Термическая обработка в вакууме

Процессы

Процессы отжига, закалки и спекания в вакууме аналогичны процессу дегазации твердых материалов. К числу элементов, взаимодействующих с газами и образующих с ними химические соединения в процессе термической обработки, относятся титан, цирконий, алюминий и бериллий. Обработку этих элементов, используемых в качестве основы или добавок при производстве сплавов, часто выполняют в вакууме.

Отжиг

Листы, ленты и поковки из титана и циркония отжигают в вакууме для предотвращения их окисления и сохранения металлического блеска. Часто операции отжига и дегазации совмещаются. Турбинные лопатки из титановых сплавов, подвергающиеся высоким эксплуатационным напряжениям, отжигают и дегазируют за одну операцию. Обработку сварных конструкций в вакууме производят с целью снятия внутренних напряжений, когда требуется максимально улучшить их свойства или когда существует опасность поглощения избыточного количества газов в процессе сварки.

Закалка

Детали с тонкими сечениями, изготовленные из сплавов, подверженных старению и содержащих титан, берилий и алюминий, полностью закаливаются в вакууме. Трудности, связанные с закалкой из вакуумной камеры, ограничивают применение вакуумных установок для многих закалочных операций. Очевидно, что обычные закалочные среды — воздух, масла, вода и солевые растворы — не могут быть использованы в камере. Для решения этой, задачи была предложена конструкция установки с дополнительной закалочной камерой, в которую заливается масло с низкой упругостью пара; дополнительная камера сообщается с основной камерой соединительным клапаном. Однако в промышленной эксплуатации этой установки еще нет.

Если закалку необходимо вести при относительно малых скоростях охлаждения, например соответствующих скоростям при закалке на воздухе, то лучше использовать вспомогательную водоохлаждаемую камеру. При этом сплав под вакуумом механически переносится из горячей зоны в охладительную камеру.

Спекание

Кристаллы металла адсорбируют молекулы газа, причем адсорбция происходит за счет неуравновешенных сил притяжения атомов, расположенных на поверхности металлов. Так как повышение температуры увеличивает энергию адсорбированных молекул, а понижение давления уменьшает число молекул, соприкасающихся с поверхностью металла, нагрев в вакууме обеспечивает быстрое удаление адсорбированных газов.

Применение вакуумных печей особенно выгодно для спекания металлических порошков. Вследствие значительной их поверхности порошковые частицы адсорбируют большое количество газов. Если перед нагревом до высоких температур, при которых развиваются химические реакции, адсорбированные газы не удалить, то они будут препятствовать спеканию порошка. Вследствие этого прочность продукта спекания будет понижена. В крупных и сложных сечениях это неблагоприятное влияние проявляется более резко.