Выбор правильного процесса вакуумной термообработки для порошковой металлургии

Порошковая металлургия — это процесс, в котором в качестве сырья используются металлические порошки (или смесь металлических и неметаллических порошков) в микронном и нанометровом диапазоне, эти частицы плотно соединяются посредством формования и вакуумного спекания и изготавливаются различные конструкционные материалы и компоненты сложной формы. В процессе порошковой металлургии процесс вакуумной термической обработки играет важную роль. Точно контролируя процессы нагрева и охлаждения, можно корректировать кристаллическую структуру изделий порошковой металлургии и увеличивать расстояние между молекулами, тем самым устраняя дефекты предыдущего процесса, не изменяя при этом максимально форму исходного материала, а также улучшая его основные свойства, такие как твердость, вязкость, прочность и износостойкость. Продукция порошковой металлургии широко применяется в аэрокосмической, автомобильной, медицинской и электронной промышленности, предоставляя неограниченные возможности для разработки инновационных и высокопроизводительных материалов.
Основной процесс вакуумной термообработки
Вакуумная термическая обработка использует метод сначала нагрева, а затем охлаждения для изменения поверхностной или внутренней базовой структуры металлического материала, чтобы металлический материал мог соответствовать определенным эксплуатационным и структурным требованиям. Методы вакуумной термообработки различаются в зависимости от типа материала и желаемых конечных свойств, но обычно включают три основных этапа: нагрев, изоляцию и охлаждение. Все этапы взаимосвязаны, образуя полный процесс вакуумной термообработки.
1. Вакуумный отжиг
Вакуумный отжиг — это процесс термической обработки металла, при котором металл медленно нагревают до определенной температуры (температура устанавливается в соответствии с различными требованиями или процессами отжига), выдерживают в течение достаточного времени, а затем медленно охлаждают. Вакуумный отжиг позволяет улучшить или устранить различные структурные дефекты и остаточные напряжения, возникающие в процессе прессования и спекания в порошковой металлургии, предотвратить деформацию и растрескивание заготовки, а также смягчить заготовку для облегчения обработки. Обычно ее целью является подготовка конструкции к окончательной термической обработке (вакуумная закалка, вакуумный отпуск).
2. Вакуумная закалка
Вакуумная закалка — это метод термической обработки, при котором материал нагревается до температуры выше критической, поддерживается в тепле в течение определенного периода времени, а затем охлаждается со скоростью, превышающей критическую скорость охлаждения, для получения несбалансированной структуры с преобладанием мартенсита. Важными оценочными показателями процесса вакуумной закалки являются прокаливаемость и закаливаемость, которые соответственно указывают на способность материала приобретать твердость и глубину закаленного слоя при закалке в определенных условиях. Для улучшения этих двух показателей при химико-термической обработке обычно добавляют такие легирующие элементы, как никель, молибден, марганец, хром и ванадий.
3. Вакуумный отжиг
После вакуумной закалки твердость материала значительно повышается, однако материал также будет иметь большие внутренние напряжения и хрупкость. Обычно процесс вакуумной закалки требуется проводить своевременно, чтобы избежать деформации материала и растрескивания. Специфическая операция заключается в нагреве металлических изделий или деталей после вакуумной закалки до определенной температуры (обычно менее 650°С), поддержании их в тепле в течение длительного времени, а затем охлаждении определенным образом. В процессе отпуска и нагрева атомы в продуктах порошковой металлургии могут быстрее диффундировать и перестраиваться, благодаря чему нестабильная неравновесная структура постепенно трансформируется в стабильную сбалансированную структуру, что в конечном итоге повышает пластичность материала.