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      熱處理在高真空中進行時,有哪些特點?
      標簽: 真空熱處理
      2022-11-12  閱讀

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        【康沃真空網真空熱處理在高真空中進行時,具有以下特點:

       ?、俑哒婵諝夥盏幕瘜W活性極低,在真空熱處理時,氣相與固相界面上發生的反應,如氧化、還原、脫碳、增碳等,不會進行到有影響的程度;

       ?、诟哒婵諝夥帐箽怏w體積增大的變化非常迅速,可導致金屬或合金放出溶解的氣體或使金屬氧化物發生分解,正是由于高真空氣氛的特點,在高真空氣氛中,因氧的分壓力很低,氧化作用被抑制,故為達到無氧化的目的,必須使氧的分壓力低于氧化物的分解壓力。

        光亮熱處理是一種可防止金屬工件在熱處理中發生氧化反應,仍然可獲得光亮金屬表面的熱處理方法,光亮熱處理也可在使用保護氣氛以及氬、氦和氮等惰性氣體中進行,同樣可達到防止氧化的目的與要求。真空熱處理可實現所有金屬材料保持原有的表面光潔度、尺寸精度以及性能要求,對于需要再次磨削加工的工件,可大大減少其熱處理前的加工余量,同時取消了表面的清理工序(如酸洗、噴砂、拋丸等),故真空熱處理是最有發展前景的工藝方法,也是最為理想的熱處理“氣氛”,在熱處理設備中其占有率達到了20%以上,尤其是在航空、航天、電子元件、紡織領域、工模具等領域獲得了較為廣泛的應用。

        金屬材料在冶煉過程中,液態金屬要吸收H2、O2、N2、CO等氣體,考慮到金屬對上述氣體的溶解度隨著溫度的升高而增大,當液態金屬冷卻成鋼錠時,氣體在金屬中的溶解度降低,但因冷卻速度過快,造成氣體無法全部溢出(釋放),而留在固體金屬內部,生成氣孔以及白點(由H2形成)等冶金缺陷或以原子和離子狀態固溶于金屬內部。

        在金屬的鍛造、熱處理、酸洗、釬焊等熱加工過程中,還會不可避免的再吸收氣體等,此時的金屬其電阻、熱傳導、磁化率、硬度、屈服點、強度極限、延伸率、斷面收縮率、沖擊韌性、斷裂韌性等力學性能和物理性能等均受到影響,故控制原材料在冶金過程中氣體含量,同時也要設法消除在熱加工過程所吸收的氣體等,或通過改進工藝流程以防止氣體的吸收。

        固相中氣體分子的擴散速度往往是決定脫氣的速度,真空除氣之所以能夠除去金屬內部的氣體,原因在于負壓條件下可去除金屬中的氣體,故爐內真空度的狀態影響真空除氣的速度和效果。決定除氣效果的另一個因素為爐內溫度,溫度越高則除氣效果越好。第三個因素為時間,除氣時間越長則除氣效果越佳。

        經過真空熱處理后的金屬材料工件,與常規熱處理比較,力學性能(特別為塑性和韌性)有了明顯的增加,其原因在于真空熱處理時具有良好的除氣效果所致。 表面凈化與脫脂作用在真空狀態下進行工件的加熱,其表面的氧化膜、輕微的銹蝕、氮化物、氫化物等,被還原、分解或揮發而消失,使金屬獲得光潔的表面,這是真空熱處理的一個特點。

        金屬的氧化反應是可逆反應,在金屬被加熱時,是產生氧化反應還是氧化物的分解反應,取決于加熱氣氛中氧的分壓與氧化物分解壓之間的關系。

        氧的分解壓是氧化物分解達到平衡后所產生的氧氣分壓,氧的分解壓大于氧的分壓,則氧化物分解,產生的氧氣被放出而留下來的則是金屬的清潔表面,達到金屬表面凈化的效果。在真空中的殘存氧很少,氧的分壓很低,真空度越高,氧的分壓越低,低于氧化物的分解壓,反應向右進行,故真空提供了金屬氧化物在加熱時的分解條件。

        另外爐內的氧分壓很低的前提下,金屬氧化物可分解為亞氧化物,其在真空加熱中容易升華而揮發。工件表面粘附的物質主要為油污等,其是碳、氫、氧化合物,蒸汽壓較高,在真空加熱過程中易揮發或分解,被真空抽走,起到凈化工件表面的效果。

        需要注意的是金屬表面的氧化物在真空中加熱時,也可能與從金屬材料內部向外擴散至H2與C發生反應,而使金屬表面的氧化物還原。在氧化物的分解過程中,還伴隨著清除油脂類的有機物質的作用,即不進行清除表面有機物質的專項清理,也能使工件表面具有光亮的表面,其原因在于這些油脂、潤滑劑均屬于脂肪族,是碳、氫和氧的化合物,分解壓較高,故在真空加熱時很容易分解為氫、水蒸氣和二氧化碳等氣體,而隨后被真空泵抽走,不至于在高溫下與零件表面產生任何反應,仍可得到無氧化、無腐蝕的清潔表面真空的凈化作用使金屬表面活性增強,有利于對C、N、Cr、Si等原子的吸收,使得滲碳、滲氮以及氮碳共滲等速度增快,而且滲層更加均勻。

        真空的蒸發作用工件在真空爐中進行加熱時,在低溫下爐內的水分和空氣中的氮氣、氧氣以及一氧化碳等會被蒸發逸散,在800℃以上從工件的表面會放出氫和氮的以及氧化物的分解氣體,完成表面脫氣作用,而熱分解形成的蒸發逸散使金屬表面光亮,這是真空熱處理的特點。

        真空熱處理的另外一個特點是金屬表面元素的蒸發,這體現在處理高鉻冷作模具鋼或鉻不銹鋼的熱處理后零件與零件之間,或零件與料筐(工裝)之間相互黏結,表面呈橘皮狀,十分粗糙,同時抗腐蝕性能明顯降低,這就是真空熱處理的缺點—金屬的蒸發作用關于金屬的蒸發作用,源于相平衡的理論而言,蒸汽作用于金屬表面的平衡壓力(蒸氣壓)是有差異的,溫度高其蒸氣壓就高,固態金屬的蒸發量就大;溫度低則蒸氣壓就低,如果溫度一定,則蒸氣壓就有一定的數值,當外界的壓力小于該溫度下的蒸氣壓時,金屬就會產生蒸發(升華)現象。外界的壓力越小,即真空度越高,就越容易蒸發,同理其蒸氣壓越高的金屬則越容易蒸發。

        可見不同金屬的蒸氣壓是不同的,應根據工件的材質,充分注意蒸發問題,即根據被處理工件的合金元素在熱處理時的蒸氣壓和加熱溫度,來合理選擇適宜的真空度,以防止表面合金元素的蒸發。

        除此之外,在真空加熱時,可考慮金屬材料的種類,采用一定溫度下通入高純度的惰性氣體(即反向充氣如高純氮氣、高純氬氣等)來調節爐內的真空度,以低真空加熱的方法來防止工件表面合金元素的蒸發,這個措施對高速工具鋼、高合金鋼等工件比較有效的。

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