Вакуумные печи спекания имеют ряд преимуществ по сравнению с обычными печами. Они подходят для спекания даже металлов с высокой химической активностью – в вакуумной среде не образуются окислы на их поверхности.
Содержание:
- Этапы спекания в условиях вакуума
- Устройство вакуумной камеры для спекания
- В каких вакуумных печах возможно спекание
- Преимущества и недостатки спекания в вакуумных печах
Спекание в вакууме представляет собой необратимый процесс, при котором получаются плотные спеченные соединения. Такой процесс получил широкое применение в порошковой металлургии.
Этапы спекания в условиях вакуума
Этапы спекания в условиях вакуума
Вакуумная печь для спекания работает по принципу высокотемпературного нагревания порошкообразных металлов. Процесс выполняется в несколько этапов:
- Предварительная подготовка садки. Изделия спекают при температуре 650 градусов Цельсия в засыпке гранита.
- Детали выкладываются на этажерку и загружаются в печь. Крышка закрывается, а для оптимальной герметичности закрепляется болтами.
- Из рабочей камеры откачивается воздух специальным насосом, создается вакуум.
- Температура внутри камеры поднимается до необходимых для спекания значений (повышается на 20-30 градусов в минуту).
- Изделия выдерживаются при температуре, требуемой для спекания. Внутри камеры давление составляет 0,5-1,0 мм рт. ст.
- Изделие охлаждается до комнатной температуры.
Такой метод спекания считается стандартным. Также может использоваться динамический метод, когда внутри вакуумной печи создается определенное давление рабочего газа, необходимое для контроля испарительного процесса. Это может быть достигнуто введением в горячую зону азота, аргона или водорода.
Цикл спекания в вакууме длится дольше, чем в водороде. Потому что требуется дополнительные время для откачки воздуха и охлаждения деталей. Зато полученные изделия отличаются высокой однородностью.
Устройство вакуумной камеры для спекания
Вакуумная камера – это стальной цилиндр, который охлаждается проточной водой. Камера опирается на плиту, на которой расположен патрубок насосной группы - диффузного и форвакуумного насосов.
Устройство вакуумной камеры для спекания
Электрический ток проходит по медным трубам, которые также охлаждаются водой. На них закреплен нагреватель.
В каких вакуумных печах возможно спекание
В каких вакуумных печах возможно спекание
Печи спекания работают на высокочастотном электрическом токе. Спекание проводится в печах двух типов:
- В печах сопротивления. В таких печах термообработка осуществляется посредством нагрева теплом, которое выделяется при прохождении электрического тока через проводники с активным сопротивлением. Используются для обработки тугоплавких металлов в условиях вакуума. Максимальная температура в печи во время спекания зависит от точки плавления материала. Температурные режимы печи находятся в пределах 600-1200 градусов Цельсия. Оборудование изготавливается из высококачественных материалов, имеет двойные стенки, что обеспечивает водное охлаждение. Газы, образующиеся при нагревании штабика, откачиваются двухроторным насосом. На окончательном этапе спекания требуется высокий вакуум, поэтому откачка газа осуществляется диффузионным насосом.
- В индукционном оборудовании. Вакуум создается за счет откачки при помощи вакуумного и форвакуумного насосов. Главная деталь такой печи – индуктор. Реципиент выполнен из кварца, на кварцевую трубку намотаны витки катушки. Также устройство оснащено гидравлическим прессом, создающим давление до 20 кН. Это позволяет спекать порошки разных металлов с почти одинаковой плотностью, нет необходимости использовать дополнительные связующие элементы. Максимально достигаемая температура в печи составляет 2000 градусов Цельсия.
По технологии спекания вакуумные печи бывают непрерывного и периодического действия. В первых загрузка и выгрузка садки происходит непрерывно или порционно, за счет чего вакуум не нарушается. Такое оборудование имеет высокий КПД и хорошую производительность. В печах периодического действия давление внутри поднимается до атмосферного, в процессе работы вакуум утрачивается. Они делятся на несколько типов:
- Колокольные. Внутренний колокол из высококачественной стали крепится к основанию печи – такая установка является камерой спекания. Для герметизации используется песчаный затвор. На подовую часть колокола загружаются изделия для обработки. Защитный газ подается внутрь колокола, а выводится из него через патрубок насосной группы. Нагревательные элементы расположены с внутренней стороны съемного кожуха, накрывающего колокол.
- Муфельные. В этом случае детали для спекания помещаются в муфель, выполненный из жароупорной стали. Закрепляется защитная крышка, а после муфель продувается газом и устанавливается в печь. Спекание выполняется в защитной среде инертного газа (обычно водорода).
Вакуумное спекание осуществляется посредством высокочастотного нагрева. Материал для изготовления нагревательных устройств и муфелей подбирается в зависимости от максимальной температуры внутри печи. При температурах до 1000-1200 градусов Цельсия используется оборудование из никелевых, железных, хромовых сплавов. А при более высоких температурах применяются молибденовые, танталовые, вольфрамовые нагреватели. Использование графитных нагревателей позволяет достигать температуры внутри печи до 2000 градусов.
Преимущества и недостатки спекания в вакуумных печах
Преимущества и недостатки спекания в вакуумных печах
Использование вакуумной печи для спекания позволяет получить следующие преимущества:
- С поверхности обрабатываемых изделий удаляются газы и летучие примеси.
- При вакуумной термической обработке уплотняются и упрочняются спекаемые детали.
- Повышаются плотность и усадка изделия, снижается его пористость, меняются свойства.
- Порошки металлов с высокой химической активностью могут спекаться только в условиях вакуума. Так на их поверхности не формируются окислы, водяной пар и газы адсорбции.
Но при вакуумном спекании сложнее добиться нужных физико-химических свойств сплава. Для этого спекание проводится при высоком давлении. Также есть высокая вероятность обезуглероживания, из-за чего снижается предел прочности при сгибе.