Características do tratamento térmico a vácuo

Aug 24, 2022

Em alto vácuo, tem as seguintes características:

A atividade química de uma atmosfera de alto vácuo é extremamente baixa. Durante o tratamento térmico a vácuo, as reações que ocorrem na interface da fase gasosa e da fase sólida, como oxidação, redução, descarbonização e carburação, não serão realizadas na medida em que tenham impacto.;

A atmosfera de alto vácuo aumenta o volume do gás muito rapidamente, o que pode fazer com que o metal ou liga libere gás dissolvido ou decomponha o óxido metálico. É precisamente por causa das características da atmosfera de alto vácuo que, na atmosfera de alto vácuo, a pressão parcial do oxigênio é muito baixa e o efeito da oxidação é suprimido. Portanto, para atingir o objetivo de não oxidação, a pressão parcial do oxigênio deve ser menor que a pressão de decomposição do óxido.

O tratamento térmico brilhante é um método de tratamento térmico que pode impedir a reação de oxidação de peças de metal durante o tratamento térmico e ainda obter uma superfície de metal brilhante. O tratamento térmico brilhante também pode ser realizado em uma atmosfera protetora e gases inertes, como argônio, hélio e nitrogênio, que também podem atingir o objetivo e os requisitos de prevenção da oxidação. O tratamento térmico a vácuo pode atingir todos os materiais metálicos para manter o acabamento original da superfície, precisão dimensional e requisitos de desempenho. Para peças que precisam ser retificadas novamente, a margem de processamento antes do tratamento térmico pode ser bastante reduzida e o processo de limpeza da superfície (como decapagem, jateamento, jateamento, etc.) é eliminado. Portanto, o tratamento térmico a vácuo é o método de processo mais promissor e a "atmosfera" de tratamento térmico mais ideal. Sua participação em equipamentos de tratamento térmico atingiu mais de 20 por cento, especialmente na aviação, aeroespacial, componentes eletrônicos, têxteis, ferramentas e outros campos. Tem sido amplamente utilizado.

O efeito de desgaseificação (desgaseificação) do vácuo O efeito de desgaseificação do vácuo é o seguinte. A desgaseificação de metal pode melhorar a plasticidade e a resistência do metal. Sob aquecimento a vácuo, uma certa quantidade de gás (hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, etc.) dissolvido na peça de trabalho de metal transbordará e desgaseificará da superfície do metal, o que é propício para melhorar a plasticidade e resistência da peça de trabalho. Quanto maior a temperatura, mais intenso é o movimento molecular, o que é mais propício para promover a difusão do gás dissolvido no metal para a superfície, de modo que o grau de vácuo é aumentado, e quanto menor a pressão do ar, é propício ao transbordamento do gás difundido na superfície metálica.

No processo de fundição de materiais metálicos, os metais líquidos absorvem H2, O2, N2, CO e outros gases. Levando em consideração que a solubilidade do metal aos gases acima aumenta com o aumento da temperatura, quando o metal líquido é resfriado em lingotes de aço, a solubilidade do gás no metal diminui, mas devido à velocidade de resfriamento é muito rápida, o gás não pode ser completamente transbordado (liberado), mas permanece dentro do metal sólido, gerando defeitos metalúrgicos como poros e manchas brancas (formadas por H2) ou dissolvendo-se solidamente no metal em estado atômico e iônico.

Além disso, no processo de processamento térmico de forjamento de metal, tratamento térmico, decapagem, brasagem, etc., o gás será inevitavelmente reabsorvido. Neste momento, a resistência, condução de calor, magnetização, dureza, ponto de escoamento, limite de resistência, alongamento, encolhimento da seção transversal, tenacidade ao impacto, tenacidade à fratura e outras propriedades físicas e mecânicas do metal são afetadas, então controle o conteúdo de gás de matérias-primas no processo metalúrgico, mas também tentar eliminar o gás absorvido no processo de processamento térmico, etc., ou melhorando o fluxo do processo para evitar a absorção de gás.

A velocidade de difusão das moléculas de gás na fase sólida geralmente determina a velocidade de desgaseificação. A razão pela qual a desgaseificação a vácuo pode remover o gás dentro do metal é que o gás no metal pode ser removido sob condições de pressão negativa, de modo que o estado de vácuo no forno afeta a velocidade e o efeito da desgaseificação a vácuo. Outro fator que determina a desgaseificação efeito é a temperatura no forno. Quanto maior a temperatura, melhor o efeito de desgaseificação. O terceiro fator é o tempo. Quanto maior o tempo de desgaseificação, melhor o efeito de desgaseificação. Levando em conta a influência de fatores como espessamento do grão e transição de fase do metal, a temperatura não pode subir muito. Para materiais metálicos com transição de fase, como aço, a desgaseificação a vácuo na temperatura próxima ao ponto de transição de fase tem o melhor efeito. A razão é que o material metálico reduz a solubilidade do gás durante a transição de fase ou é propício à migração de átomos de gás devido a mudanças na rede durante a transição de fase.

Em comparação com o tratamento térmico convencional, as propriedades mecânicas (especialmente plasticidade e tenacidade) das peças de material metálico após o tratamento térmico a vácuo aumentaram significativamente. A razão é que o tratamento térmico a vácuo tem um bom efeito de desgaseificação. A purificação da superfície e o desengorduramento são usados para aquecer a peça de trabalho em um estado de vácuo. O filme de óxido, ferrugem leve, nitretos, hidretos, etc. na superfície são reduzidos, decompostos ou evaporados e desaparecem, para que o metal obtenha uma superfície lisa. Esta é uma característica do tratamento térmico a vácuo.

A reação de oxidação de um metal é uma reação reversível. Quando o metal é aquecido, se ele produz uma reação de oxidação ou uma reação de decomposição do óxido depende da relação entre a pressão parcial do oxigênio na atmosfera de aquecimento e a pressão de decomposição do óxido.

A pressão de decomposição do oxigênio é a pressão parcial do oxigênio produzida após a decomposição dos óxidos atingir o equilíbrio. Se a pressão de decomposição do oxigênio for maior que a pressão parcial do oxigênio, o óxido se decompõe e o oxigênio produzido é liberado. O que resta é a superfície limpa do metal, que consegue o efeito de purificação da superfície do metal. Há muito pouco oxigênio residual no vácuo e a pressão parcial do oxigênio é muito baixa. Quanto maior o grau de vácuo, menor a pressão parcial de oxigênio, que é menor que a pressão de decomposição do óxido. A reação prossegue para a direita, de modo que o vácuo fornece as condições de decomposição do óxido metálico quando aquecido.

Além disso, sob a premissa de que a pressão parcial do oxigênio no forno é muito baixa, os óxidos metálicos podem ser decompostos em subóxidos, que são facilmente sublimados e volatilizados no aquecimento a vácuo. As substâncias que aderem à superfície da peça são principalmente manchas de óleo , etc., que são compostos de carbono, hidrogênio e oxigênio. A pressão do vapor é alta. Eles são facilmente voláteis ou se decompõem durante o processo de aquecimento a vácuo e são bombeados pela bomba de vácuo para purificar a superfície da peça de trabalho. Efeito.

Deve-se notar que quando o óxido na superfície do metal é aquecido no vácuo, ele também pode reagir com a difusão do interior do material metálico para H2 e C, reduzindo o óxido na superfície do metal.No processo de decomposição de óxidos, também é acompanhada pela remoção de substâncias orgânicas como óleos e gorduras. Ou seja, sem limpeza especial para remover substâncias orgânicas da superfície, a superfície da peça de trabalho também pode apresentar uma superfície brilhante. A razão é que esses óleos e lubrificantes são alifáticos e são compostos de carbono, hidrogênio e oxigênio. A pressão de decomposição é alta, por isso é fácil decompor em hidrogênio, vapor d'água, dióxido de carbono e outros gases quando aquecido no vácuo e depois bombeado por uma bomba de vácuo, não terá nenhuma reação com a superfície das peças em altas temperaturas, e uma superfície limpa não oxidante e não corrosiva ainda pode ser obtida. O efeito de purificação do vácuo aumenta a atividade da superfície do metal e é propício para A absorção de C, N, Cr, Si e outros átomos acelera as taxas de carburação, nitretação e co-infiltração de nitrogênio-carbono, e a camada de infiltração é mais uniforme.

Evaporação de vácuo Quando a peça de trabalho é aquecida em um forno a vácuo, a umidade no forno e o nitrogênio, oxigênio e monóxido de carbono no ar serão evaporados e dissipados em baixas temperaturas. Acima de 800 graus, gases de decomposição de hidrogênio, nitrogênio e óxido serão liberados da superfície da peça de trabalho para completar o efeito de desgaseificação da superfície, e a evaporação formada pela decomposição térmica e escape torna a superfície do metal brilhante. Esta é a característica do tratamento térmico a vácuo. O processo de revestimento a vácuo usa esse princípio para tornar o vidro revestido colocado em aplicações comerciais na década de 1990.

Outra característica do tratamento térmico a vácuo é a evaporação dos elementos da superfície metálica. Isso se reflete no tratamento térmico de aço de matriz para trabalho a frio com alto teor de cromo ou aço inoxidável de cromo. Após o tratamento térmico, as peças são coladas entre si, ou entre as peças e a cesta de material (ferramenta). A superfície é semelhante a casca de laranja e muito áspera. Ao mesmo tempo, a resistência à corrosão é significativamente reduzida. Esta é a desvantagem do tratamento térmico a vácuo - evaporação de metal. Em relação à evaporação do metal, a pressão de equilíbrio (pressão de vapor) do vapor atuando na superfície do metal é diferente. Se a temperatura for alta, a pressão do vapor é alta e a evaporação do metal sólido é grande; se a temperatura é baixa, o vapor A pressão é baixa. Se a temperatura for certa, a pressão de vapor tem um certo valor. Quando a pressão externa for menor que a pressão de vapor naquela temperatura, o metal irá evaporar (sublimar). a pressão de vapor do metal, mais fácil é evaporar.

Pode-se ver que a pressão de vapor de diferentes metais é diferente. De acordo com o material da peça de trabalho, atenção total deve ser dada ao problema de evaporação, ou seja, de acordo com a pressão de vapor e temperatura de aquecimento dos elementos de liga da peça de trabalho tratada durante o tratamento térmico, o grau apropriado de vácuo deve ser razoavelmente selecionado para evitar a evaporação dos elementos de liga de superfície.

Elementos comumente usados em aço como Mn, Ni, Co e Cr, bem como elementos como Zn, Pb e Cu, que são os principais componentes de metais não ferrosos, possuem alta pressão de vapor. Quando aquecido no vácuo, é fácil produzir evaporação do vácuo e fazer com que a peça de trabalho (ou ferramental) grude uma na outra. De fato, existe uma certa correspondência entre a pressão do vapor e a temperatura de aquecimento. Desde que o grau de vácuo seja selecionado adequadamente, a evaporação dos elementos de liga pode ser evitada.

Além disso, durante o aquecimento a vácuo, os tipos de materiais metálicos podem ser considerados e gases inertes de alta pureza (isto é, inflação reversa, como nitrogênio de alta pureza, argônio de alta pureza, etc.) podem ser introduzidos a uma determinada temperatura para ajustar o grau de vácuo no forno, e o aquecimento a baixo vácuo pode ser usado para evitar a evaporação dos elementos de liga na superfície da peça de trabalho. Esta medida é mais eficaz para aços rápidos para ferramentas, aços de alta liga e outras peças de trabalho.