Vakuumsko indukcijsko taljenje
Vakuumsko lijevanje (vakuumsko indukcijsko taljenje – VIM) razvijeno je za obradu specijaliziranih i egzotičnih legura te stoga postaje sve uobičajenije kako se ovi napredni materijali sve više koriste. VIM je razvijen za taljenje i lijevanje superlegura i čelika visoke čvrstoće, od kojih mnoge zahtijevaju vakuumsku obradu jer sadrže vatrostalne i reaktivne elemente poput Ti, Nb i Al. Također se može koristiti za nehrđajuće čelike i druge metale kada se želi visokokvalitetna početna talina.
Kao što i samo ime govori, proces uključuje taljenje metala u vakuumu. Elektromagnetska indukcija koristi se kao izvor energije za taljenje metala. Indukcijsko taljenje funkcionira induciranjem električnih vrtložnih struja u metalu. Izvor je indukcijska zavojnica koja provodi izmjeničnu struju. Vrtložne struje zagrijavaju i na kraju tale materijal.
Peć se sastoji od hermetički zatvorenog, vodom hlađenog čeličnog omotača koji može izdržati potreban vakuum za obradu. Metal se tali u lončiću smještenom u vodom hlađenoj indukcijskoj zavojnici, a peć je obično obložena odgovarajućim vatrostalnim materijalima.
Metali i legure koje imaju visok afinitet prema plinovima - posebno dušiku i kisiku - često se tale/rafiniraju u vakuumskim indukcijskim pećima kako bi se spriječila kontaminacija/reakcija s tim plinovima. Stoga se postupak općenito koristi za obradu materijala visoke čistoće ili materijala s uskim tolerancijama kemijskog sastava.
P: Zašto se koristi vakuumsko indukcijsko taljenje?
A: Vakuumsko indukcijsko taljenje izvorno je razvijeno za obradu specijaliziranih i egzotičnih legura te stoga postaje sve uobičajenije kako se ovi napredni materijali sve više koriste. Iako je razvijeno za materijale poput superlegura, može se koristiti i za nehrđajuće čelike i druge metale.
Kako sevakuumska indukcijska pećraditi?
Materijal se puni u indukcijsku peć pod vakuumom i primjenjuje se struja za taljenje uloška. Dodatna punjenja se vrše kako bi se volumen tekućeg metala doveo do željenog kapaciteta taline. Rastaljeni metal se rafinira pod vakuumom, a kemijski sastav se podešava dok se ne postigne precizna kemijska vrijednost taline.
Što se događa s metalom u vakuumu?
Konkretno, većina metala formira oksidni sloj na bilo kojoj površini koja je izložena zraku. To djeluje kao štit koji sprječava vezivanje. U svemirskom vakuumu nema zraka pa metali ne bi formirali zaštitni sloj.
Prednosti VIM taljenja
Ovisno o proizvodu i metalurškom procesu, razine vakuuma tijekom faze rafiniranja kreću se u rasponu od 10⁻¹ do 10⁻⁴ mbar. Neke od metalurških prednosti vakuumske obrade su:
Taljenje u atmosferi bez kisika ograničava stvaranje inkluzija nemetalnih oksida i sprječava oksidaciju reaktivnih elemenata
Postizanje vrlo bliskih tolerancija sastava i sadržaja plina
Uklanjanje neželjenih elemenata u tragovima visokim tlakom pare
Uklanjanje otopljenih plinova – kisika, vodika, dušika
Podešavanje preciznog i homogenog sastava legure i temperature taline
Taljenje u vakuumu eliminira potrebu za zaštitnim pokrovom od troske i smanjuje mogućnost slučajne kontaminacije troskom ili uključaka u ingotu.
Zbog toga su metalurške operacije poput defosforizacije i desumporizacije ograničene. VIM metalurgija prvenstveno je usmjerena na reakcije ovisne o tlaku, poput reakcija ugljika, kisika, dušika i vodika. Uklanjanje štetnih, hlapljivih elemenata u tragovima, poput antimona, telura, selena i bizmuta, u vakuumskim indukcijskim pećima od znatne je praktične važnosti.
Točno praćenje reakcije ovisne o tlaku viška ugljika radi dovršetka deoksidacije samo je jedan primjer svestranosti procesa korištenjem VIM postupka za proizvodnju superlegura. Materijali koji nisu superlegure dekarburiziraju se, desumporiziraju ili selektivno destiliraju u vakuumskim indukcijskim pećima kako bi se zadovoljile specifikacije i zajamčila svojstva materijala. Zbog visokog tlaka pare većine neželjenih elemenata u tragovima, oni se mogu smanjiti na vrlo niske razine destilacijom tijekom vakuumskog indukcijskog taljenja, posebno za legure s izuzetno visokim čvrstoćama na višim radnim temperaturama. Za različite legure koje moraju zadovoljiti najviše zahtjeve kvalitete, vakuumska indukcijska peć je najprikladniji sustav taljenja.
Sljedeće metode se mogu lako kombinirati s VIM sustavom za proizvodnju čistih talina:
Kontrola atmosfere s niskim stopama curenja i desorpcije
Odabir stabilnijeg vatrostalnog materijala za oblaganje lončića
Miješanje i homogenizacija elektromagnetskim miješanjem ili pročišćavanjem plinom
Točna kontrola temperature za minimiziranje reakcija lončića s talinom
Prikladne tehnike uklanjanja troske i filtriranja tijekom procesa lijevanja
Primjena odgovarajuće tehnike pranja i međulonca za bolje uklanjanje oksida.
Vrijeme objave: 19. srpnja 2022.
