Vakuum varmebehandlingsegenskaper

Aug 24, 2022

I høyvakuum har den følgende egenskaper:

Den kjemiske aktiviteten til en høyvakuumatmosfære er ekstremt lav. Under vakuumvarmebehandling vil reaksjonene som oppstår ved grenseflaten mellom gassfasen og fastfasen, slik som oksidasjon, reduksjon, dekarbonisering og karburisering, ikke utføres i den grad de har en innvirkning.

Høyvakuumatmosfæren øker volumet av gassen veldig raskt, noe som kan føre til at metallet eller legeringen frigjør oppløst gass eller bryter ned metalloksidet. Det er nettopp på grunn av egenskapene til høyvakuumatmosfæren at i høyvakuumatmosfæren er partialtrykket av oksygen veldig lavt og oksidasjonseffekten undertrykkes. Derfor, for å oppnå formålet med ikke-oksidasjon, må partialtrykket av oksygen være lavere enn nedbrytningstrykket til oksidet.

Bright varmebehandling er en varmebehandlingsmetode som kan forhindre oksidasjonsreaksjon av metallarbeidsstykker under varmebehandling og likevel oppnå en blank metalloverflate. Bright varmebehandling kan også utføres i en beskyttende atmosfære og inerte gasser som argon, helium og nitrogen, som også kan oppnå formålet og kravene til å forhindre oksidasjon. Vakuum varmebehandling kan oppnå alle metallmaterialer for å opprettholde den opprinnelige overflatefinishen, dimensjonsnøyaktighet og ytelseskrav. For arbeidsstykker som må slipes på nytt kan bearbeidingsmarginen før varmebehandling reduseres kraftig, og overflaterenseprosessen (som beising, sandblåsing, kuleblåsing etc.) elimineres. Derfor er vakuumvarmebehandling den mest lovende prosessmetoden og den mest ideelle varmebehandlingen "atmosfære". Dens andel av varmebehandlingsutstyr har nådd mer enn 20 prosent, spesielt innen luftfart, romfart, elektroniske komponenter, tekstiler, verktøy og andre felt. Det har vært mye brukt.

Avgassingseffekten (avgassing) av vakuum Avgassingseffekten av vakuum er som følger. Metallavgassing kan forbedre plastisiteten og styrken til metallet. Under vakuumoppvarming vil en viss mengde gass (hydrogen, oksygen, nitrogen, etc.) oppløst i metallarbeidsstykket flyte over og avgasse fra metalloverflaten, noe som bidrar til å forbedre plastisiteten og styrken til arbeidsstykket. Jo høyere temperatur, jo mer intens er den molekylære bevegelsen, noe som er mer egnet til å fremme diffusjonen av gassen som er oppløst i metallet til overflaten, slik at graden av vakuum økes, og jo lavere lufttrykket er, bidrar det til til overløpet av gassen diffundert på metalloverflaten.

I smelteprosessen av metallmaterialer absorberer flytende metaller H2, O2, N2, CO og andre gasser. Når man tar i betraktning at løseligheten av metallet til gassene ovenfor øker med temperaturøkningen, når det flytende metallet avkjøles til stålblokker, reduseres løseligheten av gassen i metallet, men på grunn av kjølehastigheten er for rask, gassen kan ikke bli fullstendig overfylt (frigitt), men forblir inne i det faste metallet, og genererer metallurgiske defekter som porer og hvite flekker (dannet av H2) eller oppløses i metallet i en atomisk og ionisk tilstand.

I tillegg, i den termiske prosesseringsprosessen av metallsmiing, varmebehandling, beising, lodding, etc., vil gass uunngåelig bli reabsorbert. På dette tidspunktet påvirkes motstanden, varmeledning, magnetisering, hardhet, flytegrense, styrkegrense, forlengelse, krymping i tverrsnitt, slagfasthet, bruddseighet og andre mekaniske og fysiske egenskaper til metallet, så kontroller gassinnholdet i råvarer i den metallurgiske prosessen, men forsøk også å eliminere gassen som absorberes i den termiske prosesseringsprosessen, etc., eller ved å forbedre prosessstrømmen for å forhindre gassabsorpsjon.

Diffusjonshastigheten til gassmolekyler i fast fase bestemmer ofte hastigheten på avgassing. Grunnen til at vakuumavgassing kan fjerne gassen inne i metallet er at gassen i metallet kan fjernes under negative trykkforhold, slik at vakuumtilstanden i ovnen påvirker hastigheten og effekten av vakuumavgassingen. En annen faktor som bestemmer avgassingen effekten er temperaturen i ovnen. Jo høyere temperatur, desto bedre avgassingseffekt. Den tredje faktoren er tid. Jo lengre avgassingstid, desto bedre avgassingseffekt. Tatt i betraktning påvirkningen av faktorer som kornfortykning og metallfaseovergang, kan ikke temperaturen stige for høyt. For metallmaterialer med faseovergang som stål har vakuumavgassing ved temperaturen nær faseovergangspunktet best effekt. Årsaken er at metallmaterialet reduserer løseligheten til gassen under faseovergangen eller bidrar til migrering av gassatomer på grunn av gitterendringer under faseovergangen.

Sammenlignet med konvensjonell varmebehandling har de mekaniske egenskapene (spesielt plastisitet og seighet) til arbeidsstykker av metallmateriale etter vakuumvarmebehandling økt betydelig. Årsaken er at vakuumvarmebehandlingen har en god avgassingseffekt. Overflaterensing og avfetting brukes til å varme opp arbeidsstykket i vakuumtilstand. Oksydfilmen, lett rust, nitrider, hydrider etc. på overflaten reduseres, spaltes eller fordampes og forsvinner, slik at metallet får en jevn overflate. Dette er en funksjon ved vakuum varmebehandling.

Oksydasjonsreaksjonen til et metall er en reversibel reaksjon. Når metallet varmes opp, om det produserer en oksidasjonsreaksjon eller en oksidnedbrytningsreaksjon avhenger av forholdet mellom partialtrykket av oksygen i oppvarmingsatmosfæren og nedbrytningstrykket til oksidet.

Nedbrytningstrykket av oksygen er partialtrykket av oksygen produsert etter at nedbrytningen av oksyder når likevekt. Hvis nedbrytningstrykket av oksygen er større enn partialtrykket til oksygen, spaltes oksydet og oksygenet som produseres frigjøres. Det som gjenstår er den rene overflaten av metallet, som oppnår effekten av å rense metalloverflaten. Det er svært lite gjenværende oksygen i et vakuum, og partialtrykket av oksygen er svært lavt. Jo høyere grad av vakuum, jo lavere partialtrykk av oksygen, som er lavere enn nedbrytningstrykket til oksidet. Reaksjonen fortsetter til høyre, så vakuumet gir nedbrytningsbetingelsene til metalloksidet når det varmes opp.

I tillegg, under forutsetning av at oksygenpartialtrykket i ovnen er svært lavt, kan metalloksider dekomponeres til suboksider, som lett sublimeres og fordampes ved vakuumoppvarming. Stoffene som fester seg til overflaten av arbeidsstykket er hovedsakelig oljeflekker , etc., som er karbon-, hydrogen- og oksygenforbindelser. Damptrykket er høyt. De er lett flyktige eller dekomponerer under vakuumoppvarmingsprosessen og pumpes bort av vakuumpumpen for å rense overflaten til arbeidsstykket. Effekt.

Det skal bemerkes at når oksidet på metalloverflaten varmes opp i et vakuum, kan det også reagere med diffusjon fra innsiden av metallmaterialet til H2 og C, og redusere oksidet på metalloverflaten.I nedbrytningsprosessen av oksider, er det også ledsaget av fjerning av organiske stoffer som oljer og fett. Det vil si at uten spesiell rengjøring for å fjerne organiske stoffer på overflaten, kan overflaten av arbeidsstykket også ha en lys overflate. Årsaken er at disse oljene og smøremidlene er alifatiske og er forbindelser av karbon, hydrogen og oksygen. Dekomponeringstrykket er høyt, så det er lett å dekomponere til hydrogen, vanndamp, karbondioksid og andre gasser når det varmes opp i et vakuum, og deretter pumpes bort av en vakuumpumpe, vil det ikke ha noen reaksjon med overflaten til delene ved høye temperaturer, og en ikke-oksiderende og ikke-korrosiv ren overflate kan fortsatt oppnås. Renseeffekten av vakuum forbedrer metalloverflateaktiviteten og bidrar til Absorpsjonen av C, N, Cr, Si og andre atomer akselererer hastigheten for karburering, nitrering og nitrogen-karbon co-infiltrering, og infiltrasjonslaget er mer uniform.

Fordamping av vakuum Når arbeidsstykket varmes opp i en vakuumovn, vil fuktigheten i ovnen og nitrogenet, oksygenet og karbonmonoksidet i luften fordampes og forsvinne ved lave temperaturer. Over 800 grader vil hydrogen-, nitrogen- og oksiddekomponeringsgasser frigjøres fra overflaten av arbeidsstykket for å fullføre overflateavgassingseffekten, og fordampningen som dannes ved termisk dekomponering og rømming gjør metalloverflaten lys. Dette er karakteristisk for vakuum varmebehandling. Vakuumbeleggingsprosessen bruker dette prinsippet for å få det belagte glasset til kommersiell bruk på 1990-tallet.

Et annet trekk ved vakuumvarmebehandling er fordampning av metalloverflateelementer. Dette gjenspeiles i varmebehandlingen av kaldbearbeidingsstål med høyt krom eller rustfritt kromstål. Etter varmebehandlingen bindes delene til hverandre, eller mellom delene og materialkurven (verktøy). Overflaten er appelsinskall-aktig og veldig ru. Samtidig reduseres korrosjonsmotstanden betydelig. Dette er ulempen med vakuum varmebehandling-metallfordampning. Når det gjelder fordampning av metall, er likevektstrykket (damptrykket) til dampen som virker på metalloverflaten annerledes. Hvis temperaturen er høy, er damptrykket høyt, og fordampningen av fast metall er stor; hvis temperaturen er lav, dampen Trykket er lavt. Hvis temperaturen er sikker, har damptrykket en viss verdi. Når det ytre trykket er mindre enn damptrykket ved den temperaturen, vil metallet fordampe (sublimere). Jo mindre det ytre trykket er, det vil si jo høyere vakuumgrad, jo lettere er det å fordampe, og på samme måte, jo høyere damptrykket til metallet, jo lettere er det å fordampe.

Det kan sees at damptrykket til forskjellige metaller er forskjellig. I henhold til materialet til arbeidsstykket, bør full oppmerksomhet rettes mot fordampningsproblemet, det vil si i henhold til damptrykket og oppvarmingstemperaturen til legeringselementene til det behandlede arbeidsstykket under varmebehandling, bør den passende graden av vakuum velges rimelig for å forhindre fordampning av overflatelegeringselementene.

Vanlig brukte elementer i stål som Mn, Ni, Co og Cr, samt elementer som Zn, Pb og Cu, som er hovedkomponentene i ikke-jernholdige metaller, har et høyt damptrykk. Når det varmes opp i vakuum, er det lett å produsere vakuumfordampning og få arbeidsstykket (eller verktøyet) til å feste seg til hverandre. Faktisk er det en viss samsvar mellom damptrykk og oppvarmingstemperatur. Så lenge vakuumgraden velges riktig, kan fordampning av legeringselementer forhindres.

I tillegg, ved vakuumoppvarming, kan typene metallmaterialer vurderes, og inerte gasser med høy renhet (det vil si omvendt inflasjon som høyrent nitrogen, høyrent argon, etc.) kan introduseres ved en viss temperatur for å justere graden av vakuum i ovnen, og lavvakuumoppvarming kan brukes for å forhindre fordampning av legeringselementer på overflaten av arbeidsstykket. Dette tiltaket er mer effektivt for høyhastighetsverktøystål, høylegerte stål og andre arbeidsstykker.