真空热处理可用于退火、脱气、固溶热处理、淬火、回火和沉淀硬化等工艺。在通入适当介质后，也可用于化学热处理。
真空中的退火、脱气、固溶处理主要用于纯净程度或表面质量要求高的工件，如难熔金属的软化和去应力、不锈钢和镍基合金的固溶处理、钛和钛合金的脱气处理、软磁合金完善导磁率和矫顽力的退火，以及要求光亮的碳钢、低合金钢和铜等的光亮退火。真空中的淬火有气淬和液淬两种。气淬将工件在真空加热后向冷却室中充以纯度较高中性气体（如氮）进行冷却。适用于气淬的有高速钢和高碳高铬钢等马氏体临界冷却速度较低的材料。液淬是将工件在加热室中加热后，移至冷却室中充入高纯氮气并送入淬火油槽，然后冷却。如果需要高的表面质量，工件真空淬火和固溶热处理后的回火和沉淀硬化仍应在真空炉中进行。
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