До сих пор на некоторых промышленных производствах применяется традиционная технология улучшения металлов и металлических изделий. Она подразумевает нагрев заготовок под закалку в окислительной или защитной атмосфере, их охлаждение в воде, масле, полимере и дальнейший отпуск в устройствах с окислительной атмосферой. Однако поверхности обработанных таким образом изделий имеют коробления и темную пленку, возникающую вследствие образования оксидов. Такие изделия нуждаются в дополнительной механической обработке. Современная технология вакуумной термической обработки в специальных печах позволяет решить эту проблему.
Содержание:
- Устройство вакуумной печи
- Водородные печи
- Вакуумные дуговые печи
- Лабораторная вакуумная печь
- Вакуумные индукционные печи
- Вакуумная печь для пайки
- Вакуумная закалочная печь
- Вакуумные печи промышленные
Устройство вакуумной печи
Термообработка в вакуумной печи обеспечивает минимизацию геометрических изменений поверхностей. Такой эффект достигается за счет более плавного нагрева деталей и применения в качестве закалочных сред менее агрессивных охладителей.
Устройство вакуумной печи
В конструкцию вакуумного печного устройства входят три основных составляющих:
- Непосредственно сама печь;
- Вакуумная система;
- Система электропитания.
Печь вакуумная индукционная плавильная, в которой осуществляется технологический процесс, включает в себя механизм подачи шихты, инструменты наблюдения и взятия проб, измеряющее температуру устройство, механизм переворачивания, изложницу, приемник металла, датчики, нагревательные элементы и рабочую камеру. Вакуумная система состоит из вакуумных насосов, оборудования, клапанов, магистрали, клапанов и прочих элементов, обеспечивающих разрежение воздуха, требуемое в данном процессе. Система электропитания ответственна за подачу энергии.
Водородные печи
На производстве часто возникает необходимость в проведении отжига в водороде. Такой вид обработки способствует восстановлению окислов большинства металлов. Водород быстро проникает в их кристаллическую решетку и вытесняет другие нежелательные газы, после чего легко устраняется во время вакуумной обработки.
Водородные печи
В водородных печах применяется водород с минимумом примесей кислорода и воды. Подается в устройство и выводится из него водород достаточно быстро. В данном элементе допускается отжиг большинства существующих металлов.
Отожженные в водороде изделия становятся более стойкими к развитию коррозионных процессов. Обработка в увлажненном водороде помогает очистить вольфрамовые, молибденовые изделия от остаточного аквадага. Плюс ко всему, в увлажненном водороде происходит отжиг изделий, которые планируется впаивать в стекло.
Для водородной обработки металлических изделий используют вакуумные печные высокотемпературные устройства непрерывного действия.
Вакуумные дуговые печи
В вакуумном печном оборудовании могут быть реализованы разные способы нагрева. Наиболее распространенным является дуговой способ, подразумевающий взаимодействие электрода с обрабатываемым материалом.
Вакуумные дуговые печи
В вакуумных дуговых печах осуществляется термическая обработка металлов в вакуумированной среде под воздействием энергии электрической дуги. Оборудование представляет собой газоразрядную систему с дугой на парах обрабатываемого металла.
Чаще всего печи используются для выплавки титановых и стальных слитков, для фасонного литья из металлов, отличающихся высокореакционностью и тугоплавкостью.
Различают дуговое оборудование с расходуемым и нерасходуемым электродами. Первый вид наиболее востребован в промышленном производстве. Расходуемый электрод включает в себя материал, предназначенного для переплава. По химическому составу он соответствует получаемому сплаву. Подача постоянного тока приводит к возникновению электрической дуги между электродом и затравкой. Выделяемое тепло способствует расплавке электрода, в результате чего формируется жидкий металл, который течет в кристаллизатор или в тигель.
Для изготовления нерасходуемого электрода применяют вольфрам или графит. Твердый исходный материал подается в зону плавки. Мощность электрической дуги должна позволять получать плотную и без дефектов макроструктуру слитка. Величина давления в дуговом промежутке зависит от упругости паров металла. Требуемое давление поддерживается вакуумными насосными агрегатами.
Металл, получаемый в результате такой обработки с охлаждаемым кристаллизатором, отличается:
- Повышенными механическими свойствами;
- Незначительным содержанием газовых вкраплений;
- Уменьшением неметаллических примесей в два раза;
- Полным отсутствием крупных частиц;
- Существенным понижением концентрации азота, кислорода, серы;
- Повышенной вязкостью и пластичностью в широком температурном диапазоне;
- Усиленной прочностью;
- Значительной изотропностью механических показателей.
Лабораторная вакуумная печь
Вакуумное печное оборудование нашло широкое применение не только в производстве, но и в лабораторных условиях. Используются оно для проведения исследования изделий и материалов. Однако лабораторные установки все же немного отличаются от промышленных.
Лабораторная вакуумная печь
В таких устройствах реализована другая степень автоматизации, мощность. Они, как правило, малогабаритные и позволяют управлять процессом термической обработки в соответствии с заданными условиями. Установки обеспечивают требуемый нагрев, выдержку и остывание заготовок, которые подвергаются исследованиям. Их рабочие камеры, в которых находятся исследуемые изделия, хорошо герметизированы.
Лабораторные печи подключены к системе, ответственной за формирование разреженной среды. В других моделях предусмотрена закачка инертных газов.
Вакуумные индукционные печи
Еще одним востребованным способом нагрева в вакуумном печном оборудовании является индукционный, при котором нагрев происходит в результате воздействия токов индукции. Токи наводятся на обрабатываемый материал особыми индукторами.
Вакуумные индукционные печи
В вакуумных индукционных печах металл нагревается током, вызванным внутри изделия. Заготовку размещают в индукторе, который питается током промышленной или повышенной частоты. Тепло при этом выделяется в самом металле, который передает его тигелю и футеровке.
Индукционный способ нагрева позволяет быстро и максимально равномерно нагревать материал. Еще одним его преимуществом является присутствие вихревых ков в обрабатываемой заготовке.
Стоит отметить, что нагрев материала может осуществляться непосредственно при его протекании по катушке переменного тока либо косвенно посредством тепла излучения от дополнительного металлического цилиндра, который также нагревается индукционным путем. Косвенный нагрев может использоваться для неэлектропроводных материалов. К тому же в таком случае упрощается нагрев нецилиндрических изделий.
Вакуумная печь для пайки
Спаивание металлов подразумевает диффузионную связь твердого припоя с металлическими элементами. В вакуумных печах для пайки этот процесс происходит в разреженной среде и обеспечивает получение чистых и качественных готовых изделий. Помимо всего прочего, пайка деталей в вакууме – процесс экологически чистый и безопасный. При отсутствующем кислороде нет необходимости во флюсе для пайки. В готовом изделии нет пор, оно не окисляется.
Вакуумная печь для пайки
Вакуумное печное оборудование позволяет надежно, эффективно и безопасно соединять детали и рекомендуется к использованию на производствах сложных инструментов. Оно отлично зарекомендовало себя в аэрокосмической, электронной промышленности, медицине, в процессах ядерного синтеза и расщепления.
Преимущество устройств:
- Отсутствие флюсов;
- Использование твердого припоя;
- Отсутствие выделения токсичных газов и других нежелательных веществ;
- Стабильный режим температур;
- Повышенная герметичность;
- Объединение вакуумной пайки и термической обработки.
Вакуумная закалочная печь
Закалка металла подразумевает его нагрев до температуры, превышающей температуру изменения кристаллической решетки. Данный температурный порог у всех металлов и их сплавов разный. Нагретый металл сразу же подвергают охлаждению, преимущественно в воде или масле.
Вакуумная закалочная печь
Различают закалку без полиморфного превращения (для цветных металлов) и с полиморфным превращением (для стали). Данный тип обработки позволяет увеличить твердость металла. При этом одновременно он теряет свою пластичность и вязкость. Это явление тем сильнее, чем больше раз повторялся цикл «нагревание-остывание». Для уменьшения хрупкости и нормализации вязкости и пластичности закалку с полиморфным превращением рекомендуют сопровождать процессом отпуска. В результате металл становится чуть менее прочным. Цветные металлы подвергаются процессу «старения».
В вакуумных закалочных печах может осуществляться полная и неполная закалка металлов. Второй вид обработки используется зачастую для инструментальных сталей. Первый вид закалки приводит к получению аустенитной структуры металла.
При производстве определенных изделий закалка осуществляется по отношению не ко всему материалу, а только к его части. К примеру, при обработке ножей может закаляться только их режущий край. Стоит отметить, что границу между обработанным и необработанным металлом можно увидеть без использования увеличительных средств.
Технология закалки некоторых металлов подразумевает быстрое охлаждение в диапазоне 650-400°С. На продолжительность нагрева влияет типа нагревательного устройства. Погружение раскаленного металла в закалочную среду сопровождается образованием пленки пара, через которую осуществляется сравнительно медленное охлаждение.
При достижении определенного значения температуры пленка разрывается, и наблюдается закипание жидкости на поверхности материала. Это приводит к увеличению скорости охлаждения. После достаточного остывания металла жидкость перестает кипеть, а процесс остывания проходит более медленно.
Важно правильно выбрать скорость охлаждения, учитывая размеры и форму обрабатываемого изделия, его теплопроводность и тип охлаждающей среды.
Вакуумные печи промышленные
Вакуумная термическая обработка представляет собой эффективную альтернативу традиционной технологии термовоздействия в соляных ваннах. При использовании современной методики устраняется необходимость в осуществлении трудоемкого очищения поверхностей материала от остаточных солей и в дальнейшей подготовке изделия к упрочнению посредством нанесения специальных покрытий.
Вакуумные печи промышленные
Также следует отметить, что быстрый нагрев материалов в соляной смеси становится причиной максимальной разницы температур между поверхностью и внутренними слоями. Это, в свою очередь, приводит к повышению уровня термических напряжений и, следовательно, деформированию изделия. Плюс ко всему высокая скорость нагрева обеспечивает неоднородность микроструктуры при дальнейшей закалке. Обработка в соли также вызывает определенное обезуглероживание поверхностного слоя металла.
В вакуумных печах промышленных эти нежелательные явления отсутствуют. Среди их преимуществ стоит выделить следующие:
- Минимальное окисление, отсутствие обезуглероживания материалов;
- Минимум короблений при закалке;
- Повышенная гибкость и интеграция устройств в технологические системы и цепочки мелко- и крупносерийного производства;
- Уменьшение длительности термической и химико-термической обработки;
- Возможность быстрой смены рабочих режимов;
- Холодные и безопасные поверхности стенок;
- Уменьшение энергозатрат;
- Возможность воспроизведения процессов нормализации и отжига стали;
- Простота технического обслуживания и ремонта;
- Автоматизация процессов;
- Система полного контроля процессов и точного поддержания рабочих режимов.
Все вышеизложенные преимущества делают данные устройства весьма востребованными на предприятиях самых разных отраслей промышленности, которые стремятся совершенствовать свои технологии и выпускаемую продукцию.