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真空热处理时,千万不要忽视金属的蒸气压问题!
2022-07-08  阅读

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  【康沃真空网真空中加热金属时,在低温下,炉内的水分和空气中的氮、氧以及一氧化碳,尤其是在工件上涂覆的油脂和其他杂质等会蒸发逸散。当温度上升到800℃以上时,从工件的表面会放出氢和氮及氧化物的分解气体,完成脱气的作用。由于这种热分解而形成的蒸发逸散现象排除了工件表面上所存在的有害气体,逸散了氧化物,使金属重现光亮,这是真空热处理优点的又一个方面,特别是有害气体的排除和光亮热处理等,有利于提高工件的质量,这是其他的热处理方法所不能兼备的。

  另外,金属在真空中的这种蒸发逸散,作为真空蒸镀工艺的理论依据,得到了很好的应用。但是,在进行真空热处理时,常常会发现零件与零件之间,或零件与料框之间相互黏接。在处理高铬冷作模具钢或铬不锈钢时,表面呈橘皮状,很粗糙,而且抗腐蚀性能明显降低。这些是真空热处理的缺点所在——金属的蒸发特性。

  根据相平衡理论,在不同的温度下,蒸气作用于金属表面的平衡压力(蒸气压)是不同的。温度高蒸气压就高,固态金属的蒸发量就大;温度低蒸气压就低,如果温度一定,则蒸气压也就有一定的值。当外界的压力小于该温度下的蒸气压时,金属就会产生蒸发(升华〉现象。犹如樟脑在空气中因升华作用而从固体变成气体挥发掉一样。外界的压力越小,即真空度越高,就越容易蒸发。同理,蒸气压越高的金属也越容易蒸发。

  因此,在真空热处理时,对蒸发问题应予以应有的重视,那种认为只要提高真空度,就能够取得良好效果的看法是不全面的。必须根据工件的种类,充分注意蒸发的问题。即根据被处理金属材料中合金元素在热处理时的蒸气压和加热温度,来选择合适的真空度,以防止合金元素蒸发逸出。

  如钢铁中的常用合金元素Mn、Ni、Co和Cr等,以及作为有色金属主要成分的Zn、Pb和Cu等元素,在真空中加热很容易产生真空蒸镀,使工件之间相互粘连,以及从料框内取出时造成障碍。另外,用Cu和Ag-Mn合金(作为钎料)对不锈钢进行真空钎焊,在0.0133Pa以下进行加热时,Mn被蒸发,其成分显著变化,导致钎焊部位的强度大大地下降。在70~30黄铜的场合进行真空退火时,Zn被显著蒸发,产生脱锌现象,因此,要获得光亮的表面是非常困难的。

  但是,如果选择得当,许多缺陷是可以避免的。如Cr12MoV冷冲模具钢,在真空度为1.33Pa,温度为1050℃下保温90min后,用X射线显微分析仪测定了铬元素在距离表面150μm范围内的分布,结果没有发现脱铬现象。这是因为,在1.33Pa下,铬的理论蒸发温度为1205℃,当在1050℃时,相应的蒸气压就低,约为0.0133Pa,即蒸气压低于外界压力,所以,没有产生蒸发。该例说明,只要真空度选择适宜,是可以防止合金元素蒸发的。

  应该指出,合金中一些蒸气压较高的元素,如Mn、Cu、Al等,通常是以溶解于固溶体中或以各种化合物的形式存在的,在真空中加热时挥发的方式不尽相同,但其挥发的倾向是相同的,而一般说来,其蒸气压要低于纯金属的蒸气压。

  另外,在真空中加热时,还可以考虑根据金属材料的种类,通入高纯度的惰性气体(即反向充气)来调节炉内的真空度,以低真空加热的方法来防止合金元素的蒸发。特别是在1200℃

  以上的温度加热时,Cr、Mn等均有较高的蒸气压,容易蒸发,更需要低真空加热。通入高纯度惰性气体不仅可以调节真空度,而且由于惰性气体的存在,形成对流循环,更有利于金属材料的均匀加热。

  所以说,真空热处理时,金属的蒸气压是个不容忽视的问题。对于一般的合金钢来说,其一,热处理加热温度达到1200℃的时候比较少,其二,一般情况下,热处理后工件的切削余量大于元素蒸发层的厚度,所以,对工件的质量影响不大。但重要且特殊的钢种,一定要重视蒸气压的问题。