Nieuws

Vacuüm-inductie smelten
Vacuümgieten (vacuüm inductie smelten – VIM) is ontwikkeld voor de verwerking van gespecialiseerde en exotische legeringen en wordt daarom steeds gebruikelijker naarmate deze geavanceerde materialen steeds vaker worden gebruikt. VIM is ontwikkeld voor het smelten en gieten van superlegeringen en hogesterktestaalsoorten, waarvan er vele vacuümverwerking vereisen omdat ze vuurvaste en reactieve elementen zoals Ti, Nb en Al bevatten. Het kan ook worden gebruikt voor roestvrij staal en andere metalen wanneer een hoogwaardige initiële smelt gewenst is.

Zoals de naam al doet vermoeden, omvat het proces het smelten van een metaal onder vacuümomstandigheden. Elektromagnetische inductie wordt gebruikt als energiebron voor het smelten van het metaal. Inductiesmelten werkt door elektrische wervelstromen in het metaal te induceren. De bron is de inductiespoel, die een wisselstroom voert. De wervelstromen verwarmen en smelten uiteindelijk de lading.

De oven bestaat uit een luchtdichte, watergekoelde stalen mantel die bestand is tegen het vereiste vacuüm voor de verwerking. 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 die een hoge affiniteit hebben voor gassen – met name stikstof en zuurstof – worden vaak gesmolten/verfijnd in vacuüminductieovens om verontreiniging/reactie met deze gassen te voorkomen. Het proces wordt daarom doorgaans gebruikt voor de verwerking van materialen met een hoge zuiverheidsgraad of materialen met nauwe toleranties op de chemische samenstelling.

Vraag: Waarom wordt vacuüminductiesmelten gebruikt?

A: Vacuüm-inductiesmelten is oorspronkelijk ontwikkeld voor de verwerking van gespecialiseerde en exotische legeringen en wordt daarom steeds gebruikelijker naarmate deze geavanceerde materialen steeds 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 inductie ovenwerk?
Materiaal wordt onder vacuüm in de inductieoven geladen en er wordt stroom toegepast om de lading te smelten. Er worden extra kosten gemaakt om het vloeibare metaalvolume op de gewenste smeltcapaciteit te brengen. Het gesmolten metaal wordt onder vacuüm verfijnd en de chemie aangepast totdat de precieze smeltchemie is bereikt.
Wat gebeurt er met metaal in een vacuüm?
In het bijzonder vormen de meeste metalen een oxidelaag op elk oppervlak dat wordt blootgesteld aan lucht. Dit fungeert als een schild om binding te voorkomen. In het vacuüm van de ruimte is er geen lucht, zodat metalen geen beschermende laag kunnen vormen.

Voordelen van VIM Melting
Afhankelijk van het product en het metallurgische proces liggen de vacuümniveaus tijdens de raffinagefase in het bereik van 10-1 tot 10-4 mbar. Enkele van de metallurgische voordelen van vacuümverwerking zijn:
Smelten onder een zuurstofvrije atmosfeer beperkt de vorming van insluitsels van niet-metaaloxide en voorkomt oxidatie van reactieve elementen
Bereiken van zeer nauwe samenstellingstoleranties en gasinhouden
Verwijdering van ongewenste sporenelementen bij hoge dampspanningen
Verwijdering van opgeloste gassen – zuurstof, waterstof, stikstof
Aanpassing van nauwkeurige en homogene legeringssamenstelling en smelttemperatuur
Smelten in een vacuüm elimineert de noodzaak van een beschermende slakafdekking en vermindert de kans op accidentele slakverontreiniging of insluitsels in de staaf
Om deze reden zijn metallurgische bewerkingen zoals defosforisatie en ontzwaveling beperkt. VIM-metallurgie is primair gericht op de drukafhankelijke reacties, zoals reacties van koolstof, zuurstof, stikstof en waterstof. De verwijdering van schadelijke, vluchtige sporenelementen, zoals antimoon, tellurium, selenium en bismut, in vacuüminductieovens is van aanzienlijk praktisch belang.

Exacte monitoring van de drukafhankelijke reactie van overtollige koolstof om de deoxidatie te voltooien is slechts één voorbeeld van procesveelzijdigheid met behulp van het VIM-proces voor de productie van superlegeringen. Andere materialen dan superlegeringen worden ontkoold, ontzwaveld of selectief gedestilleerd in vacuüminductieovens om aan de specificaties te voldoen en de materiaaleigenschappen te garanderen. Vanwege de hoge dampdruk van de meeste ongewenste sporenelementen kunnen deze door destillatie tijdens vacuüm-inductiesmelten tot zeer lage niveaus worden teruggebracht, vooral voor legeringen met extreem hoge sterkten bij hogere bedrijfstemperaturen. Voor diverse legeringen die aan de hoogste kwaliteitseisen moeten voldoen, is de vacuüm-inductieoven het meest geschikte smeltsysteem.

De volgende methoden kunnen eenvoudig worden gecombineerd met het VIM-systeem om schone smeltingen te produceren:
Atmosfeerbeheersing met lage lek- en desorptiesnelheden
Selectie van een stabieler vuurvast materiaal voor de bekleding van de smeltkroes
Roeren en homogeniseren door elektromagnetisch roeren of spoelgas
Exacte temperatuurcontrole om kroesreacties met de smelt te minimaliseren
Geschikte ontslakkings- en filtertechnieken tijdens het gietproces
Toepassing van een geschikte was- en trechtertechniek voor een betere oxideverwijdering.