Вакуумная печь для термообработки – это герметичная печь, применяемая для нагревания обрабатываемых изделий в условиях вакуума. Внутри рабочей камеры могут быть достигнуты высокие температуры, а за счет нагревания без доступа воздуха на поверхности изделия не образуется кислородная пленка.
Содержание:
- Устройство вакуумных печей
- Принцип работы вакуумных печей
- Виды термообработки в вакуумных печах
- Основные разновидности вакуумных печей
Термообработка представляет собой процесс изменения исходных свойств материала за счет воздействия на него высоких температур. В вакуумных печах могут проводиться разные виды термообработки – закалка, отпуск, азотирование и другие.
Устройство вакуумных печей
Устройство вакуумных печей
Все вакуумные печи должны включать следующие конструктивные элементы:
- Рабочая камера, в которой происходит нагрев. Может быть вертикальной/горизонтальной, с прямоугольным/круглым сечением. Представляет собой герметичный сосуд, к которому подсоединяются насосы, поддерживающие внутри системы вакуум. Закрывается плотной крышкой, через которую внутрь камеры не проникает воздух. Существуют однокамерные, двухкамерные и многокамерные печи.
- Нагревательные элементы. В классическом варианте расположены внутри рабочей камеры. В таких печах создается высокий вакуум, температура внутри может достигать до 2500 градусов Цельсия. Также есть ретортные печи с наружными нагревательными элементами. Реторта снимается, а тепло печи может быть использовано для термообработки внутри другой камеры.
- Система водяного охлаждения. Рабочая камера имеет двойные стенки. Охлаждение происходит вне вакуума, предотвращаются любые утечки.
- Система вакуумной откачки. Для этого могут использоваться диффузные/форвакуумные насосы или насосная группа. В среднем, время откачки длится 7-15 минут.
- Система контроля. Работа вакуумных печей полностью автоматизирована. Контроль осуществляется через ПК и программируемый контроллер.
Рабочее давление внутри вакуумной печи может отличаться. Термообработка возможна в условиях вакуума, а также при давлении 2-6 бар и более.
Принцип работы вакуумных печей для термообработки
Принцип работы вакуумных печей для термообработки
Термообработка металла в вакуумных печах выполняется следующим образом:
- Изделие загружается в вакуумную печь. Дверца закрывается.
- Вакуумными насосами откачивается воздух, создается вакуум.
- Температура внутри печи повышается. Нагрев деталей может выполняться в вакууме или в условиях инертного газа (при этом давление повышается до 2 бар). В случае газового нагрев газ подается в рабочую камеру только после предварительного вакуумирования. Такая термообработка позволяет добиться равномерного нагрева изделия, что предотвращает коробления.
- Обрабатываемое вещество выдерживается внутри печи необходимый период времени. После этого температура постепенно снижается, и изделие охлаждается.
- В конце обработки материал вынимается из печи.
Длительность термообработки зависит от температуры, давления внутри печи, а также целей, которые необходимо достигнуть.
Виды термообработки в вакуумных печах
Виды термообработки в вакуумных печах
Вакуумные печи подходят для термообработки следующих видов:
- Отжиг. Выполняется нагрев изделия до необходимой температуры, его выдержка внутри рабочей камеры печи, а затем – медленное охлаждение. Может быть нескольких типов. Диффузный отжиг выполняется для повышения химической однородности материала, вещество нагревается до температуры 1150 градусов Цельсия и выдерживается так 10-15 часов. При полном отжиге температура нагрева превышает 30-50 градусов температуру верхней критической точки, при неполном отжиге вещество нагревают до температуры, находящейся в пределах между нижней и верхней критическими точками.
- Закалка. В этом случае изделие нагревают до температуры выше критической точки, а затем его резко охлаждают.
- Отпуск. Проводится сразу после закалки для повышения пластичности материала и снижения его хрупкости. Во время процесса изделие нагревают от 150 до 650 градусов Цельсия (в зависимости от типа отпуска: низкий – до 200, средний – до 400, высокий – до 650 градусов), а затем подвергают его медленному остыванию.
- Нормализация. Суть технологии схожа с отжигом. Только в этом случае изделие охлаждается не в печи, а на открытом воздухе. Нормализуется кристаллическая решетка материала, повышается вязкость и прочность.
Также в вакуумных печах могут проводиться и другие виды термообработки – азотирование, цементирование, нитроцементирование.
Основные разновидности вакуумных печей для термообработки
Основные разновидности вакуумных печей для термообработки
Оборудование может быть классифицировано по нескольким критериям:
- По размеру. Лабораторные вакуумные печи имеют емкость 50-100 кг. Промышленные печи обычно крупнее, но встречаются также небольшие варианты с емкостью 10-20 кг.
- По действию. Бывают периодические и полунепрерывные. В первом случае в процессе термообработки нарушается герметизация корпуса – каждую шихту после обработки вынимают, а затем загружается новое изделие, снова выполняется вакуумная откачка. В полунепрерывных печах вакуум сохраняется, а смена изложниц и загрузка осуществляется при помощи шлюзов, которые отделены от рабочей камеры шиберами.
- По типу загрузки. Бывают печи с боковой, верхней или нижней загрузкой.
- По конечному предназначению. Есть универсальные печи, подходящие для всех типов термообработки. А есть оборудование узкой специализации – только для спекания, азотирования, цементирования и так далее.
- По типу нагрева и охлаждения. Бывают трубчатые и муфельные печи.
- По принципу работы. Выделяют дуговые, термические, индукционные и водородные печи.
Вакуумные печи для термообработки получили широкое распространение во многих сферах промышленности – автомобильной, авиационной, авиакосмической и других. Это обусловлено большим количеством преимуществ, которые можно получить за счет использования такого оборудования.
На поверхности материала не образуются кислородные пленки, поэтому металл не тускнеет. Также после термообработки в вакууме улучшаются свойства изделия – повышается вязкость, твердость, прочность, коррозионная устойчивость.