ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВАКУУМА В МЕТАЛЛОВЕДЕНИИ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ

 

Промышленное применение

 

В термообработке используются вакуумные печи. Широкое распространение этих речей связано с повышением требований к качеству существующих материалов и с появлением новых.

Проведение термических процессов в вакууме имеет следующие преимущества [11].

- дает возможность безокислительного нагрева, так как исключается взаимодействие нагреваемого металла с окисляющими и обезуглероживающими печными газами: продуктами полного сгорания в топливных печах или воздухом в электропечах;

- во многих случаях экономически более выгодно по сравнению с прове­дением процессов в защитных и особенно инертных атмосферах (аргон, ге­лий), так как некоторое увеличение первоначальных затрат на изготовление и установку вакуумной электропечи значительно перекрывается снижением эксплуатационных расходов, связанных с приготовлением и очисткой защитного газа;

- разрешает проведение технологических процессов, обеспечивающих получение материалов высокой чистоты (отгонку примесей с более высо­кой, чем у основного материала упругостью пара, дистилляцию, обезгаживание), благодаря чему окиси при нагреве в вакууме удаляются с поверхно­сти деталей, и отпадает необходимость в их последующей очистке или механической обработке;

- обеспечивает возможность создания электропечей с весьма высокими рабочими температурами за счет защиты нагревателей от окисления или на­сыщения газами и применениях малоинерционной экранной теплоизоляции.

Преимущества нагрева в вакууме определили широкий круг технологических процессов, проводимых в вакуумных электрических печах. К их числу относятся [11]:

1. плавка, рафинирование, разливка высоколегированных сталей, жаро­прочных сплавов, тугоплавких редких и цветных металлов

2. спекание изделий из тугоплавких и легко окисляющихся металлов

3. обезгаживание материалов, сушка

4. различные виды термической обработки, включая отжиг, закалку

5. пайка наиболее ответственных деталей;

6. дистилляция, возгонка и другие технологические процессы, связанные с получением материалов высокой чистоты, тонких пленок

Приведенный перечень далеко не исчерпывает технологических процессов, проводимых в вакуумных печах.

Печи, заполняемые инертными газами, как правило, выполняются аналогично вакуумным, снабжаются простой откачной системой. Такие печи за­полняются защитным газом после предварительной откачки до давления порядка (10 Па). Благодаря этому удается поддерживать в печи атмосферу высокой чистоты, а также сэкономить значительное количество дорогостоя­щего инертного газа, затрачиваемого на продувку обычных газонаполненных печей.

Иногда в печи требуется создание избыточного давления защитного га­за. Такая необходимость возникает при плавке сплавов, включающих материалы с высокой упругостью пара при температуре расплава, либо при необходимости получения изделия высосав плотности.

Предельная температура применения многих материалов в вакууме огра­ничивается интенсивным испарением (сублимацией). Создавая в печи избыточное давление, температуру применения этих материалов можно повысить (предельная рабочая температура графитовых нагревателей в вакууме не бо­лее 2200 ⁰С, а при избыточном давлении защитного газа 2500..3000 ⁰С) [21].

Нагрев в вакууме необходим при проведении следующих операций термообработки:

1. отжиг для снятия напряжений после деформации изделий разной конфигурации;

2. отжиг для фазовой перекристаллизации;

3. дегазация, часто совмещенная с отжигом;

4.  закалка деталей из конструкционных легированных сталей,

5. старение для придания сплаву структурного равновесия;

6. нанесение покрытий методом вакуумного напыления;

7.  вакуумная и ионно-вахуумная химико-термическая обработка;

8. исследование разных свойств материалов: физико-механических характеристик, давления насыщенного пара и скорости испарения, количества и состава газов.

Для большинства перечисленных технологических операций, когда требуется повышенная чистота или необходима малая тепловая инерция печи, используются вакуумные печи сопротивления с экранной теплоизоляцией и водоохлаждаемым кожухом. Экранные печи рассчитаны на получение в них высокого и сверхвысокого вакуума.

Вакуумные электрические печи сопротивления с экранной теплоизоляцией и металлическими нагревателями относятся к печам косвенного нагрева, где передача тепла от нагревателя к изделию осуществляется излучением. Эти печи изготавливают различной формы и размеров [11].

Широкое применение нашли также вакуумные печи сопротивления с керамической футеровкой. В этих печах проводится отжиг рулонов из трансформаторной стали. Данные печи работают при давлении в рабочей камере до 10^-1 Па.

Выбор нужной конструкции вакуумной электропечи определяется особенностями технологического процесса, условиями взаимосвязи печи с другими звеньями производства и соображениями экономики.

Технологических процессов, проводимых в этих печах, очень много, и они значительно отличаются друг от друга по своим параметрам, поэтому большинство вакуумных печей изготовляют либо индивидуально, либо мелкими сериями. Их стандартизация возможна только в определенных пре­делах [11].

 

⇐ Предыдущая16171819202122232425Следующая ⇒

Поделиться: