Вакуумная термообработка — это новый тип технологии термообработки, который сочетает в себе вакуумную технологию с технологией термообработки. Весь процесс термообработки или его часть проводится в условиях вакуума, что значительно повышает качество термообработки. По сравнению с обычной термообработкой, вакуумная термообработка позволяет добиться результатов, не связанных с окислением, обезуглероживанием и науглероживаемостью. Она также позволяет удалить остатки фосфора с поверхности и оказывает обезжиривающее и дегазационное действие, благодаря чему поверхность становится яркой и чистой.
Вакуумная термообработка особенно подходит для высокоточных пресс-форм, требующих стабильных размеров и производительности. В этой статье представлен краткий обзор технологии с точки зрения ее принципов работы, основных технических приемов, областей применения, а также преимуществ и недостатков.
Определение и принципы вакуумной термообработки
Вакуумная термообработка — это процесс термообработки металла, при котором металлические материалы нагреваются под давлением ниже одной атмосферы (т.е. при отрицательном давлении). Он включает нагрев, изоляцию и охлаждение металлических материалов в вакуумной среде для улучшения их физических и химических свойств.
Принципы работы технологии вакуумной термообработки в основном включают следующие этапы:
— Вакуумные условия: Вакуумная печь извлекает внутренние газы для снижения давления, создавая среду с низким давлением, не содержащую кислорода. Такая среда позволяет избежать окисления, коррозии и других проблем.
-Нагрев: Нагревательные элементы внутри вакуумной печи (например, резистивные провода или печи сопротивления) преобразуют электрическую энергию в тепловую, нагревая материал до требуемой температуры обработки.
-Изоляция: Система управления регулирует мощность нагревательных элементов для поддержания постоянной температуры, обеспечивая полную изоляцию материала при желаемой температуре в течение определенного периода времени.
-Охлаждение: После выключения нагревательных элементов включается система охлаждения, обычно использующая водяное или газовое охлаждение, для быстрого снижения температуры и затвердевания микроструктуры материала.
Методы вакуумной термообработки
Методы вакуумной термообработки пресс-форм включают вакуумную закалку, вакуумный отпуск, вакуумную науглероживание, вакуумное азотирование и вакуумную пропитку металла.
— Вакуумная закалка: Вакуумная закалка — это процесс нагрева и быстрого охлаждения формовочных материалов в вакуумной среде для достижения твердости и упрочнения. Вакуумная среда позволяет избежать окисления и обезуглероживания, что приводит к улучшению качества поверхности и повышению твердости. Кроме того, вакуумная закалка снижает риск деформации и образования трещин. Она широко используется при обработке различных формовочных сталей, быстрорежущих сталей и нержавеющих сталей для повышения их износостойкости, ударопрочности и срока службы.
— Вакуумный отпуск: Вакуумный отпуск — это процесс нагрева и медленного охлаждения закаленных формовочных материалов в условиях вакуума для устранения напряжения при закалке и повышения ударной вязкости материала. Вакуумная закалка уменьшает деформацию и образование трещин во время использования, одновременно повышая прочность и ударопрочность пресс-форм. Она обычно используется в качестве дополнительной обработки для обеспечения стабильных эксплуатационных характеристик во время использования.
— Вакуумная науглероживание: Вакуумная науглероживание — это процесс проникновения углеродистых элементов на поверхность формовочных материалов в условиях вакуума для повышения твердости и износостойкости. Вакуумная науглероживание обеспечивает равномерное науглероживание, уменьшает количество остаточного аустенита в науглероженном слое и повышает твердость и износостойкость науглероженного слоя. Это также снижает загрязнение окружающей среды и потребление энергии. Вакуумная науглероживание часто используется для обработки пресс-форм, требующих высокой твердости и износостойкости, таких как автомобильные формы и формы для инструментов.
-Вакуумное азотирование: Вакуумное азотирование — это процесс проникновения азотных элементов на поверхность материалов пресс-формы в условиях вакуума для повышения твердости и коррозионной стойкости. Вакуумное азотирование образует плотный слой нитрида на поверхности пресс-формы, повышая твердость и коррозионную стойкость. Это также уменьшает деформацию и образование трещин. Вакуумное азотирование обычно используется для изготовления пресс-форм, требующих высокой твердости и коррозионной стойкости, таких как пластиковые и резиновые формы.
— Вакуумная пропитка металла: Вакуумная пропитка металла — это процесс внедрения других металлических элементов в поверхность материалов пресс-формы в условиях вакуума для улучшения свойств материала. Путем внедрения различных металлических элементов можно регулировать твердость, вязкость, износостойкость и коррозионную стойкость материалов пресс-формы. Вакуумная инфильтрация металла обеспечивает равномерность слоев инфильтрации и повышает прочность сцепления между слоем инфильтрации и подложкой. Этот метод подходит для пресс-форм, требующих особых свойств, таких как жаропрочные и коррозионностойкие формы.
Области применения вакуумной термообработки
Вакуумная термообработка широко используется в авиации, аэрокосмической промышленности, металлургии, электронике, химии и медицине. При обработке металлических материалов вакуумная термообработка может улучшить свойства материала, повысив коррозионную стойкость, износостойкость и твердость. В электронной промышленности это может улучшить электрические и тепловые свойства полупроводниковых материалов, тем самым повышая производительность электронных изделий нового поколения. В медицине вакуумная термообработка позволяет изготавливать более чувствительные медицинские инструменты и терапевтические приспособления, улучшая результаты лечения.
Преимущества и недостатки вакуумной термообработки
Преимущества вакуумной термообработки заключаются главным образом в предотвращении окисления и коррозии, повышении чистоты материала, экономии энергии, достижении превосходных результатов обработки и экологичности.
— Предотвращение окисления и коррозии: Вакуумная среда предотвращает контакт металлических поверхностей с кислородом воздуха, тем самым предотвращая окисление и коррозию, эффективно защищая эксплуатационные характеристики металлических материалов.
— Повышение чистоты материала: Эффект вакуумной дегазации удаляет газы и примеси из материала, улучшая чистоту и повышая усталостную прочность и коррозионную стойкость.
— Экономия энергии: В вакуумной нагревательной камере используются материалы с хорошей теплоизоляцией, что обеспечивает низкие теплопотери и высокую тепловую эффективность печи, обеспечивая быстрый нагрев и охлаждение, тем самым экономя энергию.
— Отличные результаты обработки: Вакуумный нагрев происходит медленно, с небольшими перепадами температур внутри и снаружи заготовки, что приводит к снижению тепловых нагрузок. Конструкция вакуумной печи обеспечивает отсутствие резких перемещений, предотвращая деформацию под действием внешних сил.
— Экологичность: При вакуумной термообработке используется высокотемпературная вакуумная среда, не содержащая кислорода и воды, что позволяет избежать загрязнения окружающей среды и добиться экологически чистого производства.
Несмотря на свои многочисленные преимущества, технология вакуумной термообработки также имеет некоторые ограничения.
— Высокая стоимость: Из-за необходимости использования специального оборудования и высокотемпературного вакуума стоимость оборудования высока. Кроме того, требуются значительные людские и материальные ресурсы, что приводит к увеличению затрат.
— Высокие требования к технологическому процессу: Вакуумная термообработка предъявляет высокие технологические требования, требующие строгого управления оборудованием, материалами и операторами; в противном случае это может сказаться на качестве и эффективности продукции.
— Длительный цикл обработки: Вакуумная термообработка требует высокотемпературной вакуумной среды, не содержащей кислорода и воды, что приводит к относительно длительному циклу обработки, что увеличивает производственные затраты и влияет на эффективность производства.
— Неприменимость к крупногабаритным деталям: Из-за ограничений оборудования для вакуумной термообработки его нельзя применять к крупногабаритным деталям, что ограничивает область его применения.
Таким образом, вакуумная термообработка, являясь передовой технологией обработки материалов, имеет широкие перспективы применения в авиации, аэрокосмической промышленности, металлургии, электронике, химии и медицине благодаря своим многочисленным преимуществам перед традиционными технологиями термообработки. Однако из-за ограничений, связанных с оборудованием и окружающей средой, некоторые сценарии применения ограничены. При практическом применении необходимо решить, следует ли использовать технологию вакуумной термообработки, исходя из конкретных обстоятельств, и взвесить ее преимущества и недостатки.