Вакуумная печь для термообработки: функции, особенности работы, достоинства и разновидности
Термическая обработка в вакуумной печи - это процесс воздействия на материал для улучшения его качественных характеристик, состоящий из нескольких этапов: нагревания, выдержки и охлаждения. Регулирование функциональных режимов позволяет задать нужные параметры для получения наилучшего результата.
Содержание:
- Функции вакуумных печей для термообработки
- Способы термообработки в вакуумной печи
- Реализация вакуумных печей для термообработки
- Классификация печей для термообработки
- Преимущества термообработки в вакуумной печи
Функции вакуумных печей для термообработки
Термообработка осуществляется для:
- Получения материала однородной структуры, устранения металлургических дефектов, подготовки;
- Устранение остаточных напряжений, образованных составными и фазовыми изменениями, улучшения изотропных критериев, создание точных форм путем предотвращения деформации и повреждений;
- Стабилизация антикоррозийной устойчивости, твердости, вязкости, стойкости к образованию трещин;
- Улучшение противостояния механическим повреждениям за счёт упрочнения микроструктуры. Это выражается в распределении избыточных фаз, образовании субструктуры, изменении размера зерна.
Тепловые потоки способны значительно повысить эксплуатационные характеристики материала, увеличив качество металлопродукции. Термическое воздействие корректирует состав материала и продляет период использования узлов и деталей.
Функции вакуумных печей для термообработки
Начальная термическая обработка может выполняться посредством отжига или термической и механической обработки, за счёт которых достигается однородная структура металла, зерно становится мельче размером и легко режется, а также производится холодное или тепловое воздействие. Полученные изделия обладают улучшенными свойствами, на 30% выше, чем до термообработки.
Способы термообработки в вакуумной печи
Виды термической обработки в вакуумной печи:
- Отжиг;
- Нагрев с высокой частотой;
- Стабилизация;
- Отпуск и охлаждение.
Способы термообработки в вакуумной печи
К экономичным и эффективным способам обработки, проводимой для упрочнения, относятся следующие: цементация, нитроцементация и закаливание поверхности индукционным нагревом, воздействующим на все слои изделия. Борирование и хромирование выполняются для образования на поверхности химических металлических элементов высокой твердости для многократного увеличения стойкости воздействию абразивных компонентов. Предварительная термообработка проводится для поковок, отливок, сортового проката и прочих полуфабрикатов с целью:
- Корректировки размера зёрен;
- Устранения остаточных напряжений после литья;
- Облегчения обрезки;
- Снижения деформации при слесарной доводке;
- Увеличения трещиностойкости;
- Подготовки металла к завершающей термообработке.
Технологический процесс осуществляется по заданным программам. Для разработки оптимальной схемы производители рассчитывают основные критерии - время нагрева, температуру, быстроту охлаждения, выдержку, условия нагрева и охлаждения. Эти параметры определяют, исходя из теплофизических характеристик металла, принципа использования детали, начальных и завершающих циклов формообразования. На основе функционала и точности расчета устанавливается цена на технику.
Реализация вакуумных печей для термообработки
Термо-химическая обработка осуществляется в агрегатах посредством воздействия теплом и взаимодействия материала с рабочей средой. При этом происходит изменение структуры и упрочнение состава. Химическая и тепловая обработка позволяет путем проникновения активных компонентов в металл обогатить его определенными веществами - бором, алюминием, хромом и иными. В результате на поверхности металла образуется диффузионный слой, характеризующийся сравнительно с первоначальным другими параметрами, внутренней структурой и химическим составом. Ниже находится сердцевина - слой, не подвергавшийся воздействию химических веществ.
Термо-химическая обработка на производстве используется чаще всего для узлов техники и блоков, функционирующих в сложных условиях, способствующих возникновению коррозии, износа, выдерживающие нагрузки, кавитацию, высокие температуры, или для повышения эрозио-, износо- и задироустойчивости, твердости, усталостной прочности, контактной выносливости на поверхности материалов.
Обработка термическим и химическим методом включает следующие виды:
- Нитроцементация;
- Цементация;
- Сульфирование;
- Алитирование;
- Силицирование;
- Азотирование - обогащение материала азотом в условиях повышенных температур;
- Борирование - обогащение материала бором для улучшения качественных характеристик в растворах кислот;
- Хромирование - обогащение хромом изделий из чугуна, стали, никеля, вольфрама и прочих материалов.
Реализация вакуумных печей для термообработки
Кроме обычной обработки термо-химическим способом, в вакуумных печах можно проводить ионную и ионно-плазменную обработку. Инновационные технологии также позволяют осуществить диффундирование азота в 8 раз быстрее, сравнительно со стандартной обработкой.
Вакуумная печь производится из стали и имеет внутреннюю камеру нагрева. Вспомогательным оборудованием служит устройство для откачки газообразных веществ из основной полости. Процесс осуществляется при помощи насосного агрегата и арматуры запорной и регулирующей. Сжигание природного газа или подача электрической энергии используется в качестве топлива.
Классификация печей для термообработки
Проведение различных процессов в печи требует определенной конструкции, со своими особенностями и нюансами. Поэтому они имеют разное предназначение и могут изготавливаться:
- Для азотирования. Используются для обработки низколегированной стали, а также стали с низким содержанием углерода, титана, молибдена, алюминия. Агрегаты диффундируют азот в поверхностный слой металла для повышения его прочности.
- Печи спекания. Особенностью оборудования является использование электротока высоких частот, сильное нагревание материалов и спекание их в безвоздушном среде или в условиях инертных атмосфер. Такой способ эффективен для молибдена, вольфрама, магнитных сплавов, элементов из карбида, композитных соединений, содержащих углероды.
- Плавильные печи - агрегаты, действующие автоматизированно и осуществляющие нагрев и расплавление различных материалов. Рабочие процессы осуществляются в камере, оснащённой нагревателем. Возможно вертикальное исполнение.
- Печи для цементации. Применяются для термообработки внешних поверхностей деталей, предусматривающих дальнейшую закалку в соответствующем оборудовании. Воздействие вакуумом способствует преобразованию аустенита в мартенсит. Цементация придает прочность поверхности и пластичность, ферритное или перлитное строение сердцевины. Эффективно обработать этим методом узлы трансмиссии, шестерёнки и прочие элементы, подвергаемые трению.
- Вакуумные устройства для пайки. Действие осуществляется для образования диффузионной связи между слоями припоя и поверхностным. При этом область пайки не окисляется и не темнеет. Во внутреннем слое отсутствуют поры и трещины, а защитный флюс при этом тратится меньше. Этот способ эффективен при изготовлении плат деталей, используемых в опасных отраслях.
- Печи для отжига. Оборудование осуществляет термообработку изделий из стали высокой прочности, цветных металлов после закалки в автомобилестроительной и иных направлениях производства.
- Вакуумные установки закалки. Закаливание способствует улучшению состава деталей и увеличению их прочности. Может происходить в инертных средах или холодном растворе.
- Оборудование для термической обработки металлов. В них можно производить отжиг, закалку, аустенизацию и нормализацию материалов в вакууме.
Преимущества термообработки в вакуумной печи
Техника для термообработки является многофункциональным устройством. Она изготавливается с учётом современных технологий и способна минимизировать изменение формы и размера детали. Также в агрегатах предусмотрен режим плавного нагревания и мягкого охлаждающего режима. Для этого оборудование нагревает изделие в вакууме, а охлаждает в газовой среде.
Понижение давления до определенного уровня способствует уменьшению компонентов кислорода в основной полости, в результате чего нагревание не вызывает образования окислов на изделии. Максимальная чистота термической обработки достигается подготовительной обработкой - обжигом или удалением влаги, при ее наличии.