Aktualności

Topienie indukcyjne próżniowe
Odlewanie próżniowe (próżniowe topienie indukcyjne – VIM) zostało opracowane do obróbki specjalistycznych i egzotycznych stopów, dlatego też staje się coraz bardziej powszechne w miarę coraz szerszego stosowania tych zaawansowanych materiałów. VIM został opracowany do topienia i odlewania nadstopów i stali o wysokiej wytrzymałości, z których wiele wymaga obróbki próżniowej, ponieważ zawierają pierwiastki ogniotrwałe i reaktywne, takie jak Ti, Nb i Al. Można go również stosować do stali nierdzewnych i innych metali, gdy wymagana jest wysoka jakość stopu początkowego.

Jak sama nazwa wskazuje, proces polega na topieniu metalu w warunkach próżniowych. Indukcja elektromagnetyczna jest wykorzystywana jako źródło energii do topienia metalu. Topienie indukcyjne polega na indukowaniu elektrycznych prądów wirowych w metalu. Źródłem jest cewka indukcyjna, przez którą przepływa prąd przemienny. Prądy wirowe nagrzewają się i ostatecznie topią ładunek.

Piec składa się ze szczelnego, chłodzonego wodą płaszcza stalowego, który jest w stanie wytrzymać próżnię wymaganą do obróbki. Metal topi się w tyglu umieszczonym w chłodzonej wodą cewce indukcyjnej, a piec jest zwykle wyłożony odpowiednimi materiałami ogniotrwałymi.

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

P: Dlaczego stosuje się próżniowe topienie indukcyjne?

Odp.: Topienie indukcyjne próżniowo zostało pierwotnie opracowane do przetwarzania specjalistycznych i egzotycznych stopów i w związku z tym staje się coraz bardziej powszechne w miarę coraz szerszego stosowania tych zaawansowanych materiałów. Chociaż został opracowany do materiałów takich jak nadstopy, może być również stosowany do stali nierdzewnych i innych metali.
Jak to się dzieje, że Apróżniowy piec indukcyjnypraca?
Materiał ładuje się do pieca indukcyjnego pod próżnią i doprowadza się energię do stopienia wsadu. Doprowadza się dodatkowe ładunki w celu doprowadzenia objętości ciekłego metalu do pożądanej pojemności stopu. Roztopiony metal jest rafinowany w próżni i dostosowywany jest skład chemiczny aż do uzyskania dokładnego 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 to jak tarcza zapobiegająca tworzeniu się wiązań. W próżni kosmicznej nie ma powietrza, więc metale nie utworzyłyby warstwy ochronnej.

Zalety topienia VIM
W zależności od produktu i procesu metalurgicznego, poziomy próżni podczas fazy rafinacji mieszczą się w zakresie od 10-1 do 10-4 mbar. Niektóre z zalet metalurgicznych obróbki próżniowej to:
Topienie w atmosferze beztlenowej ogranicza powstawanie wtrąceń tlenkowych niemetali i zapobiega utlenianiu pierwiastków reaktywnych
Osiągnięcie bardzo bliskich tolerancji składu i zawartości gazów
Usuwanie niepożądanych pierwiastków śladowych za pomocą wysokiego ciśnienia pary
Usuwanie rozpuszczonych gazów – tlenu, wodoru, azotu
Regulacja precyzyjnego i jednorodnego składu stopu oraz temperatury topnienia
Topienie w próżni eliminuje potrzebę stosowania osłony ochronnej żużla i zmniejsza ryzyko przypadkowego zanieczyszczenia żużlem lub wtrąceń we wlewku
Z tego powodu operacje metalurgiczne, takie jak odfosforowanie 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 duże znaczenie praktyczne.

Dokładne monitorowanie zależnej od ciśnienia reakcji nadmiaru węgla w celu zakończenia odtleniania to tylko jeden z przykładów wszechstronności procesu wykorzystującego proces VIM do produkcji nadstopów. Materiały inne niż nadstopy poddaje się odwęgleniu, odsiarczaniu lub selektywnej destylacji w próżniowych piecach indukcyjnych w celu spełnienia wymagań technicznych i zagwarantowania właściwości materiału. Ze względu na wysokie ciśnienie pary większości niepożądanych pierwiastków śladowych, można je zredukować do bardzo niskiego poziomu poprzez destylację podczas topienia indukcyjnego w próżni, szczególnie w przypadku stopów o wyjątkowo dużej wytrzymałości w wyższych temperaturach roboczych. W przypadku różnych stopów, które muszą spełniać najwyższe wymagania jakościowe, najbardziej odpowiednim systemem topienia jest próżniowy piec indukcyjny.

Poniższe metody można łatwo połączyć z systemem VIM w celu uzyskania czystych stopów:
Kontrola atmosfery przy niskim współczynniku wycieku i desorpcji
Wybór bardziej stabilnego materiału ogniotrwałego na wyłożenie tygla
Mieszanie i homogenizacja za pomocą mieszania elektromagnetycznego lub gazu przedmuchującego
Dokładna kontrola temperatury w celu zminimalizowania reakcji tygla ze stopionym materiałem
Odpowiednie techniki odżużlania i filtrowania podczas procesu odlewania
Zastosowanie odpowiedniej techniki rynny i kadzi pośredniej w celu lepszego usuwania tlenków.