热处理生产离不开工装夹具，但各种类型加热炉用夹具、料盘、料筐、料架等都要随同工件一起加热，有时它所带走的热量等于或大于工件的热量，约占总热量的18%~29%，这无疑增加了热处理生产成本。日本统计的各种类型电炉连续运转时的热效率如表1所示。从表1中的数据可以看出，井式炉吊具热能消耗量最大，箱式炉和输送带式炉次之，输送带式炉的输送带很长，加热后冷却又重新入炉加热，无效热能损失大。而震底式炉的炉底板一直在炉膛做往复运动，因炉内不使用料盘，故没有这方面损失。因此，尽可能用震底式炉、辊底式炉和网带炉代替链板炉或铸链炉，免除料盘的热损失，降低成本。

　　热处理用料盘、夹具等耐热构件与工件一起在炉内加热，随工件冷却后，重新装上工件再次加热。这是必须付出的能量消耗，但在保证其强度和寿命的前提下，如能最大程度地减轻其重量，就可以减少用于料盘、夹具上的能源消耗，可多装工件，提高效率，显著降低能源。从这个角度江南·体育(JN SPORTS)官方网站，采用高级、较昂贵的耐热合金钢，甚至金属间隙化合物材料、碳/碳复合材料、石墨材料使料盘、夹具轻量化还是经济的。有采用高级合金减轻料盘、夹具重量有节电20%的记录。通过精心设计，选用多功能、轻质的工装夹具，不仅可以减少工装夹具费用支出，还可以节约加热用能源，缩短生产周期，特别是批量生产的间歇式炉，整个炉子要经过加热和冷却的循环周期，因此炉子热区工装夹具的设计对于减少热量损失是十分重要的，最典型的例子就是真空淬火炉。真空炉用钼棒代替耐热钢可减少2/3的工装重量，使加热时间缩短25%。目前已有一些真空炉用碳/碳复合材料、石墨材料代替耐热钢制造工装。一、减轻工装夹具重量的途径减轻工装夹具重量的途径，一是改善结构，二是选用优质材料。在对工装夹具减重而不缩短寿命的条件下进行轻量化设计与制造，其具体措施与途径如表2所示。图2 工装夹具的轻量化及其材料优化措施与途径：

　　尽量减少热处理工装夹具（料盘、料钩等）在炉外停留的时间或设置防止过度降温的保护措施，以减少其自炉内带出的热量损失。目前，市场上推广了一种料筐不出炉膛的往返式推杆炉。这些炉子的所有加料、出料都在密封状态下进行，因此具有减少热能损耗、节约气氛等优点。由于密封性好、炉气稳定、单位面积生产率大大提高，两排或三排导轨上可进行不同周期的热处理，炉子加热区外的机构得以简化。日本日立建筑机械厂改进密封箱式炉的料盘结构，减小了重量，从原来每盘装200个轴类件增加到300件，把以前的3台炉子一个月开动20天改为2台炉子每月开动24天，即可节电20%，每月少用电14800kW·h，节约丙烷气约500kg。二、优化工装夹具设计对各种类型的加热炉，用在加热工装夹具所需的热能比重为18%~29%。所以减轻工装夹具重量对提高加热效率有重要意义。减少重量的途径之一是改善工装夹具的结构。采用计算机软件进行三维、模块化设计，配以优质工装夹具（新）材料，使工装夹具获得理想的结构与高温强度，以减少热量损失，增加装炉量。用组合式结构取代传统整体式结构，不仅可通过合理组合满足多种产品的热处理生产，而且减少了工装夹具用量，如图1所示。

　　三、Ni3Al金属间化合物材料的应用1.Ni3Al材料美国新型炉内抗渗碳耐热构件材料——Ni3Al金属间化合物（IM），其材料成分为添加Cr、Zr、Mo、B的质量分数为8%~11%Al，81%~88%Ni，是一种陶瓷材料，具有出色的热强性、抗蠕变、抗渗碳能力。2.应用可用于制造夹具、料盘、料筐、料架等（见图2），Ni3Al构件寿命比耐热钢高一倍以上。采用Ni3Al构件还可以减少炉子维修次数，缩短工艺周期，提高渗碳温度，节能效果显著。

　　Ni3Al材料作为耐火、绝热炉衬材料的陶瓷纤维板（块）已获得广泛应用，产生了巨大的节能效果。例如，汽车动力转向系统零件的渗碳热处理采用推杆式渗碳炉，将Ni3Al材料代替HP铸造合金（质量分数为35%Ni、26%Cr）料盘、支撑座和夹具，虽然比Ni-Cr合金贵1.5~2倍，但寿命要长得多。Ni-Cr合金料盘只能用12~15个月，而Ni3Al料盘使用42个月未损坏。新材料Ni3Al制造的料盘由于使用寿命的延长和质量的减轻，还可以提高10%的热处理生产效率，使每台炉子每年节约1.5万~2.0万美元。四、碳/碳复合材料及其应用1.金属料盘缺陷由于金属制作的料盘笨重（如真空渗碳淬火炉用料盘）、热容量大，导致淬火液温度升高而降低其冷却能力，且料盘反复加热、渗碳淬火使用，其内部也会产生相变，引起组织应力，加上热疲劳影响，使料盘出现裂纹，使用寿命大大降低。同时，金属料盘重量大，热容量大，增加了额外能源。2.碳/碳复合材料及特点（1）碳/碳（C/C）复合材料构成。它由两个主要部分构成，即碳纤维和碳基体（或粘结剂）。碳纤维的碳原子组成的极细的丝，直径通常仅为0.005~0.01mm。它们交织在一起，具有出色的力学强度、硬度和导热性。将其封入其中的碳基体能够均匀地减轻重量和耐受化学作用。碳/碳复合材料热容量小，高温强度大，热变形可忽略不计，净重/皮重比对于料架的制作非常合适，能够加快升温和冷却速度，增大承载部件的能力，减轻部件的变形。碳/碳复合材料还具有出色的抗热疲劳性能，裂纹扩展情况大幅度减少。（2）碳/碳复合材料特点。由于该材料具有耐高温、抗烧蚀、重量轻、耐磨、抗腐蚀等特点。料架和炉内部件使用碳/碳复合材料制造，可提高工艺温度、增大装料量，提高生产能力，节约能源，降低总成本。3.用碳/碳复合制作真空炉渗碳淬火料盘的特点图3 用碳/碳复合制作真空炉渗碳淬火料盘的特点：

　　4.国内外碳/碳复合材料的应用（1）美国使用碳/碳复合材料代替耐热钢制作料架，不仅减轻了料架的重量，而且降低了能耗。料架和栅格的常用制作方法包括结构组合（见图3）和压接（见图4）。碳/碳材料和合金料筐或丝网混合使用也常见。

　　测试用真空高压气淬炉，炉子的有效工作空间为1270mm（长）×915mm（宽）×915mm（高），碳/碳料架组件（见图4）和合金料架组件（见图5）的总重量分别为275kg和572kg。

　　使用碳/碳料架时，炉料达到规定温度（857℃）的时间比使用合金料架缩短了35min；冷却速度快10min（冷却到65℃）。表4为合金料架和碳/碳料架电耗和成本的比较。使用碳/碳料架因节省用电而使用电成本降低1.33美元；若线美元计算，则因缩短生产时间（节省总周期时间45min）而使每炉次节省了140美元。图4 合金料架和碳/碳料架电耗和成本的比较：

　　（2）德国西格里碳素集团（SGL CARBON GROUP）西格里特种石墨（上海）有限公司使用碳/碳复合材料代替耐热钢制作料架，不仅减轻了料架的重量，节省了能源消耗，而且提高了使用寿命。图7为用碳/碳复合材料代替耐热钢制作的真空炉料架。

　　（3）中国科学院金属研究所生产的碳/碳材料制真空渗碳淬火炉用料盘（见图7）已用于生产，因其重量轻，节省了额外能源消耗。5.用碳/碳复合材料代替耐热钢制造真空钎焊炉料盘减轻重量方法中国科学院金属研究所生产900mm（长）×650mm（宽），厚度10~30mm范围内的各种碳/碳材料制真空钎焊炉用料架，已经大量用于生产，因其重量轻，减少了额外能源消耗。其特点如表5所示。图5 用碳/碳复合材料代替耐热钢制造真空钎焊炉料盘的特点：

　　五、石墨材料及其应用在高温下（1200℃）使用合金材料制作的真空炉用工装夹具，其使用寿命较短。石墨材料具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀、高温强度大的等特点，对此可采用石墨材料制造。例如，使用易普森线mm）在高温下进行蜗轮叶片固溶、退火处理时，设计、制造一种组合式结构石墨材料线mm，共可放置1000个叶片，不仅增加了产量，而且获得了理想的使用寿命。

　　六、钼棒材料及其应用钼棒是用钼金属制成的棒状产品，钼棒在高温下，具有耐高温氧化、高温强度好、耐腐蚀、热传导率大、热膨胀系数小等优点。美国TRW公司，在真空热处理时的工件（喷气式发动机叶片，单件重量56kg）和料盘的重量比，经改进后达到 300%。该厂过去用耐热钢制作的线kg，改用钼棒制造后仅重225kg，重量减轻60%以上，使整盘料的加热时间由8h减为6h。料盘使用寿命较耐热钢显著提高。