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真空熱處理的作用

發布日期:2021-07-23

接上期真空泵熱處理的作用

(1)真空除氣作用

在真空爐中進行熱處理時,金屬工件中的氣體被脫出,從而提高了工件的性能。其機理是在大氣中冶煉金屬過程中,液態金屬要吸收H2N2O2CO等氣體,同時金屬對氣體的溶解度隨溫度的提高而加大,隨溫度的下降而減少。液態金屬冷卻成型時,氣體在金屬中的溶解度下降,但由于冷卻速度太快,溶解在金屬中的氣體無法完全釋放出來,而被留在固體金屬內部,生成氣孔、氣泡等缺陷,同時也是鋼產生氫脆的原因。吸收氣體的金屬如果在空氣中加熱,各種氣體會被金屬溶解和吸收。吸收了氣體的金屬材料其電阻率、導熱率、磁化率、硬度、屈服點、強度極限、延展率、斷面收縮率、沖擊韌性等機械物理性能均會受到影響。因此不但要控制金屬材料在冶金過程中的氣體含量,還要在熱處理工序中防止吸收氣體。

金屬在真空爐中的除氣過程包括:金屬中的氣體向金屬表面擴散;氣體從金屬表面的釋放;氣體被真空系統抽出。

決定真空除氣效果的第一因素是真空度,真空度越高,除氣效果越好;第二個因素是溫度,溫度越高,氣體在金屬內的擴散速度、在金屬表面的釋放速度也越快,除氣效果就越好。對于有相變的金屬材料,在相變溫度附近進行真空除氣效果最好;第三個因素是抽氣時間,氣體在金屬中的擴散和在金屬表面的析出都需要一定的時間,除氣時間越長,其效果越好。

需要注意的是:真空度的提高要考慮材料中的元素的蒸氣壓值,顧及元素的揮發和升華等現象發生對材料性能所可能產生的利弊;溫度的提高也要受到被處理材料晶粒長大和相變等因素的限制;抽氣時間過長,可能使真空系統向真空爐內返油,進而污染真空爐的現象產生。

經過真空熱處理的金屬材料與常規熱處理相比,其機械性能,特別是塑性和韌性得到明顯改善,其主要原因在于真空熱處理過程中的除氣作用。排除金屬中的氧、氫、氮等氣體,能明顯改善金屬的疲勞和韌性指標。

(1)真空脫脂作用

金屬零件在熱處理之前的機械加工過程中,往往要使用各種冷卻劑和潤滑劑,這些含有油脂的冷卻劑和潤滑劑不可避免的要吸附在零件表面上。但在真空熱處理時,零件只要進行簡單的清洗、烘干就可以進行熱處理,而不需要特殊的脫脂處理。因為油脂為碳氫化合物,飽和蒸汽壓較高,在真空中加熱會自行揮發或分解為水蒸氣、氫氣和二氧化碳等氣體被真空泵抽出,故可以得到無氧化、無腐蝕的光潔金屬表面,而這個過程在氣體的常壓狀態下是不可能得到的。

(2)蒸發現象

金屬在真空中被加熱,其中的某些蒸氣壓較高的合金元素易產生蒸發現象。各種金屬元素都具有一定的飽和蒸氣壓,當外界的壓力低于該元素的飽和蒸氣壓時,該元素即發生蒸發現象。這種現象會造成材料表面元素貧化以及零件之間、零件與料框之間的粘接以及零件表面粗糙,影響表面的光亮。同時,元素的蒸發會影響和改變零件材料原有的特性。此外,蒸發物沉淀在熱處理爐的構件上會降低電極等爐內構件的絕緣性能,容易發生絕緣等級下降甚至于短路事故。因此,在真空熱處理過程中,認為只要提高真空度就能得到良好處理效果的想法是不全面的,要根據具體的處理零件材料所含元素的蒸氣壓情況,選擇和控制加熱時的恰當的真空度可以防止某些金屬元素的大量蒸發。

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