Термообработка в вакууме

Вакуумная термообработка – это ряд технологических операций, проводимых в вакуумной печи, задача которых – изменить структуру внешних и внутренних контуров деталей с изменением качеств поверхности. Благодаря вакуумной среде значительно снижается риск окисления обрабатываемых объектов. При процессе допускается изменение температуры, давления, периода выдержки и напуска газа.

Наиболее распространенные механизмы обработки – это:

• Вакуумирование;
• Отжиг;
• Закалка;
• Старение;
• Цементация;
• Отпуск;
• Азотирование.

Эти процессы проводятся в специальных вакуумных печах при температуре, не превышающей 1000 °с. Нагрев осуществляется при помощи индукции, или же за счет термального сопротивления нагревательных элементов.

Вакуумирование

На данный момент вакуумирование – это альтернативный метод обработки. Он стал достойным соперником классическим технологиям, таким как термическая обработка в инертных газах, закалка в соляных ваннах и масле.

Перед перечисленными способами вакуумирование имеет преимущество – вероятность окисления металла становится в разы реже, чем при использовании масел, солей или инертных газов. Благодаря этой особенности метод превосходит все аналоги в изготовлении высокоточных деталей (например – для космических аппаратов и спутников).

Сейчас вакуумирование – это ведущий способ обработки во многих отраслях промышленности. Технология дает возможность значительно уменьшить степень искажения геометрии отливки (коробление). Также она:

• Снижает риск изменения размеров объекта;
• Помогает точно достичь нужного уровня твердости;
• Изготовленные детали не имеют поверхностных зон окисления и обезуглероживания;
• Позволяет достичь однородности свойств по всему сечению т .д.

Помимо этого, благодаря вакуумированию можно добиться получения блестящего и чистого покрытия детали, достичь увеличения срока службы и повысить износостойкость. Ещё одним плюсом становится отсутствие надобности в доводочных операциях.

Вакуумный отжиг

Вакуумный отжиг – один из распространенных видов термической обработки. Он сочетает в себе три параметра:

• Нагрев объекта до необходимой температуры;
• Выдержку;
• Охлаждение.

С помощью этой технологии можно добиться обезгаживания деталей, что в значимой степени улучшает характеристики изделий. Обжиг – специфический метод обработки, который чаще всего применяется в том случае, если нужно получить технологическую пластичность объекта перед проведением дальнейших обработок (например – формовка). Параметры результата зависят от исходного материала и необходимой структуры.

Закалка

Другой вид термической обработки – закалка. Она подразумевает нагрев металла до критически высоких температур с дальнейшим резким охлаждением в жидкой среде. При обычных условиях закалка в вакуумной печи включает в себя два этапа.

Первый – это нагрев металла под вакуумом.

Второй – включение подачи охлажденных газов (гелий, азот, водород) до появления необходимого давления.

Цементация

С помощью цементации можно добиться появление углеродной пленки на поверхностях металлических деталей. Достигается это путем подачи в печь газа, содержащего углерод (например – пропан, бутан и т.п.). Углерод внедряется в среду и под давлением закрепляется на изделии, формируя пленку. Результат такой обработки – устойчивость детали к трению и напряжению без потери свойств с течением времени.

Особенности вакуумной термообработки

Вакуумная закалка сталей – один из самых применяемых методов термообработки в инструментальной промышленности. Он является оптимальным способом температурной обработки для деталей пресс-форм. Распространенность технологии связана с тем, что она почти полностью исключает риск появления окисления на поверхности металла, в отличие от других способов. Причина заключается в кислородной среде. Вакуум же исключает этот вредный фактор.

Когда технология вакуумирования только развивалась, для обработки были доступны лишь специализированные материалы. Готовые материалы такого типа использовались в авиационной и аэрокосмической промышленностях. На данный момент сфера реализации этой технологии значительно шире и активно применяется в:

• Изготовлении пресс-форм для изделий из пластмассы и быстрорежущих сталей;
• Производстве штампов горячего и холодного формирования.

Вакуумная печь представляет собой герметичную камеру с теплоизоляцией, в которую встроена высокомощная система нагрева и работающую под давлением. Детали, которые подлежат температурной обработке, помещаются в печь и нагреваются конвективно либо вакуумно. При повышении температуры в камеру постепенно подается промышленный газ с давлением в 2 Бар. За счет того, что газ смешивается во время нагрева, достигается температурная равномерность в объекте. Благодаря этому коробления возникают в разы реже, чем при других методах термической обработки.

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.