真空熱処理特性

Aug 24, 2022

真空熱処理特性

高真空では、次の特性があります。

高真空雰囲気の化学活性は非常に低くなります。真空熱処理では、気相と固相の界面で起こる酸化、還元、脱炭、浸炭などの反応が影響を与えるほど進行しません。

高真空雰囲気では、ガスの体積が急速に増加し、金属または合金が溶解ガスを放出したり、金属酸化物を分解したりする可能性があります。高真空雰囲気では、酸素の分圧が非常に低く、酸化効果が抑制されるのは、まさに高真空雰囲気の特性によるものです。したがって、無酸化という目的を達成するためには、酸素分圧が酸化物の分解圧力よりも低くなければならない。

光輝熱処理とは、熱処理時の金属ワークの酸化反応を抑制しつつ、光輝金属表面が得られる熱処理方法です。ブライト熱処理は、保護雰囲気とアルゴン、ヘリウム、窒素などの不活性ガスでも実行でき、酸化を防止する目的と要件も達成できます。真空熱処理は、元の表面仕上げを維持するためにすべての金属材料を達成できます。寸法精度と性能要件。再研磨が必要なワークの場合、熱処理前の加工代を大幅に削減でき、表面洗浄工程（酸洗、サンドブラスト、ショットブラスト等）を省略できます。したがって、真空熱処理は最も有望なプロセス方法であり、最も理想的な熱処理「雰囲気」です。熱処理装置のシェアは、特に航空、航空宇宙、電子部品、繊維、工具などの分野で 20% 以上に達しています。広く使用されています。

真空の脱ガス（ガス抜き）効果真空の脱ガス効果は次のとおりです。金属の脱ガスにより、金属の可塑性と強度を向上させることができます。真空加熱下では、金属ワークピースに溶解した一定量のガス（水素、酸素、窒素など）がオーバーフローして金属表面から脱ガスし、ワークピースの可塑性と強度の向上に役立ちます。温度が高いほど、分子運動が激しくなり、金属に溶解したガスの表面への拡散が促進され、真空度が上がり、気圧が低いほど、助長されます金属表面に拡散したガスのオーバーフローに。

金属材料の製錬プロセスでは、液体金属が H2、O2、N2、CO などのガスを吸収します。上記のガスへの金属の溶解度が温度の上昇とともに増加することを考慮すると、液体金属が鋼塊に冷却されると、金属へのガスの溶解度は低下しますが、冷却速度が速すぎるため、ガスは完全にオーバーフロー（放出）することはできず、固体金属の内部に残り、細孔や白い斑点（H2によって形成される）などの冶金学的欠陥を生成したり、原子およびイオン状態で金属に固溶したりします。

また、金属の鍛造、熱処理、酸洗、ロウ付けなどの熱処理工程では、必然的にガスが再吸収されます。このとき、金属の抵抗、熱伝導、磁化、硬度、降伏点、強度限界、伸び、断面収縮、衝撃靭性、破壊靭性などの機械的および物理的特性が影響を受けるため、ガス含有量を制御します。冶金工程での原料の除去、熱処理工程などで吸収したガスの除去、または工程の流れを改善してガスの吸収を防止することを試みます。

固相におけるガス分子の拡散速度は、多くの場合、脱ガスの速度を決定します。真空脱泡が金属内部のガスを除去できる理由は、金属内のガスを負圧条件で除去できるため、炉内の真空状態が真空脱ガスの速度と効果に影響を与えます。効果は炉内の温度です。温度が高いほど脱気効果が高くなります。3つ目の要素は時間です。脱気時間は長ければ長いほど脱気効果が高くなります。結晶粒の肥厚化や金属相転移などの影響を考慮し、温度を上げすぎないようにします。鋼などの相転移を伴う金属材料の場合、相転移点付近での真空脱泡が最も効果的です。その理由は、金属材料が相転移中のガスの溶解度を低下させるか、または相転移中の格子変化によるガス原子の移動を助長するためです。

従来の熱処理と比較して、真空熱処理後の金属材料ワークの機械的特性（特に可塑性と靭性）は大幅に向上しています。その理由は、真空熱処理が脱ガス効果に優れているからです。真空状態でワークを加熱するために、表面の浄化と脱脂が使用されます。表面の酸化皮膜、軽度のサビ、窒化物、水素化物等が還元、分解または蒸発して消失し、平滑な表面が得られます。これが真空熱処理の特徴です。

金属の酸化反応は可逆反応です。金属を加熱したとき、酸化反応を起こすか酸化物分解反応を起こすかは、加熱雰囲気中の酸素分圧と酸化物の分解圧力の関係によります。

酸素の分解圧力は、酸化物の分解が平衡に達した後に生成される酸素の分圧です。酸素の分解圧力が酸素の分圧よりも大きい場合、酸化物が分解し、生成された酸素が放出されます。残るのは金属のきれいな表面であり、金属表面を浄化する効果があります。真空中の残留酸素は非常に少なく、酸素の分圧は非常に低くなります。真空度が高いほど酸素分圧が低くなり、酸化物の分解圧力よりも低くなります。反応は右に進行するため、真空は加熱すると金属酸化物の分解条件を提供します。

また、炉内の酸素分圧が非常に低いという前提の下では、金属酸化物は亜酸化物に分解され、真空加熱で容易に昇華して揮発します。ワークの表面に付着する物質は主に油汚れです。など、炭素、水素、および酸素化合物です。蒸気圧が高い。これらは、真空加熱プロセス中に揮発性または分解しやすく、真空ポンプによって排気され、ワークピースの表面を浄化します。効果。

なお、金属表面の酸化物を真空中で加熱すると、金属材料内部からH2やCへの拡散にも反応し、金属表面の酸化物が還元されることがあります。分解の過程でまた、油脂などの有機物の除去も伴います。つまり、表面の有機物を除去する特別な洗浄をしなくても、ワークの表面も光沢のある表面にすることができます。その理由は、これらのオイルと潤滑剤が脂肪族であり、炭素、水素、酸素の化合物であるためです。分解圧力が高いため、真空中で加熱すると水素、水蒸気、二酸化炭素などのガスに分解しやすく、真空ポンプで排気するため、部品の表面と反応しません。高温でも酸化せず、腐食しない清浄な表面が得られます。真空の浄化効果は、金属の表面活性を高め、C、N、Cr、Si およびその他の原子の吸収を促進し、浸炭、窒化、および窒素 - 炭素の共浸透の速度を加速し、浸透層はよりユニフォーム。

真空の蒸発ワークを真空炉で加熱すると、炉内の水分や空気中の窒素、酸素、一酸化炭素が低温で蒸発・放散します。 800度を超えると、水素、窒素、および酸化物の分解ガスがワークピースの表面から放出され、表面の脱ガス効果が完了し、熱分解によって形成された蒸発が金属表面を明るくします。これが真空熱処理の特徴です。真空コーティングプロセスは、この原理を利用して、コーティングされたガラスを 1990 年代に商業用途に使用しました。

真空熱処理のもう一つの特徴は、金属表面元素の蒸発です。これは、高クロム冷間加工金型鋼またはクロムステンレス鋼の熱処理に反映されています。熱処理後、部品同士、または部品と材料バスケット（ツーリング）との間を接着します。表面はオレンジの皮のようで非常にザラザラしています。同時に、耐食性が大幅に低下します。これが真空熱処理-金属蒸着の欠点です。金属の蒸発に関しては、金属表面に作用する蒸気の平衡圧（蒸気圧）が異なります。温度が高いと、蒸気圧が高くなり、固体金属の蒸発が大きくなります。温度が低い場合、蒸気は圧力が低いです。温度が一定であれば、蒸気圧は一定の値を持ちます。外圧がその温度での蒸気圧よりも低い場合、金属は蒸発（昇華）します。外圧が小さいほど、つまり真空度が高いほど蒸発しやすく、同様に高いほど蒸発します。金属の蒸気圧が高いほど、蒸発しやすくなります。

異なる金属の蒸気圧が異なることがわかります。ワークピースの材料に応じて、蒸発の問題に十分な注意を払う必要があります。つまり、熱処理中の処理されたワークピースの合金元素の蒸気圧と加熱温度に応じて、適切な真空度を合理的に選択する必要があります。表面合金元素の蒸発を防ぎます。

Mn、Ni、Co、Cr などの鉄鋼に一般的に使用される元素や、非鉄金属の主成分である Zn、Pb、Cu などの元素は、高い蒸気圧を持っています。真空中で加熱すると、真空蒸発が起こりやすく、ワーク（またはツール）が互いにくっつきます。実際、蒸気圧と加熱温度には一定の対応があります。真空度を適切に選択すれば、合金元素の蒸発を防ぐことができる。

また、真空加熱の場合、金属材料の種類を考慮し、高純度の不活性ガス（つまり、高純度窒素、高純度アルゴンなどの逆膨張）を一定温度で導入することができます。炉内の真空度を調整し、低真空加熱を使用して、ワークピースの表面の合金元素の蒸発を防ぐことができます。この対策は、高速度工具鋼、高合金鋼、およびその他のワークピースに対してより効果的です。