2.1 工具用钢的加热
2.1.1 加热方式
加热是热处理第一大环节，采用何种方式加热应根据具体情况而定。工具钢常用的加热方式有以下几种。
1.空气加热
在空气中加热的设备主要有箱式电阻炉、井式电阻炉、网带炉等，可进行退火、正火、调质、淬火等热处理。
2.盐浴加热
与空气加热比较，盐浴加热有突出的优点：工件的氧化脱碳少，高温加热性能好；加热速度快；可对工件施行局部加热。盐浴炉炉温均匀性较好；热容量大且炉温波动性小，易实现恒温加热；可进行渗碳、渗硼、渗金属等化学热处理；它不仅加热性能好，而且还是目前热处理工艺中等温淬火及分级淬火的唯一常规冷却设备。
3.真空加热
真空加热具有无氧化、无脱碳、脱气、脱脂、表面质量好、畸变小、热处理工件综合力学性能优异、使用寿命长、无污染无公害、自动化程度高等一系列优点，几十年来一直是热处理加热设备发展的热点。真空热处理炉可用于淬火、回火，以及渗碳等化学热处理。
4.感应加热
感应加热按频率分为高频感应加热、中频感应加热、超音频感应加热、工频感应加热四种，主要用于淬火加热。
5.火焰加热
火焰加热主要用于淬火，也可用于退火及快速回火。火焰淬火属于表面淬火工艺之一。热源是燃烧着的火焰，加热方式是用火焰喷嘴加热工件表层，具有设备简单、操作方便、方法灵活、投资少、对工作场地要求不高等优点。对单件、小批量、多品种、淬硬层深度要求深的工件，利用火焰淬火能获得满意的效果。
6.可控气氛加热
在可控气氛中加热，可以极大地提高工模具的热处理质量，其突出的优点可以概括为：可以进行无氧化和无脱碳加热，实现光亮淬火；能实现可控的碳氮共渗等多种化学热处理；对于已微脱碳的工件可进行补碳处理；也可进行脱碳退火（应用于硅钢带）；机械化、自动化、智能化、计算机应用能力和热处理质量的稳定性大为提高。
7.高能束加热
高能束热处理是指供给工件表面不小于103W/cm2的功率密度的热处理加热方式。采用的热源有激光、电子束、离子束、电火花、太阳能和同步辐射等。
2.1.2 加热时间的计算
加热时间包括从室温到炉温仪表指示达到所需温度的升温时间、工件表面和心部温度均匀所需的均温时间，以及工件内外达到温度后为了完成相变所需的保温时间三个部分。
1.加热时间的经验计算
为了计算方便，生产实践中经常采用经验公式来计算加热时间，计算的依据是工件的有效厚度。工件有效厚度的确定方法为：①圆柱形工件按直径计算。②管形（空心圆柱件）工件：当高度/壁厚≥1.5时，以1.5×壁厚计算；高度/壁厚≤1.5时，以高度计算；当外径/内径>7时，以实心圆柱体计算。③空心内圆锥体以外径×0.8计算。
加热时间的计算公式为t=aKD
式中t——加热时（min或s）；
a——加热系数（min/mm或s/mm），见表2-1；
K——工件装炉修正系数，通常取1～1.5；
D——工件有效厚度（mm）。
表2-1 加热系数（单位：min/mm）
2.加热时间的简易计算
常用的加热时间简易计算表见表2-2。
表2-2 常用的加热时间简易计算表
（续）
注：当炉温达到工艺温度时入炉，开始计算加热时间。
2.1.3 盐浴加热
盐浴加热时，由于工件与空气隔绝，可以有效地防止工件氧化和脱碳。此外，盐浴加热还有加热速度快、加热均匀、变形小、加热温度范围宽、可局部加热等特点，适于多品种、小批量生产。常用盐浴成分、特点及用途见表2-3。
表2-3 常用盐浴成分、特点及用途
（续）
2.1.4 真空加热
真空加热比盐浴加热工艺系数要复杂些，制订真空加热工艺时考虑的主要工艺参数如下：
1.真空度
真空热处理时，工作真空度要根据所处理的工件材料和加热温度来选择，首先要满足无氧化加热所需的工作真空度，再综合考虑表面光亮度、除气和合金元素蒸发等因素。常用工具钢在真空热处理时推荐的真空度见表2-4。
表2-4 常用工具钢在真空热处理时推荐的真空度
2.温度
真空加热是以辐射传热为主，在700℃以下辐射效率很低，工件的温度滞后于炉膛的温度。因此，真空加热需通过多段预热来减少工件温度的滞后，特别对形状复杂的大尺寸工件，进行多段预热尤为重要。淬火加热温度一般取盐浴处理温度的中下限。真空淬火加热及预热温度见表2-5。
表2-5 真空淬火加热及预热温度
3.时间
在周期作业的真空炉中，影响加热时间的因素比较多，如炉膛结构尺寸、装炉量、工件形状和尺寸、加热温度、加热速度以及预热工艺等。一般都通过试验方法得出一个经验公式。
根据炉温和被加热工件表面与心部的温度曲线可知，在周期作业真空炉中总的加热时间为
t总=t升+t均+t保
式中t升——工件加热时，炉膛到达工艺温度指示所需的时间；
t均——工件均热时间，可按经验公式t均=a′D估算（a′为透热系数，见表2-6，D为有效厚度）；
t保——合金元素在奥氏体中充分溶解的时间。
表2-6 真空加热透热系数a′的确定
注：若不经预热直接加热时，透热系数a′应增大15%～20%。
t保取决于钢的成分、原始组织及特殊工艺的要求等。碳钢加热到温并均匀化后，就基本上完成了奥氏体转变，在该温度下仅需停留几分钟甚至零保温也可淬火（加热温度需取中上限）。合金钢特别是高合金钢，则需一定的保温时间（30min左右）。真空回火加热需要充分的保温，一般需1h即可使碳化物充分析出。
为了提高真空热处理的生产率，克服真空炉在低温预热阶段升温速度慢的缺点，国内外真空炉多数设有可对流的加热装置，可使生产周期缩短1/3～1/2。