Какова роль графита в термообработке?

Графит играет важнейшую роль в процессах термообработки благодаря своей исключительной термической стабильности, химической инертности и превосходной теплопроводности. Графитовые компоненты, такие как теплоизоляционные плиты, нагревательные элементы и тигли, широко используются в высокотемпературных печах и помогают поддерживать постоянный контроль температуры и обеспечивать чистоту рабочей среды.

Роль графита в термообработке

Компоненты и приспособления печи:

Высокотемпературная стабильность: Графит выдерживает очень высокие температуры (возгоняется при ~3650 °C) без плавления, что делает его идеальным материалом для футеровки печей, изоляции, поддонов, лодочек, решеток и приспособлений, используемых для фиксации деталей во время термообработки.

Низкое тепловое расширение: Графит имеет низкий коэффициент теплового расширения, что означает, что он не меняет существенно размер и форму при изменении температуры, предотвращая деформацию приспособлений или удерживаемых ими деталей.

Стойкость к тепловому удару: Графит выдерживает резкие перепады температур без образования трещин, что часто встречается в циклах термообработки.

Обрабатываемость: Его можно легко обрабатывать для создания сложных форм для изготовления приспособлений по индивидуальному заказу.

Нагревательные элементы:

Электропроводность: Графит является хорошим проводником тока, что позволяет использовать его в качестве резистивного нагревательного элемента в вакуумных печах или печах с контролируемой атмосферой. Он нагревается при прохождении через него электрического тока.

Высокая излучательная способность: Графит эффективно излучает тепло, способствуя равномерному нагреву внутри печи.

Приёмники (для индукционного нагрева):

При индукционном нагреве может потребоваться нагрев непроводящего материала. Графитовый нагреватель можно разместить рядом с материалом или вокруг него. Индукционная катушка нагревает графитовый нагреватель, который затем излучает тепло к обрабатываемому материалу.

Тигли и формы:

Химическая инертность: Графит относительно инертен и не вступает в реакцию со многими расплавленными металлами или материалами, подвергаемыми термической обработке, что предотвращает загрязнение.

Несмачиваемость: Многие расплавленные металлы не «смачивают» графит, что облегчает извлечение обработанной детали или расплавленного материала из графитовых тиглей или форм.

Теплопроводность: Хорошая теплопроводность обеспечивает равномерное нагревание и охлаждение содержимого графитового тигля.

Защитные атмосферы и науглероживающие агенты:

Поглотитель кислорода: В некоторых случаях, особенно при очень высоких температурах в слабоокислительной среде, графит может действовать как поглотитель кислорода,

реагируя с кислородом с образованием CO или CO₂, тем самым защищая заготовку от окисления.

Источник углерода (цементация): При цементации стальные детали уплотняются материалом с высоким содержанием углерода (который может включать графитовый порошок, древесный уголь и активатор) и нагреваются. Графит служит источником углерода, который диффундирует в поверхность стали, упрочняя её.

Восстановитель: Графит может создавать восстановительную атмосферу, предотвращая окисление чувствительных материалов.

Смазочные и разделительные агенты:

Графитовый порошок или покрытия могут использоваться в качестве высокотемпературной смазки или разделительного состава для предотвращения прилипания деталей к приспособлениям или друг к другу во время термообработки.

Закалочные среды (специализированные):

Хотя и реже, мелкие частицы графита иногда могут входить в состав специализированных закалочных сред, хотя это и не является основной функцией.

Основные преимущества использования графита в термообработке:

Отличная прочность и стабильность при высоких температурах.

Хорошая тепло- и электропроводность.

Низкий коэффициент теплового расширения.

Отличная стойкость к тепловому удару.

Легко поддается механической обработке.

Относительно низкая стоимость по сравнению с некоторыми другими высокотемпературными огнеупорными материалами.

Химическая инертность во многих средах.

Примечание:

Одним из важных моментов является то, что графит окисляется (горит) в присутствии кислорода при повышенных температурах (обычно начиная с 450–500 °C). Поэтому при высоких температурах его часто используют в вакуумных печах или в печах с инертной (например, аргоном, азотом) или восстановительной атмосферой. На графит также могут быть нанесены специальные покрытия для повышения его стойкости к окислению.