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专家问答:为什么要使用真空炉?

与益普生技术总监吉姆-格兰(Jim Grann)合影

2 月 4 日是 "全国创建真空日",Ipsen 很荣幸能通过回答一个常见问题来庆祝这一节日:为什么要使用真空炉?


人们锻造金属的历史由来已久。从字面上看

从青铜时代到铁器时代,冶金技术的进步标志着文明的崛起和人类的扩张。剑在火中锻造,在水中淬火,加入碳合金,再由武器匠敲打成形。每当战争打响,拥有最好的武器和最有效的盔甲的军队就会占据明显的优势。攻防能力往往取决于军械库金属工人的技能。

随着技术的进步,金属的熔炼和合金化也在不断发展。在工业革命期间,装配线要求材料的一致性和定期补充的频率。在美国,巨型炼钢厂的熔融金属在数英里之外就能看到光芒,这些炼钢厂是创造交通方式的关键,开辟了美国大陆,进而开辟了世界。

20 世纪初 本世纪初,收音机和电视机开始使用真空管,而电灯泡则需要在通电发光元件(通常是钨)周围形成真空。大约在同一时期,真空炉的实验开始显示出工业应用的可能性,1929 年,雷神公司首次订购了一台真空炉。 

Black and white photo of a line of Ipsen vacuum furnaces in the 1960s
1960 年代 Ipsen 真空炉

1959 年,哈罗德-伊普森(Harold Ipsen)在伊利诺伊州的罗克福德(Rockford)试验了自己的真空炉。伊普森设计了热区,解决了淬火难题,并尝试使用惰性气体来有效消除氧气和水蒸气。他看到了真空炉技术将成为一股不可忽视的力量。

真空炉能够向金属部件传递热量,改变其晶格结构,以达到硬化、老化或消除应力的目的,或者通过钎焊等工艺将一种金属与另一种金属结合在一起。通过消除氧气和水,可以避免生锈和其他金属氧化物,真空热处理后的零件光洁明亮。真空效率越高,零件就越洁净明亮。

20 世纪 60 年代,太空竞赛推动了对精密金属合金和稀有金属的需求激增。真空热处理技术的应用确保了零件的高精度和高可靠性。在载人太空旅行中,可预测性和可靠性至关重要。

清洁可靠的部件还被应用于医疗领域,帮助解决关节退化的问题,尤其是膝关节和髋关节。用钴铬合金、钛合金、锆合金和镍合金制造出持久耐用的替换关节,即使在微观层面上也是清洁的,这种能力使真空炉成为必不可少的医疗资源。

真空炉具有精确的控制能力,可以在不同工序之间实现更好的均匀性,处理复杂几何形状的钎焊,管理脱合金,控制α相和β相,并在渗碳和渗氮时保持有效的壳体深度控制,这使得真空炉对于那些依赖于高度一致性和非常特殊的冶金质量的行业来说至关重要。

制造商发现,在真空炉中加工的零件通常不需要进行大量的后处理清洁或额外加工。在真空炉中加工的零件无需喷砂或抛光。减少了对淬火油、乙炔或内热气体发生器的依赖。该工艺主要由内部电加热元件驱动,外部温度由循环水系统控制,没有明火,也不会产生烟雾或烟尘。有了真空炉,热处理设施可以成为清洁的温控仓库,对环境的影响也会小得多。

那么,我们为什么要使用真空炉呢?因为真空炉技术能帮助我们找到比以往更远、更长寿的方法。因为人类最成功的事业总是始于为我们的梦想家、工程师、设计师和操作员提供我们所能制造的最好的技术。

Modern Ipsen vertical vacuum furnace

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