Aktualności

Topienie indukcyjne w próżni
Odlewanie próżniowe (topienie indukcyjne próżniowe – VIM) zostało opracowane do obróbki specjalistycznych i egzotycznych stopów i w związku z tym zyskuje na popularności wraz z rosnącym wykorzystaniem tych zaawansowanych materiałów. VIM opracowano do topienia i odlewania superstopów i stali o wysokiej wytrzymałości, z których wiele wymaga obróbki próżniowej ze względu na zawartość pierwiastków ogniotrwałych i reaktywnych, takich jak Ti, Nb i Al. Może być również stosowane do stali nierdzewnych i innych metali, gdy wymagana jest wysoka jakość początkowego wytopu.

Jak sama nazwa wskazuje, proces ten polega na topieniu metalu w warunkach próżni. Źródłem energii do topienia metalu jest indukcja elektromagnetyczna. Topienie indukcyjne polega na indukowaniu w metalu elektrycznych prądów wirowych. Źródłem jest cewka indukcyjna, przez którą płynie prąd przemienny. Prądy wirowe nagrzewają i ostatecznie topią ładunek.

Piec składa się z hermetycznego, chłodzonego wodą stalowego płaszcza, który jest w stanie wytrzymać wymaganą próżnię. Metal jest topiony w tyglu umieszczonym w chłodzonej wodą cewce indukcyjnej, a piec jest zazwyczaj wyłożony odpowiednimi materiałami ogniotrwałymi.

Metale i stopy o wysokim powinowactwie do gazów – w szczególności azotu i tlenu – są często topione/rafinowane w próżniowych piecach indukcyjnych, aby zapobiec zanieczyszczeniu/reakcji z tymi gazami. Proces ten jest zatem powszechnie stosowany do przetwarzania materiałów o wysokiej czystości lub materiałów o wąskich tolerancjach składu chemicznego.

P: Dlaczego stosuje się topienie indukcyjne w próżni?

A: Topienie indukcyjne w próżni zostało pierwotnie opracowane do obróbki specjalistycznych i egzotycznych stopów i w związku z tym staje się coraz bardziej powszechne w miarę coraz powszechniejszego stosowania tych zaawansowanych materiałów. Chociaż zostało opracowane dla materiałów takich jak superstopy, można je również stosować do stali nierdzewnych i innych metali.
Jak to jestpiec indukcyjny próżniowypraca?
Materiał jest ładowany do pieca indukcyjnego w warunkach próżni, a następnie poddawany jest procesowi topienia. Dodatkowe ładunki są dozowane w celu doprowadzenia objętości ciekłego metalu do pożądanej objętości stopu. Stopiony metal jest rafinowany w warunkach próżni, a skład chemiczny jest regulowany aż do uzyskania precyzyjnego składu chemicznego stopu.
Co dzieje się z metalem w próżni?
W szczególności większość metali tworzy warstwę tlenku na każdej powierzchni wystawionej na działanie powietrza. Działa ona jak osłona, zapobiegając wiązaniu. W próżni kosmicznej nie ma powietrza, więc metale nie utworzyłyby warstwy ochronnej.

Zalety topienia VIM
W zależności od produktu i procesu metalurgicznego, poziom próżni w fazie rafinacji mieści się w zakresie od 10-1 do 10-4 mbar. Niektóre z zalet metalurgicznych przetwarzania próżniowego to:
Topienie w atmosferze beztlenowej ogranicza powstawanie wtrąceń tlenków niemetalicznych i zapobiega utlenianiu elementów reaktywnych
Osiągnięcie bardzo małych tolerancji składu i zawartości gazu
Usuwanie niepożądanych pierwiastków śladowych przy użyciu wysokich prężności par
Usuwanie rozpuszczonych gazów – tlenu, wodoru, azotu
Regulacja precyzyjnego i jednorodnego składu stopu oraz temperatury topnienia
Topienie w próżni eliminuje potrzebę stosowania ochronnej pokrywy żużlowej i zmniejsza ryzyko przypadkowego zanieczyszczenia wlewka żużlem lub wtrąceniami
Z tego powodu operacje metalurgiczne, takie jak defosforyzacja i odsiarczanie, są ograniczone. Metalurgia VIM koncentruje się przede wszystkim na reakcjach zależnych od ciśnienia, takich jak reakcje węgla, tlenu, azotu i wodoru. Usuwanie szkodliwych, lotnych pierwiastków śladowych, takich jak antymon, tellur, selen i bizmut, w próżniowych piecach indukcyjnych ma istotne znaczenie praktyczne.

Dokładne monitorowanie zależnej od ciśnienia reakcji nadmiaru węgla w celu dokończenia procesu odtleniania to tylko jeden z przykładów wszechstronności procesu wykorzystującego proces VIM do produkcji nadstopów. Materiały inne niż nadstopy są odwęglane, odsiarczane lub selektywnie destylowane w próżniowych piecach indukcyjnych w celu spełnienia specyfikacji i zagwarantowania właściwości materiału. Ze względu na wysoką prężność par większości niepożądanych pierwiastków śladowych, ich zawartość można zredukować do bardzo niskiego poziomu poprzez destylację podczas próżniowego topienia indukcyjnego, szczególnie w przypadku stopów o ekstremalnie wysokiej wytrzymałości w wyższych temperaturach pracy. W przypadku różnych stopów, które muszą spełniać najwyższe wymagania jakościowe, próżniowy piec indukcyjny jest najodpowiedniejszym systemem topienia.

Poniższe metody można łatwo łączyć z systemem VIM w celu uzyskania czystych stopów:
Kontrola atmosfery przy niskich współczynnikach wycieku i desorpcji
Wybór bardziej stabilnego materiału ogniotrwałego do wyłożenia tygla
Mieszanie i homogenizacja poprzez mieszanie elektromagnetyczne lub przedmuchiwanie gazem
Dokładna kontrola temperatury w celu zminimalizowania reakcji tygla z roztopionym metalem
Odpowiednie techniki odżużlania i filtrowania podczas procesu odlewania
Zastosowanie odpowiedniej techniki płukania i kadzi pośredniej w celu lepszego usuwania tlenków.