Кеменов В.Н., Нестеров С.Б. Вакуумная техника и технология, страница 5

Применение плазмотрона ускоряет процессрасплавления шихты и позволяет более рационально организовать его,так как появляется возможность поддержания постоянной мощностипечи, не зависящей от габаритов и плотности укладки шихтовых материалов.Электронно-лучевые печи применяются для получения особочистых металлов.

В печах этого типа нагрев осуществляется благодарябомбардировке поверхности нагреваемого предмета быстро движущимися электронами. Так как создать направленный поток электронов исообщить ему достаточную энергию можно только в условиях высокоговакуума, в электронно-лучевых печах поддерживается давление порядка 10-3−10-4Па. Основным элементом печи является нагревательныйэлемент или пушка, снабженная электромагнитным фокусирующимустройством и системой развертки луча, что позволяет получить пятнодиаметром 5−10 мм на расстоянии 1,5−2 м от катода и перемещать егопо поверхности слитка. Следует отметить, что электронно-лучевые печииспользуются не только для плавки, но и для различных процессов, связанных с нагревом материалов, например, при выращивании и зоннойочистке монокристаллов, термической обработке ленточных и проволочных материалов, испарение металлов с целью нанесения покрытий,для сварки, литья и т.д.Вакуумные электропечи сопротивления являются наиболееуниверсальными, так как имеют много областей применения, например,их используют для нагрева длинномерных изделий, больших и тяжелыхсадок, деталей в подвешенном состоянии для предохранения их от деформации, для отжига трансформаторной стали и пр.

Принцип устройства печей заключается в наличии герметичной, теплоизолированнойкамеры, внутри которой расположены нагревательные элементы, выделяющие тепло за счет протекания по ним электрического тока. Печиоткачиваются диффузионными насосами, обеспечивающими остаточные давления менее 10-7 Па [8, 9]. По типу вакуумные электропечи сопротивления делятся на садочные и методические. В садочных электропечах садка остается неподвижной в течение всего времени нагрева и вних нельзя произвести очередную загрузку, предварительно не разгру-19зив печь. Эти печи отличаются относительно низкой производительностью. Наибольшее распространение получили такие садочные вакуумные электропечи, как камерные, шахтные, колпаковые, элеваторные.Высокопроизводительные методические вакуумные электропечи включают в себя загрузочную и разгрузочную шлюзовые камеры, камерынагрева и охлаждения, систему устройств для перемещения садки в печи и откачную систему.

По принципу перемещения садки применениенашли следующие разновидности методических печей: толкательные,печи с шагающим подом, многокамерные печи с перекатной тележкой ипечи для термической обработки ленты и проволоки.Назначение вакуумных электропечей сопротивления:• для термообработки, отжига, закалки и пайки;• для спекания и дегазации;• для нагрева под обработку давлением;• для специальных химико-технологических процессов.Отжиг в вакууме (при давлении 10-1−10-3 Па) − термовакуумныйпроцесс обработки металлов и сплавов, состоящий в их нагреве, выдержке и охлаждении для снятия наклёпа, повышения пластичности,изменения структуры в нужном направлении, придания определенныхэлектрических, магнитных и других свойств, а также для очистки отгазовых и неметаллических включений.

В вакууме подвергаются отжигулисты, проволока, заготовки для последующей обработки давлением,детали из различных металлов. Например, отжиг тантала и ниобия рекомендуется проводить в течение одного часа при 1300−1400°С и давлениине более 10-3 Па [10]. Ниобий обрабатывается методом вакуумной прокатки при 1100−1250°С, а после разрушения литой структуры легко обрабатывается давлением при комнатной температуре.

После отжига при1700−1730°С в вакууме твердость металла по Бриннелю возрастает до800−900 Н/мм2 , предел прочности до 300−400 Н/мм2, относительное удлинение 30%. Различают следующие виды отжига: высокотемпературный,обезгаживающий, обезуглероживающий, рекристаллизационный и пр.Например, при производстве ртутных выпрямителей осуществляется в печах обезгаживающий отжиг деталей, изготавливаемых изнизкоуглеродистых сталей. Он обеспечивает обезгаживание и получение светлой поверхности, что при разогреве деталей во время эксплуатации исключает образование или отслаивание окисной пленки иуменьшает газовыделение, благодаря чему предотвращается замыканиеи пробой.

Высокотемпературный отжиг в печах улучшает магнитныесвойства и повышает процент выхода высших марок трансформаторнойстали [10].20Закалка в вакууме − термовакуумный процесс обработки сталии некоторых сплавов (например, латуни, бронзы и др.) путем нагрева изатем быстрого охлаждения. Закалка вызывает резкое изменениесвойств металла: у стали − получение чистой светлой поверхности безнауглероживания или обезуглероживания, повышение упругости, прочности, твердости при пониженной вязкости, уменьшение деформации икоробления и пр.; у некоторых сталей и сплавов закалка приводит только к повышению вязкости.

Например, широко применяется закалкарельсов из бессемеровской стали, обеспечивающая высокие пластические свойства и ударную вязкость даже при температурах вплоть до50°С при малой чувствительности к старению.Электропечи для вакуумной закалки подразделяют на печи длязакалки в газе и для закалки в жидких средах. Закалка в газе после нагрева в вакууме проводится в шахтных и камерных печах. Эти печи широко применяются для закалки крупных изделий, медицинского и точного инструмента, деталей приборов и пр.

В России впервые была создана шахтная вакуумная печь для закалки в циркулирующем инертномгазе металлорежущего инструмента из легированных и быстрорежущихсталей, пресс-форм, фильер и деталей шариковых подшипников.Предварительный нагрев изделий осуществляется при остаточном давлении в печи 0,1 Па [11]. Печи, предназначенные для проведения закалки в масле, снабжаются закалочным баком. Применяются различные схемы компоновки закалочных баков и нагревательных камер:закалочный бак не отделён от нагревательной камеры затвором и находится под ней, нагревательная камера расположена под закалочным баком и отделена от него вакуумным затвором и пр.

Применение закалкив вакууме позволяет устранить последующую механическую обработкуи повысить качество изделий.2.3. Дистилляция в вакуумеДистилляция металлов и сплавов в вакууме − один из технологических процессов вакуумной плавки, предназначенный для удаленияиз металла вредных примесей в газообразном состоянии с целью получения чистого металла для ракетной техники, атомной энергетики идругих отраслей промышленности [1, 9]. Вакуумная дистилляция осуществляется преимущественно в вакуумных дуговых и индукционныхпечах при давлении ниже 10-1 Па.Процесс вакуумной дистилляции заключается в испарениипримесных элементов и последующей их конденсации.

Сравнительнолегко выделяются при нагревании металла в вакууме до 700°С водород21и гидриды. Удаление кислорода заметно ускоряется при нагревании до1900−2000°С. В результате вакуумного рафинирования при2300−2350°С из ниобия выделяются не только адсорбированные и растворенные газы, но и примеси: свинец, кремний, железо.Вакуумная дистилляция серы создает благоприятные условиядля десульфурации чугуна. Вакуумной дистилляции можно подвергатьтакие реакционно-способные металлы, как кальций, бериллий, цирконий, титан и др.

Вакуумная дистилляция применяется для очистки губчатого титана и циркония после восстановления, в производстве чистыхметаллов: цинка, селена и редкоземельных металлов, при обогащениилома легких металлов.2.4. Сварка и пайка в вакуумеСварка в вакууме предназначена для получения неразъёмныхсоединений элементов приборов, деталей (узлов) конструкций машин,используемых в точном машиностроении, микроэлектронике, при создании атомных реакторов и пр.

[12]. Различают два вида сварки в вакууме − электронно-лучевая сварка (сварка плавлением) и термодиффузионная сварка (сварка давлением).Электронно-лучевая сварка осуществляется в вакууме при давлении остаточных газов 10-1−10-3Па с помощью установки, включающей в себя вакуумную рабочую камеру, электронно-оптическую систему, формирующую электронный луч, различные приспособления дляперемещения свариваемых деталей к электронно-оптической системе иоткачную систему [10]. Установка включает в себя сварочный пост,энергокомплекс, вакуумную откачную систему, шкафы и пульт управления, комплект соединительных кабелей и трубопроводов.