Закалка, также называемая упрочнением, — это процесс нагрева и последующего охлаждения стали (или другого сплава) с высокой скоростью, в результате чего значительно повышается твердость как на поверхности, так и по всей толщине материала. В случае вакуумной закалки этот процесс проводится в вакуумных печах, в которых могут достигаться температуры до 1300 °C. Методы закалки различаются в зависимости от обрабатываемого материала, но наиболее распространенной является газовая закалка с использованием азота.
Вакуумное газовое закаливание:
В процессе вакуумной газовой закалки материал нагревается в отсутствие кислорода конвекцией в среде инертного газа (N₂) и/или тепловым излучением в условиях пониженного давления. Закалка стали осуществляется потоком азота, при этом скорость охлаждения определяется выбором избыточного давления. В зависимости от формы заготовки также можно выбрать направление и время продувки азотом. Оптимизация времени и контроль температуры стали осуществляются в процессе с помощью пилотных термопар, которые могут быть размещены на заготовке в нагревательной камере. Сталь, подвергнутая термообработке в вакуумной печи, приобретает заданные свойства прочности и твердости по всему поперечному сечению без поверхностного обезуглероживания. Аустенитная структура мелкозернистая и соответствует международным стандартам.
Практически все технически интересные стальные сплавы, такие как пружинные стали, холоднокатаные стали, закаленные и отпущенные стали, стали для подшипников скольжения, горячекатаные стали и инструментальные стали, а также большое количество высоколегированных нержавеющих сталей и чугунных сплавов, могут быть упрочнены таким способом.
Вакуумное масляное закаливание
Вакуумная закалка в масле — это охлаждение нагретых материалов в вакуумной среде. Поскольку перенос заготовки происходит в вакууме или под защитой инертного газа после вакуумной продувки печи, поверхность детали всегда защищена до тех пор, пока она полностью не погрузится в масло. Защита поверхности очень похожа как при закалке в масле, так и в газе.
Главное преимущество по сравнению с традиционными решениями для закалки в атмосферном масле заключается в точном контроле параметров охлаждения. В вакуумной печи можно изменять стандартные параметры закалки – температуру и перемешивание – а также давление над закалочной ванной.
Изменение давления над резервуаром вызовет разницу давлений внутри масляной ванны, что изменит кривую эффективности охлаждения масла, определенную при атмосферном давлении. Действительно, зона кипения — это фаза, в которой скорость охлаждения максимальна. Изменение давления масла изменит его испарение под воздействием тепла нагрузки.
Снижение давления активизирует явления испарения, которые инициируют фазу кипения. Это повысит эффективность охлаждения закалочной жидкости и улучшит упрочняющую способность по сравнению с атмосферными условиями. Однако массивное образование пара может вызвать образование пристеночного слоя и привести к потенциальной деформации.
Повышение давления в масле препятствует образованию паров и замедляет испарение. Масляная оболочка прилипает к детали и охлаждается более равномерно, но менее резко. Таким образом, охлаждение в масле в вакууме происходит более равномерно и вызывает меньшие деформации.
Вакуумное охлаждение водой
Такой процесс, как вакуумная закалка в масле, является идеальным решением для термообработки алюминия, титана или других материалов, которые необходимо охлаждать с достаточно высокой скоростью.
Дата публикации: 07 мая 2022 г.