Зачем нужны вакуумные печи

Потребность в высококачественных материалах, в частности в авиационной промышленности и в производстве управляемых снарядов, сыграла значительную роль в развитии новой технологии обработки металлов. Применение вакуумных печей в металлургии вызвало необходимость в изыскании новых и усовершенствовании старых методов обработки этих материалов. В технологии металлургического производства известно очень немного процессов, которые получили бы столь быстрое распространение, как вакуумные процессы. Результатом исследовательских работ, выполненных на одном из заводов США, явилось, например, строительство полутонной печи общего назначения.

Для вакуумных процессов приобретают важное значение два положения из физики и физической химии. Во-первых, все металлы обладают, даже при комнатной температуре, определенной упругостью пара; во-вторых, все химические соединения при данной температуре характеризуются определенной упругостью диссоциации.

Давление паров металлов в чистом состоянии выше, чем давление их паров над твердыми растворами. Это обстоятельство позволяет при высоких температурах и высоком вакууме обрабатывать сплавы, содержащие элементы с относительно высокой упругостью пара, без существенных потерь легирующих составляющих. Марганец и хром — два широко используемых легирующих элемента. При 865° упругость пара чистого марганца составляет 0,76 мк рт. ст. Упругость пара хрома равна 0,76 мк рт. ст. при 1073° [1]. Однако даже при давлениях ниже 0,1 мк рт. ст. для указанных температур не наблюдается заметного улетучивания этих элементов из промышленных сплавов.

Тот факт, что химические соединения обладают при данной температуре определенной упругостью диссоциации имеет свои преимущества, и они успешно используются в практике. Большинство нитридов и гидридов отличается относительно высокой упругостью диссоциации при умеренных температурах. Необходимые для их диссоциации давления и температуры отвечают условиям работы промышленных вакуумных печей. Вследствие этого дегазация в твердом состоянии становится практическим методом очищения загрязненных материалов.

Большинство окислов характеризуется довольно низкой упругостью диссоциации. Например, упругость диссоциации окиси железа равна Ю^-8 мк рт. ст. [2] при 927°. Когда окислы обладают относительно высокой упругостью диссоциации, вакуумная обработка может быть использована для разложения окислов и очищения материалов в твердом состоянии.

Хотя большинство промышленных печей не позволяет достичь высоких разрежений, необходимых для разложения окислов, однако удаление их может протекать и за счет испарения окисных пленок с поверхности. Многие металлические окислы испаряются при температурах и давлениях, встречающихся в промышленных условиях. Конечный результат вакуумной обработки подобен очищению материала в восстановительной атмосфере. Например, в. вакууме может быть очищена от окислов нержавеющая сталь марки 302¹). Лист этой стали, темный на вид перед вакуумной обработкой, становится блестящим после вакуумирования в печи при 1050° и давлении 0,5 мк рт. ст.