Apa itu peleburan induksi vakum?

Peleburan vakum adalah teknik peleburan logam dan paduan yang dilakukan dalam lingkungan vakum.

Teknologi ini dapat mencegah logam langka terkontaminasi oleh atmosfer dan material tahan api, serta memiliki fungsi pemurnian dan pemurnian. Dengan peleburan vakum, logam dan paduan berkualitas tinggi dengan kandungan gas rendah, inklusi rendah, dan segregasi kecil dapat diperoleh. Metode ini krusial untuk mendapatkan material logam dengan kemurnian dan kualitas tinggi, terutama cocok untuk paduan atau logam yang sulit dilebur dan membutuhkan kemurnian ultra-tinggi. Metode peleburan vakum meliputi peleburan berkas elektron, peleburan induksi vakum, peleburan tungku busur vakum, dan peleburan tungku plasma. Misalnya, peleburan berkas elektron menggunakan berkas elektron berenergi tinggi untuk membombardir material cair, mengubahnya dengan cepat menjadi energi termal dan melelehkannya. Metode ini cocok untuk peleburan paduan atau logam dengan tingkat kesulitan tinggi dan kemurnian ultra-tinggi.

Selain itu, peleburan vakum juga membantu meningkatkan ketangguhan, kekuatan lelah, ketahanan korosi, kinerja mulur suhu tinggi, dan permeabilitas magnetik bahan logam.

Peleburan tungku induksi vakum adalah proses yang menggunakan induksi elektromagnetik untuk menghasilkan arus eddy pada konduktor logam dalam kondisi vakum guna memanaskan material tungku. Proses ini memiliki karakteristik volume ruang peleburan yang kecil, waktu pemompaan vakum dan siklus peleburan yang singkat, kontrol suhu dan tekanan yang mudah, daur ulang unsur volatil, dan kontrol komposisi paduan yang akurat. Berkat karakteristik tersebut, kini telah berkembang menjadi peralatan penting untuk produksi paduan khusus seperti baja khusus, paduan presisi, paduan pemanas listrik, paduan suhu tinggi, dan paduan tahan korosi.

1. Apa itu vakum?

Dalam wadah tertutup, karena jumlah molekul gas berkurang, tekanan yang diberikan oleh molekul gas pada suatu satuan luas berkurang. Pada saat ini, tekanan di dalam wadah lebih rendah daripada tekanan normal. Jenis ruang gas yang lebih rendah dari tekanan normal ini disebut vakum.

2. Apa prinsip kerja tungku induksi vakum?

Metode utamanya adalah menerapkan induksi elektromagnetik untuk menghasilkan arus dalam muatan logam itu sendiri, dan kemudian mengandalkan resistansi muatan logam itu sendiri untuk mengubah energi listrik menjadi energi panas sesuai hukum Joule Lenz, yang digunakan untuk melelehkan logam.

3. Bagaimana pengadukan elektromagnetik terbentuk dalam tungku induksi vakum?

Logam cair dalam wadah menghasilkan gaya listrik dalam medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan induksi. Karena efek kulit, arus eddy yang dihasilkan oleh logam cair berlawanan arah dengan arus yang melewati kumparan induksi, sehingga terjadi tolak menolak; Gaya tolak pada logam cair selalu mengarah ke sumbu wadah, dan logam cair juga terdorong ke arah pusat wadah; Karena kumparan induksi adalah kumparan pendek dengan efek pendek di kedua ujungnya, gaya listrik yang sesuai di kedua ujung kumparan induksi berkurang, dan distribusi gaya listrik lebih kecil di ujung atas dan bawah dan lebih besar di tengah. Di bawah gaya ini, cairan logam pertama-tama bergerak dari tengah menuju sumbu wadah, dan kemudian mengalir ke atas dan ke bawah menuju pusat. Fenomena ini terus bersirkulasi, membentuk gerakan cairan logam yang dahsyat. Selama peleburan sesungguhnya, fenomena cairan logam yang menggembung ke atas dan berputar ke atas dan ke bawah di bagian tengah wadah peleburan dapat dihilangkan, yang disebut pengadukan elektromagnetik.

4. Apa fungsi pengadukan elektromagnetik?

① Dapat mempercepat laju reaksi fisika dan kimia selama proses peleburan; ② Menyatukan komposisi cairan logam cair; ③ Suhu logam cair dalam wadah cenderung konsisten, sehingga menghasilkan penyelesaian reaksi yang lengkap selama peleburan; ④ Hasil pengadukan mengatasi efek tekanan statisnya sendiri, membalik gelembung terlarut jauh di dalam wadah ke permukaan cairan, memfasilitasi pembuangan gas dan mengurangi kandungan inklusi gas dari paduan. Pengadukan yang intens meningkatkan erosi mekanis logam cair pada wadah, yang memengaruhi masa pakainya; ⑥ Mempercepat penguraian bahan tahan api dalam wadah pada suhu tinggi, sehingga mengakibatkan kontaminasi ulang pada paduan cair.

5. Apa itu derajat vakum?

Derajat vakum merupakan ketipisan gas di bawah satu tekanan atmosfer, yang umumnya dinyatakan sebagai tekanan.

6. Berapa tingkat kebocorannya?

Tingkat kebocoran mengacu pada jumlah peningkatan tekanan per satuan waktu setelah peralatan vakum ditutup.

7. Apa efek kulitnya?

Efek kulit mengacu pada fenomena distribusi arus yang tidak merata pada penampang konduktor (mengacu pada muatan tungku dalam peleburan) ketika arus bolak-balik melewatinya. Semakin tinggi kerapatan arus permukaan konduktor, semakin rendah kerapatan arus menuju pusat.

8. Apa itu induksi elektromagnetik?

Arus bolak-balik mengalir melalui kawat dan menghasilkan medan magnet bolak-balik di sekitarnya, sementara menempatkan kawat tertutup dalam medan magnet yang berubah-ubah menghasilkan arus bolak-balik di dalam kawat. Fenomena ini disebut induksi elektromagnetik.

10. Apa keuntungan peleburan tungku induksi vakum?

① Tidak ada polusi udara dan terak, paduan yang dilebur murni dan memiliki kinerja tingkat tinggi;

② Peleburan vakum menciptakan kondisi degassing yang baik, menghasilkan kandungan gas rendah dalam baja dan paduan yang meleleh;

③ Dalam kondisi vakum, logam tidak mudah teroksidasi;

④ Kotoran (Pb, Bi, dll.) yang dibawa oleh bahan baku dapat menguap dalam keadaan vakum, sehingga mengakibatkan pemurnian material;

⑤ Selama peleburan tungku induksi vakum, deoksidasi karbon dapat digunakan, dan produk deoksigenasi adalah gas, menghasilkan kemurnian paduan yang tinggi;

⑥ Dapat secara akurat menyesuaikan dan mengontrol komposisi kimia;

⑦ Bahan yang dikembalikan dapat digunakan.

11. Apa saja kelemahan peleburan dengan tungku induksi vakum?

① Peralatannya rumit, mahal, dan membutuhkan investasi besar;

② Perawatan yang tidak nyaman, biaya peleburan tinggi, dan biaya yang relatif tinggi;

③ Kontaminasi logam yang disebabkan oleh bahan tahan api dalam wadah peleburan selama proses peleburan;

④ Batch produksi kecil, dan beban kerja inspeksi besar.

12. Apa saja parameter dasar utama dan arti pompa vakum?

① Derajat vakum ekstrem: Nilai tekanan stabil minimum (yaitu derajat vakum stabil tertinggi) yang dapat diperoleh setelah periode pengosongan yang lama saat saluran masuk pompa vakum disegel disebut derajat vakum maksimum pompa.

② Laju evakuasi: Volume gas yang diekstraksi oleh pompa per satuan waktu disebut laju pemompaan pompa vakum.

③ Tekanan keluaran maksimum: Nilai tekanan maksimum di mana gas dikeluarkan dari port pembuangan pompa vakum selama operasi normal.

④ Tekanan pra: Nilai tekanan maksimum yang perlu dipertahankan pada saluran pembuangan pompa vakum untuk memastikan operasi yang aman.

13. Bagaimana cara memilih sistem pompa vakum yang masuk akal?

① Kecepatan pemompaan pompa vakum sesuai dengan tekanan masuk tertentu dari pompa vakum;

② Pompa mekanis, pompa Roots, dan pompa pendorong minyak tidak dapat langsung membuang ke atmosfer dan harus mengandalkan pompa tahap depan untuk menetapkan dan mempertahankan tekanan awal yang ditentukan agar dapat beroperasi secara normal.

14. Mengapa kapasitor perlu ditambahkan ke rangkaian listrik?

Karena jarak yang jauh antara kumparan induksi dan material tungku logam, kebocoran magnetik sangat serius, fluks magnetik yang berguna sangat rendah, dan daya reaktif tinggi. Oleh karena itu, dalam rangkaian kapasitif, arus mendahului tegangan. Untuk mengimbangi pengaruh induktansi dan meningkatkan faktor daya, perlu untuk memasukkan sejumlah kapasitor listrik yang sesuai ke dalam rangkaian, sehingga kapasitor dan induktor dapat beresonansi secara paralel, sehingga meningkatkan faktor daya kumparan induksi.

15. Berapa banyak bagian peralatan utama tungku induksi vakum?

Ruang peleburan, ruang penuangan, sistem vakum, sistem catu daya.

16. Apa saja tindakan pemeliharaan sistem vakum selama proses peleburan?

① Kualitas oli dan level oli pompa vakum normal;

② Layar filter dibalik secara normal;

③ Penyegelan setiap katup isolasi normal.

17. Apa saja tindakan pemeliharaan sistem catu daya selama proses peleburan?

① Suhu air pendingin kapasitor normal;

② Suhu minyak transformator normal;

③ Suhu air pendingin kabel normal.

18. Apa saja persyaratan untuk wadah peleburan dalam tungku induksi vakum?

① Memiliki stabilitas termal yang tinggi untuk menghindari retak yang disebabkan oleh pendinginan dan pemanasan yang cepat;

② Memiliki stabilitas kimia yang tinggi untuk mencegah kontaminasi wadah peleburan oleh bahan tahan api;

③ Memiliki ketahanan api yang cukup tinggi dan kekuatan struktural suhu tinggi untuk menahan suhu tinggi dan benturan material tungku;

④ Wadah harus memiliki kepadatan tinggi dan permukaan kerja yang halus untuk mengurangi luas permukaan kontak antara wadah dan cairan logam, dan untuk mengurangi tingkat adhesi residu logam pada permukaan wadah.

⑤ Memiliki sifat isolasi yang tinggi;

⑥ Penyusutan volume kecil selama proses sintering;

⑦ Memiliki volatilitas rendah dan ketahanan yang baik terhadap hidrasi;

⑧ Bahan wadah peleburan memiliki sedikit pelepasan gas.

⑨ Crucible memiliki sumber daya material yang melimpah dan harga yang murah.

19. Bagaimana cara meningkatkan kinerja wadah peleburan pada suhu tinggi?

① Kurangi kandungan CaO dan rasio CaO/SiO2 dalam pasir MgO untuk mengurangi jumlah fase cair dan meningkatkan suhu di mana fase cair dihasilkan.

② Meningkatkan stabilitas butiran kristal.

③ Untuk mencapai keadaan rekristalisasi yang baik pada lapisan sinter, untuk mengurangi porositas, mengurangi lebar batas butir, dan membentuk struktur mosaik, membentuk kombinasi langsung antara fase padat dan padat, sehingga mengurangi efek berbahaya dari fase cair.

20. Bagaimana cara memilih ukuran geometris wadah peleburan yang tepat?

① Ketebalan dinding wadah umumnya 1/8 hingga 1/10 dari diameter wadah (terbentuk);

② Cairan baja mencakup 75% volume wadah peleburan;

③ Sudut R sekitar 45 °;

④ Ketebalan dasar tungku umumnya 1,5 kali ketebalan dinding tungku.

21. Apa saja perekat yang umum digunakan untuk mengikat wadah peleburan?

① Bahan organik: dekstrin, cairan limbah pulp, resin organik, dll;

② Zat anorganik: natrium silikat, air garam, asam borat, karbonat, tanah liat, dll.

22. Apa fungsi perekat (H3BO3) untuk mengikat wadah peleburan?

Asam borat (H3BO3) dapat menghilangkan semua kelembapan dengan pemanasan di bawah 300 ℃ dalam keadaan normal, dan disebut borat anhidrida (B2O3).

① Pada suhu rendah, beberapa MgO dan Al2O3 dapat larut menjadi B2O3 cair untuk membentuk serangkaian produk transisi, mempercepat difusi fase padat MgO · Al2O3 dan mendorong rekristalisasi, menyebabkan lapisan sintering wadah peleburan terbentuk pada suhu yang lebih rendah, sehingga mengurangi suhu sintering.

② Dengan mengandalkan efek peleburan dan ikatan asam borat pada suhu sedang, lapisan semi sinter dapat dikentalkan atau kekuatan wadah peleburan sebelum sintering sekunder dapat ditingkatkan.

③ Pada pasir magnesia yang mengandung CaO, penggunaan pengikat dapat menekan transformasi kristal 2CaO · SiO2 di bawah 850 ℃.

23. Apa saja berbagai metode pencetakan untuk wadah peleburan?

Dua cara.

1. Prafabrikasi di luar tungku; Setelah mencampur bahan baku (bahan tahan api magnesium fusi listrik atau aluminium magnesium spinel) dengan rasio ukuran partikel tertentu dan memilih perekat yang sesuai, bahan baku tersebut dibentuk dalam cetakan krus melalui proses getaran dan tekanan isostatik. Badan krus dikeringkan dan diproses menjadi krus prefabrikasi dalam tanur terowongan suhu tinggi dengan suhu pembakaran maksimum ≥ 1700℃ × 8 jam.

2. Penumbukan langsung di dalam tungku; Tambahkan perekat padat, seperti asam borat, dengan rasio ukuran partikel yang sesuai, aduk rata, dan gunakan metode pemadatan untuk mencapai pengisian yang padat. Selama proses sintering, struktur mikro yang berbeda terbentuk akibat variasi suhu di setiap bagian.

24. Ada berapa lapisan struktur sintering pada wadah peleburan yang terbentuk, dan apa pengaruhnya terhadap kualitas wadah peleburan?

Struktur sintering wadah peleburan dibagi menjadi tiga lapisan: lapisan sintering, lapisan semi sintering, dan lapisan lepas.

Lapisan sinter: Selama proses oven, ukuran partikel mengalami rekristalisasi. Kecuali untuk ukuran partikel pasir sedang pada suhu rendah, proporsi aslinya tidak terlihat sama sekali, dan struktur yang seragam dan halus pun terbentuk. Batas butir sangat sempit, dan pengotor terdistribusi ulang pada batas butir yang baru. Lapisan sinter adalah cangkang keras yang terletak di bagian terdalam dinding krus, yang bersentuhan langsung dengan logam cair dan menahan berbagai gaya, sehingga lapisan ini sangat penting bagi krus.

Lapisan lepas: Selama sintering, suhu di dekat lapisan insulasi rendah, sehingga pasir magnesium tidak dapat disinter atau terikat oleh fase kaca, sehingga tetap berada dalam keadaan lepas sepenuhnya. Lapisan ini terletak di bagian terluar wadah peleburan dan memiliki fungsi sebagai berikut: pertama, karena strukturnya yang longgar dan konduktivitas termal yang buruk, perpindahan panas dari dinding bagian dalam wadah peleburan ke luar berkurang, sehingga mengurangi kehilangan panas, menyediakan insulasi, dan meningkatkan efisiensi termal di dalam wadah peleburan; kedua, lapisan lepas juga merupakan lapisan pelindung. Karena lapisan sinter telah membentuk cangkang dan bersentuhan langsung dengan logam cair, lapisan ini rentan retak. Setelah retak, logam cair cair akan merembes keluar dari retakan, sementara lapisan lepas lebih kecil kemungkinannya retak karena strukturnya yang longgar. Cairan logam yang merembes keluar dari lapisan dalam terhalang olehnya, sehingga memberikan perlindungan bagi cincin sensor; ketiga, lapisan lepas tetap berfungsi sebagai penyangga. Karena lapisan sinter telah menjadi cangkang keras, ekspansi dan kontraksi volume keseluruhan terjadi ketika dipanaskan dan didinginkan. Karena struktur lapisan lepas yang longgar, lapisan ini berperan sebagai penyangga dalam perubahan volume krus.

Lapisan semi-sinter (juga dikenal sebagai lapisan transisi): terletak di antara lapisan sinter dan lapisan lepas, terbagi menjadi dua bagian. Di dekat lapisan sinter, pengotor meleleh dan terdistribusi ulang atau terikat dengan partikel pasir magnesium. Pasir magnesium mengalami rekristalisasi parsial, dan partikel pasir berukuran besar tampak sangat padat; bagian-bagian di dekat lapisan lepas terikat sepenuhnya oleh perekat. Lapisan semi-sinter berfungsi sebagai lapisan sinter sekaligus lapisan lepas.

25. Bagaimana memilih sistem proses oven?

① Suhu oven maksimum: Ketika ketebalan lapisan insulasi krus yang diikat adalah 5-10 mm, untuk magnesia lebur listrik, lapisan sinter hanya mencakup 13-15% dari ketebalan krus saat dipanggang pada suhu 1800℃. Saat dipanggang dalam oven 2000℃, lapisan tersebut mencakup 24-27%. Mengingat kekuatan krus pada suhu tinggi, suhu oven yang lebih tinggi lebih baik, tetapi tidak mudah mencapai suhu yang terlalu tinggi. Ketika suhu lebih tinggi dari 2000℃, struktur seperti sarang lebah terbentuk karena sublimasi magnesium oksida atau reduksi magnesium oksida oleh karbon, serta rekristalisasi magnesium oksida yang intens. Oleh karena itu, suhu oven maksimum harus dikontrol di bawah 2000℃.

2. Laju pemanasan: Pada tahap awal pemanasan, untuk menghilangkan kelembapan secara efektif dari bahan tahan api, pemanasan awal yang memadai harus dilakukan. Umumnya, laju pemanasan harus lambat di bawah 1500℃; ketika suhu tungku mencapai di atas 1500℃, pasir magnesia yang dilebur dengan listrik mulai mengalami sintering. Pada saat ini, daya tinggi harus digunakan untuk memanaskan dengan cepat hingga mencapai suhu tungku maksimum yang diharapkan.

3. Waktu isolasi: Setelah suhu tungku mencapai suhu oven tertinggi, isolasi perlu dilakukan pada suhu tersebut. Waktu isolasi bervariasi tergantung pada jenis dan material tungku, misalnya 15-20 menit untuk krus magnesium peleburan listrik kecil dan 30-40 menit untuk krus magnesium peleburan listrik besar dan sedang.

Oleh karena itu, laju pemanasan selama oven dan pemanggangan pada suhu pemanggangan tertinggi harus disesuaikan.