Nieuws

Vacuüminductiesmelten
Vacuümgieten (vacuüminductiesmelten – VIM) is ontwikkeld voor de verwerking van gespecialiseerde en exotische legeringen en wordt daardoor steeds vaker toegepast naarmate deze geavanceerde materialen steeds vaker worden gebruikt. VIM is ontwikkeld voor het smelten en gieten van superlegeringen en hoogsterkte staal, waarvan vele vacuümverwerking vereisen omdat ze vuurvaste en reactieve elementen bevatten zoals Ti, Nb en Al. Het kan ook worden gebruikt voor roestvrij staal en andere metalen wanneer een hoogwaardige beginsmelt gewenst is.

Zoals de naam al doet vermoeden, houdt het proces in dat een metaal onder vacuümomstandigheden wordt gesmolten. Elektromagnetische inductie wordt gebruikt als energiebron voor het smelten van het metaal. Inductiesmelten werkt door het opwekken van elektrische wervelstromen in het metaal. De bron is de inductiespoel, die een wisselstroom geleidt. De wervelstromen verhitten en smelten uiteindelijk het metaal.

De oven bestaat uit een luchtdichte, watergekoelde stalen mantel die bestand is tegen het benodigde vacuüm voor het proces. Het metaal wordt gesmolten in een smeltkroes die zich in een watergekoelde inductiespoel bevindt, en de oven is doorgaans bekleed met geschikte vuurvaste materialen.

Metalen en legeringen met een hoge affiniteit voor gassen – met name stikstof en zuurstof – worden vaak gesmolten/geraffineerd in vacuüminductieovens om verontreiniging/reactie met deze gassen te voorkomen. Het proces wordt daarom over het algemeen gebruikt voor de verwerking van zeer zuivere materialen of materialen met nauwe toleranties ten aanzien van de chemische samenstelling.

V: Waarom wordt vacuüminductiesmelten gebruikt?

A: Vacuüminductiesmelten werd oorspronkelijk ontwikkeld voor de verwerking van gespecialiseerde en exotische legeringen en wordt daardoor steeds gebruikelijker naarmate deze geavanceerde materialen vaker worden gebruikt. Hoewel het is ontwikkeld voor materialen zoals superlegeringen, kan het ook worden gebruikt voor roestvrij staal en andere metalen.
Hoe werkt eenvacuüm inductieovenwerk?
Het materiaal wordt onder vacuüm in de inductieoven gebracht en vervolgens wordt er stroom toegevoerd om het te smelten. Er worden extra hoeveelheden toegevoegd om het volume vloeibaar metaal op de gewenste smeltcapaciteit te brengen. Het gesmolten metaal wordt onder vacuüm geraffineerd en de chemische samenstelling wordt aangepast totdat de precieze smeltconditie is bereikt.
Wat gebeurt er met metaal in een vacuüm?
De meeste metalen vormen met name een oxidelaag op elk oppervlak dat aan de lucht wordt blootgesteld. Deze laag fungeert als een schild om hechting te voorkomen. In het vacuüm van de ruimte is er geen lucht, dus zouden metalen geen beschermende laag vormen.

Voordelen van VIM-smelten
Afhankelijk van het product en het metallurgische proces liggen de vacuümniveaus tijdens de raffinagefase tussen de 10⁻¹ en 10⁻⁴ mbar. Enkele metallurgische voordelen van vacuümverwerking zijn:
Smelten in een zuurstofvrije atmosfeer beperkt de vorming van niet-metallische oxide-insluitingen en voorkomt oxidatie van reactieve elementen.
Het bereiken van zeer nauwe toleranties voor samenstelling en gasgehalte.
Verwijdering van ongewenste sporenelementen met hoge dampdrukken
Verwijdering van opgeloste gassen – zuurstof, waterstof, stikstof
Nauwkeurige en homogene afstelling van de legeringssamenstelling en smelttemperatuur.
Door het smelten in een vacuüm is een beschermende slaklaag overbodig en neemt de kans op onbedoelde slakverontreiniging of insluitingen in de gietling af.
Om deze reden zijn metallurgische processen zoals ontfosforisering en ontzwaveling beperkt. VIM-metallurgie is primair gericht op drukafhankelijke reacties, zoals reacties van koolstof, zuurstof, stikstof en waterstof. Het verwijderen van schadelijke, vluchtige sporenelementen, zoals antimoon, tellurium, selenium en bismut, in vacuüminductieovens is van aanzienlijk praktisch belang.

De nauwkeurige monitoring van de druk-afhankelijke reactie van overtollige koolstof om de deoxidatie te voltooien, is slechts één voorbeeld van de veelzijdigheid van het VIM-proces voor de productie van superlegeringen. Andere materialen dan superlegeringen worden ontkoold, ontzwaveld of selectief gedestilleerd in vacuüminductieovens om aan specificaties te voldoen en materiaaleigenschappen te garanderen. Vanwege de hoge dampdruk van de meeste ongewenste sporenelementen kunnen deze door destillatie tijdens vacuüminductiesmelten tot zeer lage concentraties worden gereduceerd, met name voor legeringen met extreem hoge sterkte bij hogere bedrijfstemperaturen. Voor diverse legeringen die aan de hoogste kwaliteitseisen moeten voldoen, is de vacuüminductieoven het meest geschikte smeltsysteem.

De volgende methoden kunnen eenvoudig worden gecombineerd met het VIM-systeem om schone smeltproducten te produceren:
Atmosfeerbeheersing met lage lek- en desorptiesnelheden
Keuze van een stabieler vuurvast materiaal voor de bekleding van de smeltkroes.
Roeren en homogeniseren door middel van elektromagnetisch roeren of spoelgas.
Nauwkeurige temperatuurregeling om reacties tussen de smeltkroes en het smeltbad te minimaliseren.
Geschikte slakverwijderings- en filtertechnieken tijdens het gietproces
Toepassing van een geschikte spoel- en verdeelbaktechniek voor een betere verwijdering van oxiden.