Vakum Fırını

Vakum fırını, adından da anlaşılacağı gibi havası seyreltilmiş bir ortamda yapılan ısıl işlemler için tasarlanmış fırınlardır. Vakum fırınlarındaki önemli parametreler, proses sıcaklığı, vakum derinliği, kaçak miktarı, soğutma hızı, kısmi basınç miktarı, vakuma alma süresi gibi parametrelerdir.

Vakum fırınlarında bir prosese başlamadan önce ortamın havası olabildiğince seyreltilir. Bu işlem için vakum pompaları kullanılır. Vakum derinliğine göre çeşitli vakum pompaları fırın tasarımına eklenebilir. Mekanik pompalar, root tipi pompalar, vakum tutma pompaları ve difüzyon pompaları bunlardan birkaçıdır.

Vakum fırınlarında rezistans olarak grafit veya molibden metali kullanılır. Vakum fırınlarının gövdesini sıcaklıktan korumak için çeşitli izolasyonlar ve su soğutma kanallarından faydalanılır.

Vakum fırınlarının tasarımına göre değişen güçlerde soğutma kapasiteleri vardır. Bunlar 2-4-6-10-12 bar gibi gaz soğutma değerlerinde olabilir. Soğutma hızına, soğutulacak yüke ve parça kalınlığına göre soğutma basıncı değişebilir. Soğutucu gaz olarak azot, argon, helyum vb. gibi inert gazlar kullanılabilir. Aynı zamanda gerektiğinde bazı vakum fırınları bu inert gazların oluşturduğu kısmi basınç atmosferlerinde de ısıl işlem gerçekleştirebilirler.

Vakum fırınlarında yapılan ısıl işlemler çok çeşitlidir. Bunlardan bazıları; çözeltiye alma, yaşlandırma (aging), tavlama (annealing), temperleme, gerilim giderme ve stabilizasyondur. Vakum fırınlarında aynı zamanda sert lehimleme (brazing) adı verilen birleştirme işlemi de yapılabilir.

Vakum fırınlarında ısıl işlem yapmanın temel amacı, parça yüzeylerini oksijenin neden olacağı oksidasyondan korumaktır. Bu nedenle basınç genellikle 10-2-10-6 mbar değerlerine indirilir. Bu işlem vakum pompalarının gücüne, çalışma alanının temizliğine (nem/yağ vb kirlilikler) ve fırın büyüklüğüne göre değişkenlik gösterebilir. Vakum fırınına yerleştirilen parçalar işlem sonrası yüzeylerinde herhangi bir gözle görünür oksitlenme olmaksızın veya vakum seviyesi çok düşük değilse hafif bir renk değişikliği ile çıkarlar ve ilave bir yüzey işlemi yapılmadan kullanılabilirler.

Vakum fırınları genelde orta (1000-10-3 mbar) ve yüksek vakum (10-3-10-7 mbar) değerinde çalışır. Bu değerler fırına bağlı olan vakum ölçerler ile ölçülür.

Sonuç olarak atmosferik koşullarda ve yüksek sıcaklıklarda yapılan ısıl işlemler metallerin yüzeyinde istenmeyen oksit tabakaları oluşturabileceği için vakum fırınları havacılık, savunma sanayi ve otomotiv sektörü gibi başlıca sektörlerde önemli bir yere sahiptir.