Термообработка металла в вакуумных печах

Обновлено: 26.04.2024

Понятие вакуумной термообработки включает в себя серию технологических операций в вакуумной печи, служащих для изменения структуры внутреннего или внешнего контура детали, а также получения необходимых качеств поверхности.

Вакуумная среда позволяет минимизировать риск окисления детали. При вакуумной термообработке может изменяться температура (к примеру, ступенчатое охлаждение или нагревание), изменение давления, период выдержки всех стадий напуск определенных газов.

Одни из наиболее частых процессов, используемых в вакуумировании, являются закалка, отжиг, старение, отпуск, цементация и азотирование. Данные процессы проходят в специализированных вакуумных печах, а температура их протекания не превышает 1000С. Нагрев в вакуумных печах производится индуктивным путем, либо за счёт термосопротивления нагревательных элементов.

Сейчас вакуумирование является альтернативным методом обработки и составляет достойную конкуренцию таким традиционным технологиям как термическая обработка в инертных газах, закалка в соляных ваннах и масле. Однако, после применения процессов обработки металлов без использования вакуума, велика вероятность появления окислов и иных нежелательных образований на поверхности деталей. Поэтому при изготовлении высокоточных деталей, например, для космического машиностроения, вакуумная термическая обработка изделий превосходит все аналоги.

Вакуумную термообработку можно назвать одним из лучших методов обработки в ведущих отраслях промышленности за счет того, что технология позволяет существенно снизить искажение геометрии отливки (коробление) и изменение размеров, достижение необходимой твердости, отсутствие поверхностных зон окисления и обезуглероживания, однородность свойств по всему сечению и т.д. Кроме того, вакуумирование позволяет добиться получения блестящей и чистой детали, продляет ее срок службы и повышает износостойкость. Также, после вакуумной термообработки не требуется проводить доводочные операции.

В вакуумном отжиге, как одном из видов термической обработки, сочетаются нагрев до определенной температуры, выдержка и охлаждение. При вакуумном отжиге происходит обезгаживание деталей, при этом улучшаются характеристики изделия. Как правило, обжиг применяется в том случае, если требуется получить технологическую пластичность изделия перед выполнением дальнейших процессов, например, таких, как формовка или машинная обработка. Параметры зависят от материала и желаемой структуры.

Одна из разновидностей термической обработки – закалка, при которой материал нагревается до экстремально высоких температур, с последующим резким охлаждением в масляной или водной среде. Обычно процесс закалки в вакуумной печи проходит в две стадии. Во время первой производится нагрев под вакуумом, в процессе второй стадии осуществляется подача холодного газа (водород, азот, гелий) до определенного давления.

Цементация

Во время цементации посредствам подачи в печь углеродосодержащего газа, например, бутана, пропана и т.д., внедряется углерод, тем самым насыщая поверхностные слои изделия, что приводит к образованию углеродной пленки на поверхности детали. В результате такой обработки повышается устойчивость изделия к трению и напряжению в течение всего срока службы.

Оптимальным методом термической обработки для деталей пресс-форм, является вакуумная закалка сталей. Это одна из ведущих технологий термообработки в инструментальной промышленности. После всякого процесса термообработки появление окислов на поверхности детали неизбежно. Последующая механическая очистка изделия связана с большой трудоемкостью и высокой стоимостью обработки. Решить эту проблему можно, прибегнув к методу термической обработки в бескислородной среде.

На начальном этапе развития технологии вакуумирования были доступны для применения только обработки специализированных материалов в аэрокосмической и авиационной промышленности. На сегодняшний день сферы применения этих технологий значительно расширена и активно используется при производстве пресс-форм для изделий из пластмасс и быстрорежущих сталей, для штампов холодного и горячего деформирования.

Вакуумная печь является герметичной камерой, оборудованная системой нагрева и теплоизоляции и работающая под давлением. Предназначенные для термической обработки детали загружаются в вакуумную печь и нагреваются в вакууме или конвективно. Во время конвективного нагрева в камеру под давлением 2 бар подается промышленный газ. За счет смешивания газа во время нагрева обеспечивается температурная равномерность в изделии, это снижает появление короблений.

Закаленные детали охлаждаются газом. В зависимости от характеристик изделия, например, формы, материала или от требуемых результатов термической обработки, можно задать необходимое давление и тип используемого газа. Например, многие изделия из инструментальных сталей для штампов холодного и горячего деформирования, а также быстрорежущих сталей могут закаливаться в азоте при давлении до 10 бар.

Преимущества и недостатки вакуумных печей

Скорее всего, на сегодняшний день, мало кого можно удивить высокотехнологичным оборудованием для термообработки — вакуумными печами. Тем более, что технологии вакуумной термической и химико-термической обработки до блеска «отполированы» во многих статьях, книгах и журналах. Тем не менее состав вакуумных линий и печей, при всей своей гибкости и уникальности использования, остается достаточно сложным, вызывает трудности при эксплуатации и имеет ряд недостатков. В данной статье мы кратко постараемся обрисовать все эти преимущества и недостатки устроиства и использования вакуумных печей для термической обработки металлических изделий. Для тех, кто никогда не встречался с вакуумным термическим оборудованием, советуем почитать следующие материалы на нашем сайте:

Статьи от ведущего немецкого производителя термического оборудования, компании WMU GmbH:

Кстати, в последней статье можно посмотреть фотографии вакуумных печей различного исполнения: с горизонтальной ретортной камерой, печи двухэтажного исполнения, вакуумные печи шахтного типа и даже печи элеваторного типа.

У нас есть еще одна статья, в которой рассказывается о традиционных технологиях вакуумной термической обработки

Преимущества вакуумных печей для термообработки

Итак, сначала кратко опишем преимущества использования вакуумного оборудования, т. к. на эту тему много всего понаписано и останавливаться здесь особо не хочется:

Практически нулевое окисление и отсутствие обезуглероживания обрабатываемых изделий
Минимальные коробления при закалке (как в масле, так и в газе)
Высокая гибкость и встраивоемость оборудования в технологические цепочки как штучного, так и крупносерийного производства
Снижение времени термической и химико-термической обработки
Быстрая смена режима обработки
Холодные стенки печей
Снижение энергетических затрат за счет работы оборудования с кнопки
Некоторые установки позволяют имитировать процессы нормализации и отжига стали
Легость ремонта и доступность обслуживания печей
Самая высокая степень автоматизации среди печного нагревательного оборудования

Недостатки вакуумных печей

Мы перечислили основные преимущества использования вакуумных печей, которые возможно, в большинстве случаев, будут иметь большее значение по сравнению с нижеперечисленными недостатками.

Основной недостаток вакуумного оборудования — его высокая стоимость. На это значение в большей мере влияет стоимость материалов, используемых при производстве печей. Очень часто при изготовлении рабочих камер, нагревательных элементов и разных вставок используются дорогостоящие вольфрам и молибден. Частично проблему высокой стоимости удается решить при помощи замены дорогих сплавов более дешевыми материалами из углерода и кремния.

Еще, по сравнению с атмосферными печами, вакуумное оборудование имеет много периферийных устройств: вакуумные насосы, систему водоохлаждения корпуса и двигателей, сосуды высокого давления для промежуточного хранения газа-заполнителя и закалочного газа, сосуды для хранения сред для химико-термической обработки и др. Все это также вносит ощутимый вклад в структуру стоимости оборудования.

Если говорить о вспомогательном оборудовании, то стоит отметить, что в большинстве случаев при закалке газом используется азот, который нужно откуда-то брать. Из воздуха он может взяться только в случае его (воздуха) переработки. Но возможные и другие варианты:

Покупать сжиженый азот и при помощи испарения получать технологический газообразный азот
Покупать газообразный готовый азот в балонах

Наилучший, более экономичный вариант газоснабжения зависит от фактического фонда времени работы оборудования. Нужно только добавить, что при вакуумной термообработке необходимо использовать азот с чистотой минимум 99,99%, а это дополнительное оборудование для очистки и соответственно дополнительные капитальные затраты.

Возможно, что все перечисленные технико-экономические затраты окупятся качеством термообработки и снижением энергетических затрат (в сравнении с атмосферными печами непрерывного действия). Но в вопросах финансовой целесообразности использования вакуумных печей может помочь только глубокий экономический анализ для конкретного объекта производства.

Также возможно проявление некоторых технологических издержек вакуумной термообработки с применением азота. В зарубежных журналах по металловедению, иногда публикуются статьи, в которых авторы пишут, что азот при конвекционном нагреве (до 600 градусов) и при закалке может взаимодействовать с легирующими элементами сталей. В большей степени это касается сталей с высоким содержанием хрома: ШХ15, 0Х18Н10Т, 40Х13 и т. д. В этом случае на поверхности деталей может образоваться хрупкая нитридная составляющая, которая может отслоиться от основного металла.

Еще из существенных недостатков термообработки в вакууме можно отметить тот факт, что вакуумные печи никогда не оснащаются водяным закалочным баком. Как утверждают производители печей, вакуум очень боится влаги и грязи. Именно поэтому, перед вакуумной термообработкой детали рекомендуется подвергать мойке, сушке при температурах более 100°С, иногда предварительному обжигу при 250-350ºС. Отсутствие водяного закалочного бака делает невозможным закалку низкоуглеродистых низколегированных сталей. Данную проблему возможно решить при использовании независимой системы загрузки, перемещения и выгрузки деталей.

Ну вот, пожалуй мы назвали все преимущества и основные сложности при использовании вакуумных печей для термической обработки. В любом случае, это направление термообработки активно развивается и не за горами тот день когда все недостатки будут преодалены и вакуумные печи будут более доступны и будут более широко использоваться в металлообрабатывающей промышленности.

Вакуумные печи WMU GmbH

Уже многие годы, вакуумные печи используются в самых различных отраслях производства – это знакомый взгляд на термические цеха, говорящий о современном уровне производства.

Вакуум является идеальной средой для высокотемпературной обработки металлов и сплавов, так как не содержит примесей и загрязнений, гарантирует равномерное распределение температуры и уменьшает рассеивание энергии.

Но при выборе технологии обработки в пользу вакуумной препятствием может стать тот факт, что оборудование для вакуумной обработки является сложным и требует тщательного выбора.

Практически все заказчики сталкиваются с проблемой подбора надежной вакуумной печи, соответствующей техническим требованиям производственного процесса. В области проектирования и производства вакуумного оборудования фирма WMU GmbH (Германия) накопила богатый опыт работы в области печестроения и термической обработки, который подтверждается многочисленными патентами, свидетельствами и сертификатами.

Фирма WMU ориентируется на задачи клиента. Поэтому четких стандартов в типоразмерах печей нет. Рабочие размеры камер нагрева могут быть от 300х300х300 мм до 2000х2000х2000 мм. Вес садки с деталями от 50 до 6000 кг. Печь может иметь горизонтальное или вертикальное исполнение с камерой нагрева кубической или круглой формы.

Вакуумные печи WMU находят свое применение в различных отраслях промышленности, среди которых:

- Производство авиационных двигателей
- Производство промышленных газовых турбин
- Производство теплообменников
- Промышленная термообработка

Технологические процессы, которые реализуются на вакуумных печах WMU:

Закалка и отпуск
Выравнивающий, очищающий отжиги
Отжиг для снятия напряжений, гомогенизация.
Пайка
Специальные процессы
Обработка под высоким вакуумом деталей турбин

Среди достоинств вакуумных печей WMU можно выделить:

Полная автоматизация
Повторяемость циклов обработки
Высокая скорость охлаждения
Высокая равномерность температуры на фазе нагрева
Минимальная необходимость в обслуживании
Легкость в Эксплуатации и безопасность
Надежность и экономичность
Упрощенная загрузка деталей

Различные Ноу-хау фирмы позволили достичь результатов, которые раньше были невозможны. Одним из таких новшеств является система газового охлаждения

Запатентованная система охлаждения была разработана, чтобы получить наилучшие условия охлаждения. Она позволяет расширить количество материалов, охлаждаемых газом в печи с достижением требуемых значений твердости. Также имеется возможность охлаждения более габаритных деталей, как пресс-формы и штампы. Высокая эффективность охлаждения достигается благодаря высокому коэффициенту массового расхода газа под давлением и оптимальному газовому потоку, который распределяется с помощью системы регулируемых каналов в печи.

Для достижения требуемого вакуума печи WMU комплектуются одиночными насосами или сложными насосными группами, системами высокого вакуума, в том числе с применением криогенных ловушек, всеми типами безмасляных насосов. Это гарантирует короткие сроки достижения заданных значений вакуума. Приборы контроля температуры, давления и вакуума от ведущих производителей гарантируют высокую точность и надежность.

Камеры нагрева в зависимости от обрабатываемых материалов и требований заказчика могут быть графитовыми на основе волокна (CFC) или цельнометаллическими нагревательными камерами (ML) с рабочими температурами до 1600 ºС. Для передачи ускорения нагрева и обеспечения равномерного распределения температуры при низкотемпературной термообработке печи WMU могут оснащаться системой принудительной конвекции газа.

Самые современные системы управления является единым центром, который управляет работой печи в автоматическом режиме. Электрические распределительные устройства формируются согласно актуальному состоянию технологии и в соответствии с директивами EC.

Выполнение пожеланий заказчика – вот основное направление деятельности фирмы WMU. Если у Вас есть задачи, требующие обработки в вакууме, обращайтесь к нам. Вакуумные печи WMU будут основой Вашего коммерческого успеха!

Технология вакуумной термической обработки

До сих пор, на многих машиностроительных предприятиях, применяется классическая технология улучшения стальных изделий. Она представляет собой нагрев под закалку в окислительной или защитной атмосфере, охлаждение деталей в воде, масле или полимере и последующий отпуск в печах с окислительной атмосферой. На выходе получаются изделия с короблением поверхности до 0,2 мм. и чёрной пленкой, которая является результатом образования оксидов на металле. У таких деталей одна дорога - в цех механической доводки геометрии поверхностей. Избежать образования окислов на поверхности можно, используя защитные атмосферы эндо- и экзогаза, азота и др. Но коробление всегда будет являться обязательным атрибутом нагрева и закалки сталей.

Современные технологии позволяют значительно уменьшить изменения геометрических размеров поверхностей, используя более плавный нагрев деталей и используя в качестве закалочных сред более мягкие охладители. Это достигается при вакуумном нагреве с охлаждением в потоке газа.

Снижение давления до уровня ≤ 5 x 10 −5 атм., приводит к тому, что количество оставшегося кислорода в рабочем пространстве печи снижается и нагрев в такой атмосфере происходит без образования окислов на поверхности деталей. Более высокой чистоты термообработки можно достичь при подготовке поверхности деталей - предварительном обжиге, для максимального удаления влаги с поверхности, если такая имеется. Для этого детали пропускают через печь предварительного окисления с температурой около 600 о С, когда еще обезуглероживание не начинается. Как правило, такая печь предусмотрена в линии вакуумной термообработки. Она имеет еще одно назначение - обезуглероживание поверхности перед цементацией. По утверждению зарубежных коллег, предварительное обезуглероживание поверхности стали увеличивает скорость цементации на несколько десятков процентов.

В вакууме теплообмен осуществляется за счет излучения, так называемый радиационный нагрев. Но он происходит эффективно лишь тогда, когда излучение становится видимым, т.е. при температурах, превышающих 600 о С. При более низких температурах для ускорения нагрева используют специальный газ-заполнитель рабочего пространства печи, например азот. При использовании такого газа, время нагрева сокращается на треть.

Использование газовой атмосферы в низкотемпературном интервале нагрева (конвективный нагрев) повышает однородность прогрева изделий, соответственно позволяет снизить уровень термических напряжений, вызывающих коробление. Кроме сокращения времени нагрева и снижения коробления, преимуществом использования конвективного нагрева является возможность применение более плотной загрузки, т.е. повышение производительности.

Также газ-заполнитель может использоваться в качестве закалочной среды и среды для отпуска, т.е. все операции закалки (нагрев под закалку и закалка) могут производиться на одном и том же технологическом оборудовании - вакуумной печи.

Закалочные среды, используемые при вакуумной термообработке

В случае закалки, интенсивность охлаждения должна обеспечить требуемый уровень упрочнения с учётом легирования стали, размеров обрабатываемых изделий и их массой в загрузке. При этом коробления изделий должны быть минимальны.

Интенсивность охлаждения принято оценивать коэффициентом теплоотдачи α, имеющим размерность Вт/м 2 К (количество тепла, теряемых единицей площади поверхности, при снижении её температуры на один о К).

Коэффициенты теплоотдачи для разных закаливающих сред:

- Циркулирующий газ - 100-150 Вт/м 2 К

- Сжатый газ - до 1000 Вт/м 2 К

- Спокойное масло (80 о С) - 1000-1500 Вт/м 2 К

- Циркулирующее масло (80 о С) - 1800-2200 Вт/м 2 К

Возрастание коэффициента теплоотдачи, при использовании газа, может быть достигнуто за счёт увеличения давления охлаждающей среды. Конечно нужно понимать, что не все стали можно закалить газом. Вакуумное оборудование позволяет производить закалку как в потоке газа, так и в масле. При выборе охлаждающей среды следует учитывать взаимное расположение с-кривой стали и скорости охлаждения среды. Из-за того, что производители вакуумного термического оборудования не работают с водяными закалочными баками, все низкоуглеродистые стали, к сожалению, остаются "за бортом" высоких технологий вакуумной закалки. Конечно их можно упрочнить частичной закалкой в масле, но присутствие перлитных составляющих в структуре мартенсита не вызывает доверия к долговечной работе этих деталей.

Наиболее дешевой охлаждающей средой для вакуумной закалки является азот. Для проведения качественных процессов нагрева и закалки необходимо использовать азот повышенной чистоты. При циркуляции в рабочем пространстве со скоростью 60-80 м/с коэффициент теплоотдачи будет составлять примерно 350-450 Вт/м 2 K. Более высокий коэффициент теплоотдачи имеет гелий, но он имеет более высокую стоимость. Все применяемые при вакуумной закалке среды, можно расположить по мере возрастания охлаждающей способности следующим образом:

азот (1 атм) - азот (10 атм) - гелий (10 атм) - гелий (20 атм) - масло

Охлаждающая способность сжатых гелия и азота приближается к охлаждающей способности масла. Недостатком гелия является его высокая стоимость. Данная проблема решается использованием рациональных схем введения гелия в печь, в том числе предусматривающих многократное использование одних и тех же порций газа.

Подведем итог. Преимущества вакуумной термообработки на лицо: отсутствие окисления и обезуглероживания, снижение степени коробления деталей (даже при закалке в масле), высокая гибкость оборудования, увеличение производительности процесса, высокая экологичность и безопасность процессов, повышение культуры термических производств.

Вакуумная печь для термообработки: устройство, принцип работы, виды

Вакуумная печь для термообработки – это герметичная печь, применяемая для нагревания обрабатываемых изделий в условиях вакуума. Внутри рабочей камеры могут быть достигнуты высокие температуры, а за счет нагревания без доступа воздуха на поверхности изделия не образуется кислородная пленка.

Термообработка представляет собой процесс изменения исходных свойств материала за счет воздействия на него высоких температур. В вакуумных печах могут проводиться разные виды термообработки – закалка, отпуск, азотирование и другие.

Устройство вакуумных печей

Устройство вакуумных печей

Все вакуумные печи должны включать следующие конструктивные элементы:

Рабочая камера, в которой происходит нагрев. Может быть вертикальной/горизонтальной, с прямоугольным/круглым сечением. Представляет собой герметичный сосуд, к которому подсоединяются насосы, поддерживающие внутри системы вакуум. Закрывается плотной крышкой, через которую внутрь камеры не проникает воздух. Существуют однокамерные, двухкамерные и многокамерные печи.
Нагревательные элементы. В классическом варианте расположены внутри рабочей камеры. В таких печах создается высокий вакуум, температура внутри может достигать до 2500 градусов Цельсия. Также есть ретортные печи с наружными нагревательными элементами. Реторта снимается, а тепло печи может быть использовано для термообработки внутри другой камеры.
Система водяного охлаждения. Рабочая камера имеет двойные стенки. Охлаждение происходит вне вакуума, предотвращаются любые утечки.
Система вакуумной откачки. Для этого могут использоваться диффузные/форвакуумные насосы или насосная группа. В среднем, время откачки длится 7-15 минут.
Система контроля. Работа вакуумных печей полностью автоматизирована. Контроль осуществляется через ПК и программируемый контроллер.

Рабочее давление внутри вакуумной печи может отличаться. Термообработка возможна в условиях вакуума, а также при давлении 2-6 бар и более.

Принцип работы вакуумных печей для термообработки

Принцип работы вакуумных печей для термообработки

Термообработка металла в вакуумных печах выполняется следующим образом:

Изделие загружается в вакуумную печь. Дверца закрывается.
Вакуумными насосами откачивается воздух, создается вакуум.
Температура внутри печи повышается. Нагрев деталей может выполняться в вакууме или в условиях инертного газа (при этом давление повышается до 2 бар). В случае газового нагрев газ подается в рабочую камеру только после предварительного вакуумирования. Такая термообработка позволяет добиться равномерного нагрева изделия, что предотвращает коробления.
Обрабатываемое вещество выдерживается внутри печи необходимый период времени. После этого температура постепенно снижается, и изделие охлаждается.
В конце обработки материал вынимается из печи.

Длительность термообработки зависит от температуры, давления внутри печи, а также целей, которые необходимо достигнуть.

Термическая обработка в вакууме (при давлениях порядка 10-4 мм рт. ст.) позволяет избежать загрязнения металла газами и повышает его пластические свойства. В вакууме подвергаются отжигу листы, проволока, заготовки для последующей обработки давлением, детали из различных металлов.

Например, отжиг тантала и ниобия рекомендуется проводить в течение 1 ч при 1300—1400° С и давлении не более 1 * 10-5 мм рт. ст. Ниобий обрабатывается методом вакуумной прокатки при 1100—1250 С, а после разрушения литой структуры легко обрабатывается давлением при комнатной температуре. После отжига при 1700—1730° С в вакууме твердость металла по Бриннелю составляет 800—900 Н/мм2, предел прочности 300—400 Н/мм2, относительное удлинение 30%. Закалка деталей также может производиться в вакууме.

Для термообработки металлов в вакууме можно применять электрические печи сопротивления или индукционные. Промышленные печи фирмы Дегусса (ФРГ) показаны на рис. 172 и 173. Высоковакуумная печь для отжига стальных листов (см. рис. 172) имеет загрузку 8000 кг; на рис. 173 показана печь для отжига цветных металлов. Печь для отжига трансформаторных листов этой же фирмы с загрузкой до 30 т имеет выдвижной под для отжига деталей.

Рис. 173. Печь для отжига цветных металлов в вакууме (фирма Дегусса, ФРГ)

Фирма Ульвак (Япония) изготовляет промышленные печи для отжига различных металлов. Емкость печи 4 т за одну загрузку при рабочей температуре 1300° С, нагреватель молибденовый. Выпускаются также печи для полунепрерывной обработки, включающие подготовительное помещение и помещение для охлаждения материала. Такие печи пригодны для термообработки титановых листов. Емкость печи 1 т в день, нормальная рабочая температура 700 0С. Печь показана на рис. 174.

Фирма Ульвак (Япония) выпускает также сверхвысоковакуумные печи для термообработки металлов высокой чистоты на базе сверхвысоко-вакуумного откачного агрегата, включающего в себя сорбционно-ионный насос производительностью 400 л/с (по азоту). Высокотемпературная печь изготовлена из коррозионностойкой стали с рубашкой, охлаждаемой водой. Печь имеет танталовый плиточный нагреватель диаметром 75 мм и высотой 250 мм.

Печь пригодна для получения сверхвысокого вакуума, свободного от влаги и загрязнений, при температуре до 2200 0С. Такая печь особенно подходит для термообработки тугоплавких или активных металлов, таких как Та, Nb, Zr, а также для спекания, светлого отжига и дегазации различных металлов. В печи обеспечивается равномерное распределение температур и получаются слитки высокой чистоты (рис. 175 и 176).

Техническая характеристика печи: предельное давление 10-9 мм рт. ст., давление при нагреве до 2000′ С без загрузки приблизительно 10-8 мм рт. ст. Зона нагрева с равномерным распределением температур имеет размеры: диаметр 50 мм, высота 150 мм. В области температур от 1600 до 2000 С неравномерность составляет ± 20 0С. Мощность системы откачки 10 кВт, мощность нагрева печи 15 кВт, расход воды 25 л/мин.

Рис. 175. Печь для термообработки металлов в сверхвысоком вакууме (фирма Ульвак, Япония): 1 — нагреватель; 2 — изоляция; 3 — охлаждающая вода; 4 — ввод тока; 5 — термопара

На рис. 177 приведена схема сверхвысоковакуумной печи отечественного производства [24]. Сверхвысоковакуумная печь сопротивления служит для нагрева различных изделий до 800° С при давлениях до 10-9 мм рт. ст. Нагреватель представляет собой разрезной цилиндр из листового молибдена толщиной 0,1мм, длиной 1000 мм Ii диаметром 360 мм. Диаметр камеры IaOO мм, длина 1500 мм. Камера изготовлена из коррозионностойкой стали толщиной 5 мм.

Система откачки включает в себя два насоса ВН-2МГ и цеолитовый агрегат ЦВА-1-2 (предварительная откачка); два электроразрядных насоса НЭМ-300 и высоковакуумный агрегат Ва05-5 (высоковакуумная откачка). Давления в диапазоне 10-5—10-9 мм рт. ст. измеряются вакуумметром ВИ-12 датчиком ИМ-12.

Для прогрева корпуса с наружной его стороны расположен нихромовый нагреватель с асбестовой теплоизоляцией. Предварительный прогрев производится до температуры 350—400° С. Все уплотнения изготовлены из листовой меди МО и M1.

1 корпус; 2 — змеевик водоохлаждения; 3 — нагреватель для прогрева корпуса печи; 4 — токопод-5 — вакуумный датчик MH-S2-7; 6 — экранная теплоизоляция; 7 — смотровые окна; 8 — цеолит агрегат ЦВА-1-2; 9 — нагреватель10; — наружный кожух; 11 — приспособление для за-я испытуемых образцов; 12 — высоковольтные вводы: 13 — вакуумный агрегат НЭМ-300-1; -электроразрядные магнитные насосы НЭМ-300-1; 15 — печь для прогрева насосов НЭМ-300-1; 16 — водораспределительная камера

Рис. 177. Сверхвысоковакуумная камерная электропечь

Виды термообработки в вакуумных печах

Виды термообработки в вакуумных печах

Вакуумные печи подходят для термообработки следующих видов:

Отжиг. Выполняется нагрев изделия до необходимой температуры, его выдержка внутри рабочей камеры печи, а затем – медленное охлаждение. Может быть нескольких типов. Диффузный отжиг выполняется для повышения химической однородности материала, вещество нагревается до температуры 1150 градусов Цельсия и выдерживается так 10-15 часов. При полном отжиге температура нагрева превышает 30-50 градусов температуру верхней критической точки, при неполном отжиге вещество нагревают до температуры, находящейся в пределах между нижней и верхней критическими точками.
Закалка. В этом случае изделие нагревают до температуры выше критической точки, а затем его резко охлаждают.
Отпуск. Проводится сразу после закалки для повышения пластичности материала и снижения его хрупкости. Во время процесса изделие нагревают от 150 до 650 градусов Цельсия (в зависимости от типа отпуска: низкий – до 200, средний – до 400, высокий – до 650 градусов), а затем подвергают его медленному остыванию.
Нормализация. Суть технологии схожа с отжигом. Только в этом случае изделие охлаждается не в печи, а на открытом воздухе. Нормализуется кристаллическая решетка материала, повышается вязкость и прочность.

Также в вакуумных печах могут проводиться и другие виды термообработки – азотирование, цементирование, нитроцементирование.

Что такое закалка

Закалка металла – разновидность термообработки металлических изделий. При этом происходит нагрев металла до экстремально высоких температур, а затем резкое охлаждение в масле или воде.

Существуют 2 вида закалки металлов:

Полиморфный. Применяют для обработки стальных изделий.
Без полиморфный. Используют для многих видов цветных металлов, но делают его хрупким и практически не пластичным.

По окончанию полиморфной закалки обрабатываемый материал становится вязким, поэтому стальные изделия нужно подвергать отпуску, а после без полиморфной обработки требуется дополнительно состарить материал. Однако при этом материал может стать немного мягче.

Также разделяют такие типы закалки:

Её определяют, отталкиваясь от площади обрабатываемого металла, то есть можно закалить изделие полностью или его отдельные участки. Если по каким-то причинам производители хотят устранить закалку, тогда они выполняют отжиг. Чтобы проводить эти манипуляции, учёные разработали специальные печи закалки, отжига, отпуска и пр. Рассмотрим особенности данного оборудования.

Основные разновидности вакуумных печей для термообработки

Основные разновидности вакуумных печей для термообработки

Оборудование может быть классифицировано по нескольким критериям:

По размеру. Лабораторные вакуумные печи имеют емкость 50-100 кг. Промышленные печи обычно крупнее, но встречаются также небольшие варианты с емкостью 10-20 кг.
По действию. Бывают периодические и полунепрерывные. В первом случае в процессе термообработки нарушается герметизация корпуса – каждую шихту после обработки вынимают, а затем загружается новое изделие, снова выполняется вакуумная откачка. В полунепрерывных печах вакуум сохраняется, а смена изложниц и загрузка осуществляется при помощи шлюзов, которые отделены от рабочей камеры шиберами.
По типу загрузки. Бывают печи с боковой, верхней или нижней загрузкой.
По конечному предназначению. Есть универсальные печи, подходящие для всех типов термообработки. А есть оборудование узкой специализации – только для спекания, азотирования, цементирования и так далее.
По типу нагрева и охлаждения. Бывают трубчатые и муфельные печи.
По принципу работы. Выделяют дуговые, термические, индукционные и водородные печи.

Вакуумные печи для термообработки получили широкое распространение во многих сферах промышленности – автомобильной, авиационной, авиакосмической и других. Это обусловлено большим количеством преимуществ, которые можно получить за счет использования такого оборудования.

На поверхности материала не образуются кислородные пленки, поэтому металл не тускнеет. Также после термообработки в вакууме улучшаются свойства изделия – повышается вязкость, твердость, прочность, коррозионная устойчивость.

Читайте также: