В современной промышленности достаточно часто используется термическая обработка в вакууме с целью создания материалов, изготовить которые другим методом сложно или вообще невозможно. В таких случаях используют специальные вакуумные индукционные печи.
Содержание:
- Индукционная вакуумная печь
- Плавильные вакуумные печи
- Вакуумные электродуговые печи
- Вакуумные печи пайки
- Вакуумные печи азотирования
- Печи вакуумно-дугового переплава
- Вакуумные печи для отпуска
- Эксплуатация вакуумных индукционных печей
Индукционная вакуумная печь
Печь вакуумная индукционная (плавильная печь) реализована в виде высокочастотной печи, размещенной в изолированном корпусе. Вакуумные насосы откачивают из корпуса все возможные газы. Вместимость печей варьируется в диапазоне от нескольких килограммов до нескольких десятков тонн.
Индукционная вакуумная печь
Ключевой рабочий элемент конструкции печи – индуктор, который создает требуемый уровень тока. Нагнетатель обеспечивает создание среднего и высокого уровня вакуума в системе. Осуществляется данный процесс благодаря резкому понижению давления. Вакуумные датчики делают возможным регулирование показателей давления, уровня вакуума и пр.
Это высокомеханизированные и автоматизированные агрегаты. Особые механизмы с электро- и гидро- приводом обеспечивают загрузку смеси исходных материалов, внесение разнообразных добавок, разливку и выдачу металлов.
Данное оборудование разделяется на устройства периодического и полунепрерывного действия. Агрегаты второго вида обладают более совершенной конструкцией и обеспечивают загрузку шихты, разливку металлов стали и выдачу слитков без деструкции вакуума в рабочей камере.
Устройства обладают несколькими явными преимуществами по сравнению с другими вакуумными плавильными агрегатами:
- Возможность длительной выдержки металла при низком давлении, что способствует его очищению от нежелательных примесей;
- Возможность создания любых сплавов с наиболее сложными составами из различных исходных материалов;
- Возможность получения и больших слитков массой в несколько тонн, и малых изделий.
С другой стороны, в таких агрегатах жидкий металл может загрязняться в результате соприкасания с огнестойкой футеровкой тигля, что может приводить к уменьшению эффективности рафинирования металла.
Плавильные вакуумные печи
Стремительно растущие потребности в стали и сплавах особого назначения в авиационной, аэрокосмической, атомной промышленности, энергетике способствуют увеличению спроса на вакуумные плавильные печи.
Плавильные вакуумные печи
Вакуумирование рабочего пространства предотвращает контакт расплавляемого металла с окружающей средой, способствует улучшению механических и литейных качеств высоколегированных сталей и особых сплавов, подверженных формированию большого объема оксидных пленок. В процессе плавки в вакууме уменьшается концентрация примесей в жидком материале благодаря дегазации.
Среди преимуществ плавки в вакууме с индукционным нагревом стоит отметить следующие:
- Возможность продолжительной выдержки металла в условиях глубокого вакуума;
- Повышенная эффективность дегазации;
- Возможность дозагрузки устройства во время плавки;
- Увеличение интенсивности раскисления, рафинирования на любой стадии плавки;
- Результативный контроль и регулирование состояния металла с учетом его температуры и химического состава;
- Получение высокоочищенных отливок, в которых отсутствуют какие-либо неметаллические примеси;
- Быстрое нагревание при необходимости;
- Повышенная скорость плавки благодаря теплу, который выделяется в расплаве;
- Повышенная производительность;
- Высокая однородность расплавленного материала за счет усиленного его перемешивания;
- Разнообразие допустимых форм шихты (куски, брикеты, порошкообразные и пр.);
- Экономичность;
- Экологичность.
Вакуумные электродуговые печи
Электродуговое оборудование успешно функционирует на сталелитейных производствах, все больше вытесняя привычные мартены и домны, и в домашних мастерских. Работа таких устройств базируется на достижении высокой температуры для плавки металла в вакууме с помощью энергии электрической дуги.
Вакуумные электродуговые печи
В вакуумных электродуговых печах тепловая энергия выделяется за счет электродуги, которая представляет собой одну из форм дугового разряда в газовой среде. Дуга небольшого объема позволяет быстро получать весьма высокие температуры для нагревания металла благодаря высококонцентрированной мощности и теплу.
Выделяют устройства прямого и косвенного действия. В оборудовании первого вида горение дуги происходит между металлом и электродом. В агрегатах второго вида металл нагревается в результате излучением, а дуга возникает между электродами. Теплопередача существенно выше в устройствах прямого действия, поскольку в этом случае источник высоких температур максимально приближен к металлу.
Вакуумные печи пайки
Вакуумная низкотемпературная и высокотемпературная пайка – это способ термической обработки в изготовлении разнообразных электронных элементов, к примеру, устройств, применяемых в аэрокосмической сфере. Такие устройства должны эффективно работать в самых неблагоприятных условиях (вакуум, чрезмерно высокие температуры). Создание подобных электронных элементов требует обеспечения надежного соединения неоднородных материалов.
Вакуумные печи пайки
Вакуумные печи пайки отлично справляются с этой задачей. Состоят они из вакуумных камер и вспомогательных компонентов. К преимуществам оборудования относят:
- Невозможность загрязнения от флюсовых соединений;
- Применение твердого припоя;
- Отсутствие токсичных выделений;
- Поддержка постоянного температурного режима;
- Герметичные соединения;
- Высокое качество получаемых изделий;
- Возможность выполнения пайки и термической обработки в одно и то же время.
Вакуумные печи азотирования
Под вакуумным азотированием подразумевается процесс термической обработки, во время которой происходит диффундирование атомов азота в металлическую поверхность, что приводит к созданию поверхностного упрочнения металла. Данная обработка чаще всего используется с целью поверхностного упрочнения низкоуглеродистых и низколегированных сталей.
Вакуумные печи азотирования
Поскольку процесс азотирования представляет собой сложную химическую реакцию, то вакуумные печи азотирования зачастую оснащены специальными датчиками водорода, высокоточными контроллерами, обеспечивающими автоматический расчет и регулирование подачи газовых элементов.
Печи вакуумно-дугового переплава
При вакуумно-дуговом переплаве расходный электрод переплавляется в вакууме при давлении ниже атмосферного с созданием слитка в водоохлаждаемом кристаллизаторе.
Печи вакуумно-дугового переплава
Функции источника тепла при расплавлении электрода в печи вакуумно-дугового переплава выполняет сильноточная электрическая дуга низкого напряжения. Металл, полученный в результате такого переплава, однороден, не содержит значительных концентраций газов и других нежелательных примесей, обладает плотной макроструктурой.
Вакуумные печи для отпуска
Отпуск металлов представляет собой вид термообработки, который подразумевает нагрев закаленного сплава до температуры ниже нижнего порогового значения, выдержку и дальнейшее охлаждение. Обработка такого типа позволяет снять напряжения, появляющиеся в металлах и их сплавах после выполнения закалки.
Вакуумные печи для отпуска
Осуществляются данные процессы в вакуумных печах для отпуска. Данное оборудование имеет схожую конструкцию с другими печами для термической обработки в вакуумированном пространстве.
Эксплуатация вакуумных индукционных печей
Вакуумные электрические печи получили активное применение в связи с появлением и развитием таких промышленных отраслей, как авиастроение, ракетостроение, атомная промышленность.
Эксплуатация вакуумных индукционных печей
Принцип их работы заключается в том, что в огнеупорном тигле, размещенном в рабочей камере, с использованием высокочастотного индуктора происходит расплавление исходных материалов и рафинирование жидкого металла. Вакуумирование достигается за счет откачивания воздуха насосными агрегатами, которые обеспечивают достаточно низкие значения остаточного давления.
Плавка металлов в вакуумированном пространстве обеспечивает значительное снижение содержания газов и прочих неметаллических примесей в получаемых материалах, повышение однородности и плотности слитков, достигаемых благодаря направленной кристаллизации жидкого материала, существенное улучшение физико-механических показателей металла.