Jak działają piece próżniowe?

Obróbka cieplna to niezbędny etap produkcji wielu elementów metalowych. W procesach tych zyskują one pożądane właściwości, między innymi dotyczące wytrzymałości mechanicznej. Jedną z metod obróbki cieplnej jest ulepszanie cieplne detali przez hartowanie w specjalnym piecu próżniowym. Jak działa takie urządzenie i jakie efekty przynosi wykonywana w nim obróbka? Tego dowiemy się z poniższego artykułu.

Czym jest piec próżniowy?

Jak sama nazwa wskazuje, piec próżniowy to rodzaj pieca służącego do podgrzewania umieszczonych w nim materiałów (przede wszystkim metali, lecz nie tylko) do bardzo wysokich temperatur z wykorzystaniem środowiska próżniowego. Temperatury osiągane wewnątrz pieca dochodzą do 2000 stopni Celsjusza - temperatura osiągana podczas procesu spiekania.  Typowe piece próżniowe osiągają temperaturę do 1300 stopni Celsjusza. Urządzenia składa się z kilku głównych elementów, między innymi komory grzewczej, systemu pomp próżniowych, dyszowego systemu chłodzenia oraz jednostki kontrolnej. Na rynku dostępnych jest kilka rodzajów pieców próżniowych, różniących się między innymi szczegółami konstrukcji (np. podział komory grzewczej) oraz zastosowaniem. Uznanym producentem pieców próżniowych na polskim rynku jest firma Remix.

Jak to działa?

Komora grzejna pieca próżniowego ma zazwyczaj kształt walca i jej wewnętrzne powierzchnie wyłożone są matą grafitową stanowiącą izolator. Na obwodzie komory umieszczony jest system grzejny wykonany z grafitu lub molibdenu. Taki kształt i odpowiednie rozmieszczenie elementów grzejnych zapewnia równomierną dystrybucję energii cieplnej wewnątrz komory. Po umieszczeniu detalu w wewnątrz komory i szczelnym jej zamknięciu, następuje wypompowanie znajdującego się wewnątrz powietrza. W ten sposób powstaje próżnia otaczająca materiał.

Zastosowanie próżni ma wiele korzyści – wyjaśnia przedstawiciel firmy Remix – Przede wszystkim umożliwia to podniesienie temperatury materiału do bardzo wysokich temperatur bez strat ciepła w wyniku konwekcji oraz efektywniejsze wykorzystania energii poprzez promieniowanie. Wstępne odpompowanie pieca przed grzaniem w konwekcji eliminuje ryzyko utleniania się materiału podczas podgrzewania oraz zanieczyszczenia związkami znajdującymi się w powietrzu.

Po zakończeniu procesu grzania komora grzejna wypełniania jest gazem obojętnym – na przykład azotem – pod wysokim ciśnieniem. W ten sposób nagrzany materiał ulega bardzo szybkiemu schłodzeniu. Komputerowa jednostka sterująca umożliwia dobranie odpowiednich parametrów ogrzewania i schładzania, w zależności od rodzaju obrabianego materiału i pożądanego efektu. Piece próżniowe mogą być wykorzystywane między do nawęglania, hartowania w gazie, węgloazotowania, wyżarzania, normalizowania, odpuszczania oraz procesów specjalnych (np. lutowanie, wtórna obróbka cieplna metalowych elementów proszkowych).