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真空熱處理的作用

發布日期:2021-07-22

真空熱處理的作用

(1)真空的的保護作用

當金屬材料在氧、水蒸氣和二氧化碳等氧化性氣體中加熱時,由于金屬對氧具有親和力而發生氧化反應,使金屬表面產生氧化物,完全失去原有的金屬光澤。同時這些氣體還要與金屬中的碳發生反應,使其表面脫碳。如果加熱爐中含有一氧化碳或甲烷氣體,還會使金屬表面增碳。對于化學性質非常活潑的鈦、鋯以及難熔金屬鎢、鉬、鉭、鈮等,在空氣中加熱,除了生成氧化物、氫化物、氮化物外,這些氣體還會向金屬內部擴散,使金屬的性能嚴重惡化。氧化、脫碳、增碳、吸氣及腐蝕等過程,即使在鹽浴爐中加熱有時也難以避免。

真空熱處理是在負壓下的稀薄氣氛中進行的熱處理,其加熱過程稱真空加熱。這個過程需要維持的氣壓狀態即工作壓強或稱工作真空度一般在100~10-3Pa范圍內。根據氣體分析,在此壓強下真空爐內殘存的氣體,如水蒸氣、氧氣、二氧化碳及油脂等有機物蒸氣含量已經非常之少,不足以使被處理的金屬材料產生氧化、脫碳、增碳等作用。在真空加熱時,由于氣氛中氧的分壓力低于被加熱金屬表面的氧化物分解壓力,氧化作用被抑制,所以被處理的金屬表面與原有表面光亮度比較可在很大程度上保持不變。可見真空不但能對工件加熱起到保護作用,還能使金屬保持原有的光亮表面,故真空熱處理也屬于光亮熱處理范疇。

(2)表面凈化作用

在真空熱處理前,金屬表面上經常會附著氧化物、氮化物、氫化物等物質。在真空中加熱時,這些化合物被還原分解或揮發而消失,從而使金屬獲得光潔的表面。例如,在高速鋼或不銹鋼的表面上所形成的很薄的氧化膜,能夠通過加熱約1000℃以上的真空熱處理爐中清除掉。

金屬的氧化反應和分解反應是可逆的,反應向哪個方向進行,取決于爐中加熱氣氛中氧的分壓和氧化物分解壓之間的關系。氧的分壓是指爐內氣氛總壓力中氧所占的壓力。氧的分解壓是指由于氧化物分解達到平衡后所產生的分壓。在給定的溫度下,如果氧的分壓小于氧化物的分解壓,則反應向右進行,結果氧化物分解。在高真空條件下,爐內殘余氣體很少,氧的分壓很低低于氧化物的分解壓,故反應向右進行,產生的氧氣被泵抽出,因此氧化物被除掉,保持金屬的光亮度。可見真空提供了氧化物分解的條件,使金屬表面得到凈化。應該指出,有些氧化物不是經過分解被凈化的,如FeO在真空中加熱時,可能氧化物轉變為分解壓較高的亞氧化物,這種亞氧化物在真空中加熱時直接升華為氣態氧化物,而從金屬表面消失。有些氧化物在真空中加熱時,能以上述兩種形式進行揮發。可見,凈化過程是比較復雜的。

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