真空炉设计的原理即在热处理开始时抽出炉内环境空气，同时还能够引入工艺气体以达到特定的低于大气压的压力，因此真空炉能够很好的控制整个工艺过程中通炉内气体的数量、类型和质量。

用惰性气体进行气淬是一种广泛应用的控制淬火速率和结果的技术。此外，随着热区内温度的升高，添加特定的工艺气体可以带来更多的好处，从而改善各种热处理应用的结果。

真空热处理工艺的第一步是去除炉内的空气。加热的金属部件特别容易与空气中常见的元素（如水蒸气或氧气）发生反应，因此去除空气可以显著减少不必要的有害反应。但是，通入特定的工艺气也可以产生作为工艺一部分所需的反应或条件。

在升温过程中回充工艺气体能够带来很多好处。有些工艺可能需要引入极少量的气体（0.01 Torr 到 10 Torr），如氢气以帮助去除氧化物，或添加碳等元素以进行表面渗碳硬化，或添加其他惰性气体以限制Cr等元素在高温工艺中的挥发。其他工艺可能需要引入足够的工艺气体（1 个大气压或更高），以便通过操作内部风扇来实现对流加热，从而均匀加热具有复杂几何形状或大横截面的零件。

炉子的设计包括两个分压气体入口，由质量流量计进行调节。

在这里，我们看到一个典型的由质量流量计、压力调节器、截止阀和分压手动节流阀组成的分压系统，这些部件能够精确地控制充入炉内的气体体积。

分压工艺：在接近真空的压力下保持反应控制

分压工艺是指在炉子达到真空状态后，向炉内充入非常小流量的工艺气体，从而在温度升高时产生或控制反应。工艺气体可以是氩气或氮气等惰性气体，也可以是氢气或乙炔等活性气体。

分压热处理工艺可用作炉内吹扫，即通过添加惰性气体的方式将炉内大部分残余气体原子和分子排出。当惰性气体（如氩气）在升温过程中加入炉内，可带动氢气、氧气和氮气等较小的原子或分子的运动，迫使它们在系统第二次抽真空时迅速排至炉外。

惰性气体还可以减缓Cr等元素的挥发，因为Cr等元素在高温和极低压力容易从工件表面析出。在充入惰性气体后，即使很低的惰性气体的分压，也有助于防止含Cr材料的元素析出。

有些材质的钢特别容易氧化，甚至可能在热处理之前就已经在其表面形成了氧化物。因此，有时我们需要在特定温度下将氢气*引入热处理过程，促使某些金属氧化物与通入的氢气发生反应，从而减轻工件的氧化情况。（*虽然从安全角度来看，在将氢气引入任何系统时要非常小心是常识，但通常不建议在涉及含有钛或某些铜合金的部件的热处理过程中使用氢气。）

在AvaC 低压渗碳等工艺中，在低压下添加乙炔等工艺气体有助于提供满足特定要求的表面渗碳硬化解决方案。这对于具有非常复杂几何形状的零件特别有效：例如粉末金属制造的零部件。

除了这些工艺之外，分压气体系统还可以用于避免零件和工装之间的扩散粘结，并提供一个临时冷却步骤，从而提高真空冷却的效率。

对流加热工艺：

对流工艺是将惰性气体充入真空状态的炉内，直到容器内的压力等于或高于一个大气压。

将炉子抽至接近真空状态，然后再用另一种气体回充到与抽真空之前相同的压力，这看似没有太大意义，但通过控制回充气体中存在的元素，可以确保所处理的零件不与环境空气中可能存在的有害元素（如水或氧气）发生反应。

真空炉主要通过热辐射进行热传递。在真空环境中，由于没有环境空气，热量不会通过对流的方式进行热传递。因此，操作人员能够在整个热传递的各个关键步骤中对工艺温度和均匀性进行有效控制。但是，由于热辐射沿线性方向传递能量，因此复杂曲面和深孔等几何形状可能会严重影响热处理过程的一致性。

在炉内充入一个大气压或更高压力的惰性气体，可以更好地控制复杂部件的加热均匀性。且在较低温度时，对流加热比辐射加热的效率更高。

内部对流风扇产生的气流可以确保热量有效的传递到整个复杂部件的所有几何形状中。气流可以为深孔或尖角部分提供更一致的热量传递，以确保整个部件都能均匀升温并更快地达到需要的保温温度。从而在确保温度均匀性的同时有效减少工艺时间，加快复杂零件的生产周期。

结论

虽然真空炉主要的功能在于其气淬的能力，但在升温和保温过程中加入工艺气体为设备增加了更多的功能和更大的使用范围。分压及对流加热使得真空炉对炉内工作环境的控制更加精确，让真空炉成为生产稳定，清洁工件的理想工具。