson_Huang

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Carson_Huang

4

Carson_Huang

5

haodao01

这才叫专业

ysvvv

太夸张了。这么玩高科技，叫业余的还怎么玩啊？

原语

玩得太高端了!佩服

看热闹的

卡兄采用的这些热处理是一般专业热处理工具、模具的广泛的方法，基本上LC很不错了。。。
想说的是，在卡兄采用一般厂子常用LC的過程中，可能对他们常做的那些步骤还有些误解

1 热处理前去应力，不见得一定要做的，要看具体情况啊。这种预处理经常是针对针对工具模具工件使用后有残余应力。我看图片楼主是处理没加工的板料，没啥加工内应力残余，更没什么淬火应力。当然，如果是打磨过的刀子，做一下这个步骤倒是不错的选择。
2 一般厂子做阶梯升温主要目的是为了材料或零件内外各部位均热，特别是对导热性差的高合金类材料，而不是为了这个转变那个相变等。。在薄板材料这类小尺寸来说，保证内外均热的情况下，尽量越快升温越好，特别是高温段，减少加热梯度，降低组织粗化倾向
3 这个气油混合冷却，类似工厂常用的双液淬火或者预冷淬火的，一般厂家在采用这类工艺时，其主要针对较大的零件，目的是还是均匀冷却减少开裂倾向。
4 冷处理不一定是温度越低越好，指定温度主要依据mf点，温度过低不但不能引起更多的残余奥氏体转变为马氏体，而且还可能引起更大的内应力，降低韧性等，这也是一般厂子选用-80到-100度的原因。

唧唧歪歪又对卡申兄的帖子说了些废话，谁让我是一张臭嘴呢，主要是这类工作扎实、内容翔实的帖子，引起我强烈的参与热情，希望不要引起对我回帖误解，谢谢卡深兄弟！

andrew_pest

长见识的飘过……

Carson_Huang

卡兄采用的这些热处理是一般专业热处理工具、模具的广泛的方法，基本上LC很不错了。。。
想说的是，在卡兄采用一般厂子常用LC的過程中，可能对他们常做的那些步骤还有些误解

1 热处理前去应力，不见得一定要做的，要看具体情况啊。这种预处理经常是针对针对工具模具工件使用后有残余应力。我看图片楼主是处理没加工的板料，没啥加工内应力残余，更没什么淬火应力。当然，如果是打磨过的刀子，做一下这个步骤倒是不错的选择。
2 一般厂子做阶梯升温主要目的是为了材料或零件内外各部位均热，特别是对导热性差的高合金类材料，而不是为了这个转变那个相变等。。在薄板材料这类小尺寸来说，保证内外均热的情况下，尽量越快升温越好，特别是高温段，减少加热梯度，降低组织粗化倾向
3 这个气油混合冷却，类似工厂常用的双液淬火或者预冷淬火的，一般厂家在采用这类工艺时，其主要针对较大的零件，目的是还是均匀冷却减少开裂倾向。
4 冷处理不一定是温度越低越好，指定温度主要依据mf点，温度过低不但不能引起更多的残余奥氏体转变为马氏体，而且还可能引起更大的内应力，降低韧性等，这也是一般厂子选用-80到-100度的原因。

唧唧歪歪又对卡申兄的帖子说了些废话，谁让我是一张臭嘴呢，主要是这类工作扎实、内容翔实的帖子，引起我强烈的参与热情，希望不要引起对我回帖误解，谢谢卡深兄弟！
看热闹的 发表于 2011-11-1 01:01

感谢热闹兄的精辟见解和精彩回复。我需要解释一下：
1、是的，对于预作去应力处理，板材可以不做。但是我今后做的是成品刀胚，所以这里介绍的流 程指的是刀胚而不是钢板。这次其实除了钢板也有几把刀胚。另外我还在以前製做ET这类需要铣削刀片的款式积累的经验，确实是有必要做一遍去除应力处理的，可以在CNC刀片的时候，降低变形风险。
2、嗯，这点我同意，在绝大多数主流理论中，快速升温和减少保温时间与阶梯，对于薄板是有利的。但是我的实践结论却不尽相同，因为快速的升温与短暂的保温时间，会造成两个后遗症隐患——a、硬度不足    b、变形较大。当然，我现在文中所述的多温阶，其实每个温阶之间的保温时间极短，例如780摄氏度提升至850摄氏度，这个阶段，我仅3分半钟......直至1050摄氏度，全程耗时也只有20分钟。这台设备的升温能力还是非常棒的。今后，随炉处理的零件厚薄差距也较大，从折刀刀刃的0.5mm直至直柄类刀具8mm都有，所以，我觉得多阶升温保温，还有有些必要的。当然这些工艺细节都有待商榷。
3、油、气双淬，其实我是从1050度，使用高压气冷，急降至500度。然后7秒内，转换为油淬，500度缓降至室温。这个时间是您所提到的缓降過程，耗时3分钟左右......从实际效果来看，这能提高刃口硬度和降低开裂风险。但是RWL34这个材料还是相当出色的。就算之前我用水淬工艺，也不会造成爆裂。
4、兄弟所言极是，所以，我之前的处理一直使用恒温-196度液氮浸泡法做实验，实则效果并不理想。所以此次，我使用液氮灌注法，采用塑料箱，分次灌注液氮，是温度不至于太低。-100度左右的确合理。可惜目前手头上没有工业超低温冰箱，所以只能用这个“土法”炮制，哈哈哈。另外，我的回火是超常的规格，长时间的保温，缓慢的降回室温，为的也是尽量消除内部集聚的内应力.....

非常感谢热闹兄高质量的回复，您的建议和见解是非常有利的，我完全接受。也欢迎兄弟今后继续给我指点，我也需要向您多多请教多多学习！交流会让人进步，闭门造车只会让我落伍于世界。感谢您几百字的金玉良言！！

sdliukang

从头看到尾，不得不佩服大师的敬业和执着。
“白天黑夜的更迭交替，也见证了试验的难度，更见证了做自己喜欢的事情所带来的乐趣。这就是支持我坚定走下去的动力源泉！我相信，我仍会在这里，不断地干下去，干好多好多年！！！”
正是这份朴实的精神，执着的信念，才使得我国的传统手工业得以传承千载，源远流长。
再次感谢LZ给大家带来这么详实的内容

阳光猪

真空炉的热处理工艺和LC，已经是非常成熟的技术了。
我这边的热处理厂，就是雇了几个农村大嫂来操作，效果一样很好。
因为只要有高级技工负责技术指导，问题就不大。更多的是责任心的问题。
倒是深冷处理我想说点：深冷处理理论上可以增加马氏体的转变量，但是实际上我做过对比实验，对刀子来说，冲击韧性提高的非常有限甚至没有提高。

看热闹的

感谢热闹兄的精辟见解和精彩回复。我需要解释一下：
1、是的，对于预作去应力处理，板材可以不做。但是我今后做的是成品刀胚，所以这里介绍的流 程指的是刀胚而不是钢板。这次其实除了钢板也有几把刀胚。另外 ...
Carson_Huang 发表于 2011-11-1 01:39

提点建议，如果将来是处理成品刀子，为了最大限度减轻开裂倾向，可以做个预冷，也即在淬火真空加热完转移工作室后，静待或者轻微压力气冷，之后双冷处理，但别用油，因为入油后是没法缓降的，而且有人对二什么英有毒物质心存芥蒂。所以可只采用气冷，整个過程根据时间调节气冷压力，即低压或静待—极限高压—低压。但是不管气冷还是油冷，没法准确控制工件的实际温度，需要尝试，这个纯属站着说话腰不疼的建议。
升温时，图中多工件捆扎一起处理会影响均热，但我理解不能不顾经济性一炉只处理少量材料，所以做预热是有必要的，建议总的原则是在低温阶段缓升，在高温段稍快。

看热闹的

真空炉的热处理工艺和LC，已经是非常成熟的技术了。
我这边的热处理厂，就是雇了几个农村大嫂来操作，效果一样很好。
因为只要有高级技工负责技术指导，问题就不大。更多的是责任心的问题。
倒是深冷处理我想说点 ...
阳光猪 发表于 2011-11-1 08:01

低过mf点后，再怎么冷也增加不了啥马氏体转变啦，越冷只能越恶化材料性能。。。

Carson_Huang

提点建议，如果将来是处理成品刀子，为了最大限度减轻开裂倾向，可以做个预冷，也即在淬火真空加热完转移工作室后，静待或者轻微压力气冷，之后双冷处理，但别用油，因为入油后是没法缓降的，而且有人对二什么英有毒物质心存芥蒂。所以可只采用气冷，整个過程根据时间调节气冷压力，即低压或静待—极限高压—低压。但是不管气冷还是油冷，没法准确控制工件的实际温度，需要尝试，这个纯属站着说话腰不疼的建议。
升温时，图中多工件捆扎一起处理会影响均热，但我理解不能不顾经济性一炉只处理少量材料，所以做预热是有必要的，建议总的原则是在低温阶段缓升，在高温段稍快。看热闹的 发表于 2011-11-1 10:25

感谢建议。
我是在做回火的时候才重新把钢板绑扎在一起的。这样可以方便深冷与回火的搬运。在炉中，港版是单片悬吊，每片之间有间隔的。

Carson_Huang

真空炉的热处理工艺和LC，已经是非常成熟的技术了。
我这边的热处理厂，就是雇了几个农村大嫂来操作，效果一样很好。
因为只要有高级技工负责技术指导，问题就不大。更多的是责任心的问题。
倒是深冷处理我想说点：深冷处理理论上可以增加马氏体的转变量，但是实际上我做过对比实验，对刀子来说，冲击韧性提高的非常有限甚至没有提高阳光猪 发表于 2011-11-1 08:01

感谢阳光猪兄的回复，呵呵，是的，我们这儿本地连大嫂都不用，因为在炉内的处理都是自动完成了。出来的搬搬运运也有叉车，童工都能干得很好。但是关键是这个责任感，我相信哪怕是我花钱发三倍工资雇佣的人，也不会比我干的好。不是技术问题，而是责任感。几十公斤的东西，淬火结束等它恢复常温，浇灌液氮，等它半小时再恢复常温，搬运到回火炉......第一次回火结束，搬出来，等它缓降复常温，然后倒液氮，再复常温，再搬到炉子里保温回火。。。。。周而复始的反复。我真不信有比我严格遵守，踏实去做的大嫂，不管你信不信，反正我是不信......很多事情从来都不是技术问题，光是严谨二字就足以让人汗颜。

关于深冷效果，我的测试跟你有些出入。我的实验结论是有提高，但不要把深冷想象成巫术，没那么神奇。我的测试，深冷做与不做，前后有五分之一左右的差距（也就是弯折角度具有15-20%差异，我没把角度当韧性，还有，测试钢板薄片的横向拧转抗断裂效果也很明显）。我是务实派，一切相信我亲眼看到的亲手做到的。理论YY对我没用。或许是LC的细微差别导致实验结果有差别。我不知道猪兄是如何做深冷，何时做深冷，什么时机做深冷。总之，我做的时候，深冷不是照片流 程那样简单。有试过深冷的過程加喷丸处理么？如果有条件的话，加一道机颤工艺吧，这很有效，你可以试试看的。特别是V型缺口，这一项测试中，深冷与否，结论大相径庭。