Come componente chiave nel campo del trattamento termico di precisione, i forni di tempra a gas ad alta pressione sottovuoto sono diventati la prima scelta per la lavorazione di materiali ad alta durezza e tenacità (come acciaio super rapido, leghe di titanio e acciaio inossidabile) in settori come l'aerospaziale, le apparecchiature di fascia alta e gli stampi di precisione. Questo grazie ai loro vantaggi di riscaldamento senza ossidazione, raffreddamento rapido e uniforme e controllo preciso della temperatura. Il loro "uso e manutenzione" differisce da quello dei forni di riscaldamento tradizionali e deve concentrarsi su tre aspetti fondamentali: "controllo dell'ambiente sottovuoto, gestione del flusso di gas ad alta pressione e riscaldamento uniforme a bassa temperatura". Attraverso operazioni standardizzate a ciclo completo e una manutenzione raffinata, si garantiscono prestazioni stabili dell'apparecchiatura e una qualità di lavorazione dei pezzi qualificata.
Prima di formulare un piano di "uso e manutenzione", è necessario chiarire gli attributi unici dei forni di tempra a gas ad alta pressione sottovuoto. Non sono semplicemente una combinazione di "riscaldamento sottovuoto + raffreddamento ad alta pressione", ma apparecchiature complesse che integrano sistemi sottovuoto, sistemi di riscaldamento, sistemi di tempra a gas e sistemi di controllo della temperatura. Le loro caratteristiche principali e gli scenari applicativi determinano le direzioni chiave di "uso e manutenzione":
- Ambiente sottovuoto: Il grado di vuoto all'interno del forno può raggiungere 1×10⁻²~1×10⁻⁵Pa, il che previene efficacemente l'ossidazione e la decarburazione dei pezzi durante il riscaldamento. È particolarmente adatto per parti di precisione che richiedono un'elevata finitura superficiale e una composizione chimica stabile.
- Tempra a gas ad alta pressione: Gas inerti come azoto e argon vengono utilizzati come mezzi di raffreddamento, con una pressione di tempra a gas fino a 10MPa. Il raffreddamento forzato tramite flusso di gas ad alta velocità consente una tempra rapida dei pezzi (velocità di raffreddamento fino a 50~100℃/s), riducendo il rischio di deformazione e rottura dei pezzi.
- Riscaldamento convettivo: Nella gamma a bassa temperatura (≤600℃), viene adottato il riscaldamento a circolazione convettiva con gas inerte, risolvendo i problemi di "riscaldamento lento a bassa temperatura e scarsa uniformità della temperatura" nei forni sottovuoto tradizionali. L'uniformità della temperatura del forno può essere controllata entro ±3℃.
- Lavorazione di acciaio per utensili e stampi: Ad esempio, la tempra di utensili da taglio in acciaio super rapido e stampi per lavorazioni a freddo richiede il riscaldamento sottovuoto per prevenire l'ossidazione del tagliente e la tempra a gas ad alta pressione per garantire una durezza uniforme (HRC≥62).
- Materiali aerospaziali: Per il trattamento di solubilizzazione di componenti in lega di titanio e parti in superlega, l'ambiente sottovuoto previene la volatilizzazione degli elementi di lega e il controllo preciso della temperatura garantisce una microstruttura stabile.
- Componenti di precisione: Per il trattamento termico di ingranaggi di trasmissione automobilistici e alberi di precisione in apparecchiature elettroniche, la tempra a gas ad alta pressione consente l'integrazione di "tempra + rinvenimento a bassa temperatura", riducendo i margini di lavorazione successivi.
Il primo passo nell'"uso e manutenzione" dei forni di tempra a gas ad alta pressione sottovuoto è seguire rigorosamente il processo operativo in cinque fasi: "preparazione pre-avvio → pompaggio sottovuoto → riscaldamento e aumento della temperatura → tempra a gas ad alta pressione → trattamento post-spegnimento". Questo evita problemi come danni al sistema sottovuoto e scarso effetto di tempra a gas causati da un funzionamento improprio:
Prima dell'avvio, concentrarsi sull'ispezione dei sistemi sottovuoto, di tempra a gas ed elettrici, preparando al contempo i materiali ausiliari. I passaggi specifici includono:
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Ispezione del sistema sottovuoto:
Verificare se il livello dell'olio delle pompe per vuoto (pompe meccaniche, pompe a diffusione) è alla scala standard (il livello dell'olio dovrebbe coprire 2/3 degli ingranaggi della pompa) e se la qualità dell'olio è limpida (se l'olio diventa nero o emulsionato, sostituirlo immediatamente).
Ispezionare le superfici di tenuta delle valvole per vuoto (valvole ad angolo, valvole a farfalla) per verificarne l'integrità e pulire le interfacce delle valvole con un panno privo di lanugine per evitare che le impurità influiscano sulle prestazioni di tenuta.
Testare il normale funzionamento dei manometri per vuoto (manometri a ioni, manometri a resistenza) per garantire che l'errore di visualizzazione del grado di vuoto non superi il 5%.
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Ispezione del sistema di tempra a gas:
Verificare la pressione delle bombole di gas inerte (purezza dell'azoto ≥99,999%, pressione della bombola ≥10MPa) e se le tubazioni di collegamento perdono (rilevare con un rilevatore di perdite a spettrometro di massa a elio, che richiede una velocità di perdita ≤1×10⁻⁸Pa・m³/s).
Ispezionare la ventola e il deflettore di tempra a gas per verificarne l'integrità; assicurarsi che le pale della ventola non siano deformate e che il deflettore non sia ostruito per garantire una circolazione uniforme del flusso di gas.
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Ispezione del sistema elettrico:
Verificare se gli elementi riscaldanti (tubi in grafite, fili di molibdeno) sono rotti o deformati; la resistenza di isolamento dovrebbe essere ≥5MΩ (testare con un misuratore di resistenza di isolamento).
Testare il sistema di controllo della temperatura (termocoppie, controller PLC) per garantire che l'errore tra la temperatura impostata e la temperatura effettiva del forno sia ≤3℃ e che il dispositivo di allarme di sovratemperatura (il limite superiore di temperatura è impostato 50℃ più alto della temperatura di processo) sia sensibile e affidabile.
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Preparazione del pezzo e del materiale ausiliario:
Pulire le macchie di olio e la ruggine dalla superficie del pezzo (pulire con alcol per evitare che le sostanze volatili contaminino il sistema sottovuoto durante il riscaldamento). La capacità di carico del pezzo non deve superare il 70% del volume effettivo della camera del forno e i pezzi devono essere distribuiti uniformemente sul supporto del materiale per evitare il surriscaldamento locale.
Preparare il sigillante sottovuoto (per lubrificare le superfici di tenuta delle valvole) e azoto ad alta purezza (per il backup per prevenire la carenza di gas durante la tempra a gas).
Il processo operativo è il fulcro dell'"uso e manutenzione", che richiede un controllo preciso fase per fase di parametri come il grado di vuoto, la temperatura e la pressione di tempra a gas:
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Fase di pompaggio sottovuoto:
Innanzitutto, avviare la pompa meccanica e pompare fino a quando il grado di vuoto all'interno del forno è ≤1Pa (impiegando circa 15~30 minuti), quindi avviare la pompa a diffusione (per le pompe a diffusione d'olio, riscaldare prima l'olio della pompa a diffusione a 200~250℃, tenerlo al caldo per 30 minuti, quindi pompare ad alto vuoto).
Obiettivo di pompaggio ad alto vuoto: in base ai requisiti del processo, la lavorazione generale dei pezzi richiede il pompaggio al di sotto di 1×10⁻Pa, mentre le parti di precisione richiedono il pompaggio al di sotto di 1×10⁻⁵Pa. Se il grado di vuoto scende troppo rapidamente durante il pompaggio, arrestare la macchina e verificare la presenza di perdite.
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Fase di riscaldamento e aumento della temperatura:
Nella gamma a bassa temperatura (temperatura ambiente ~600℃), abilitare la modalità di riscaldamento convettivo, controllare il flusso di gas inerte a 5~10m³/h e impostare la velocità di riscaldamento ≤10℃/min per evitare la deformazione del pezzo dovuta a un'eccessiva differenza di temperatura.
Nella gamma ad alta temperatura (sopra 600℃), passare alla modalità di riscaldamento radiante. Regolare la velocità di riscaldamento in base al materiale del pezzo (≤8℃/min per acciaio super rapido, ≤5℃/min per leghe di titanio). Dopo aver raggiunto la temperatura target, mantenere la temperatura (il tempo di mantenimento viene calcolato in base allo spessore del pezzo, generalmente 1~2min/mm).
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Fase di tempra a gas ad alta pressione:
Dopo il periodo di mantenimento, riempire prima il forno con gas inerte fino alla pressione atmosferica (velocità di riempimento del gas ≤0,5MPa/min per evitare di colpire il pezzo), quindi avviare il sistema di tempra a gas ad alta pressione.
Impostazione della pressione di tempra a gas: regolare in base ai requisiti di durezza del pezzo. Generalmente, la pressione di tempra per l'acciaio per stampi è di 5~8MPa e la pressione di trattamento di solubilizzazione per le leghe di titanio è di 3~5MPa. Durante la tempra a gas, monitorare la velocità di raffreddamento in tempo reale per garantire che soddisfi i requisiti del processo (ad esempio, l'acciaio super rapido deve essere raffreddato al di sotto di 200℃ in ≤30 minuti).
Lo spegnimento non è la fine dell'"uso e manutenzione"; sono necessarie una corretta pulizia del sistema e una protezione a breve termine:
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Trattamento del sistema sottovuoto:
Innanzitutto, spegnere il riscaldamento della pompa a diffusione. Dopo che l'olio della pompa a diffusione si è raffreddato al di sotto di 50℃, spegnere la pompa meccanica e riempire il forno con una piccola quantità di gas inerte fino alla pressione atmosferica per evitare che l'aria entri e contamini il sistema sottovuoto.
Pulire il filtro all'ingresso della pompa per vuoto; se sul filtro sono presenti detriti eccessivi, soffiarli con aria compressa (pressione ≤0,5MPa).
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Pulizia della camera del forno e del sistema di tempra a gas:
Dopo che la temperatura del forno scende al di sotto di 100℃, aprire la porta del forno e pulire le impurità residue (come la polvere di grafite) dalla parete interna della camera del forno e dal deflettore con un panno privo di lanugine. Per le macchie ostinate, pulire con un panno inumidito con alcol.
Ispezionare il filtro nella tubazione di tempra a gas; se l'elemento filtrante è ostruito, sostituirlo tempestivamente (generalmente sostituire l'elemento filtrante dopo aver lavorato 50 lotti di pezzi).
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Registrazione e protezione:
Compilare il Modulo di registrazione del funzionamento del forno di tempra a gas ad alta pressione sottovuoto, registrando parametri come il grado di vuoto, la temperatura di riscaldamento, la pressione di tempra a gas e il tempo di lavorazione per fornire una base per l'ottimizzazione successiva del processo.
Se la macchina è spenta per più di 7 giorni, avviare la pompa meccanica una volta alla settimana per pompare il vuoto (pompare al di sotto di 1Pa e mantenere al caldo per 30 minuti) per prevenire danni da umidità al sistema sottovuoto.
I componenti principali dei forni di tempra a gas ad alta pressione sottovuoto (come pompe per vuoto, elementi riscaldanti e guarnizioni) sono soggetti a usura a causa del funzionamento a lungo termine. È necessario formulare un piano di "manutenzione giornaliera + ispezione e riparazione regolari" per evitare l'arresto dell'apparecchiatura causato da guasti nascosti:
- Pulire la guarnizione della porta del forno (pulire con un panno asciutto per evitare una scarsa tenuta e una riduzione del grado di vuoto dovuta all'adesione dell'olio).
- Verificare la presenza di perdite alle interfacce delle tubazioni del gas inerte (applicare acqua saponata alle interfacce; l'assenza di bolle indica un funzionamento normale).
- Pulire la polvere dalla superficie dei controller di temperatura e dei manometri per vuoto per garantire una chiara visualizzazione dei parametri.
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Riparazione minore (mensile):
Ispezionare gli elementi riscaldanti (tubi in grafite, fili di molibdeno) per surriscaldamento locale o arrossamento. Se si riscontrano rotture, sostituire con elementi dello stesso modello (assicurarsi che l'alimentazione sia interrotta durante la sostituzione per evitare scosse elettriche).
Calibrare l'accuratezza dei manometri per vuoto; se l'errore supera il 5%, ricalibrare.
Sostituire l'olio della pompa meccanica (generalmente sostituire dopo 500 ore di funzionamento; sostituire in anticipo se la qualità dell'olio si deteriora precocemente).
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Riparazione maggiore (trimestrale):
Condurre un'ispezione completa delle superfici di tenuta delle valvole per vuoto. Se si riscontrano graffi, lucidare con carta vetrata fine (grana ≥800 mesh) e applicare sigillante sottovuoto.
Ispezionare i cuscinetti della ventola di tempra a gas; se si verificano rumori o vibrazioni anomali, sostituire i cuscinetti e aggiungere grasso per alte temperature (il modello di grasso deve corrispondere alla velocità della ventola).
Ispezionare il rivestimento del forno (feltro di grafite, mattoni refrattari) per danni; se l'area danneggiata supera il 10%, ripararla tempestivamente (aderire il feltro di grafite con adesivo refrattario per alte temperature).
Condurre test di isolamento sul sistema elettrico; la resistenza di isolamento del circuito di riscaldamento dovrebbe essere ≥5MΩ e quella del circuito di controllo dovrebbe essere ≥2MΩ.
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