מהי התכה אינדוקציה בוואקום?

התכה בוואקום היא טכניקת התכת מתכות וסגסוגות המתבצעת בסביבת ואקום.

טכנולוגיה זו יכולה למנוע זיהום של מתכות נדירות על ידי האטמוספירה וחומרים עקשן, ויש לה את הפונקציה של טיהור וטיהור. על ידי התכת ואקום, ניתן להשיג מתכות וסגסוגות באיכות גבוהה עם תכולת גז נמוכה, מעט תכלילים והפרדה קטנה. שיטה זו חיונית להשגת חומרי מתכת בעלי טוהר גבוה ואיכותי, מתאימה במיוחד לסגסוגות או מתכות שקשה להמיס ודורשות טוהר גבוה במיוחד. שיטות ההתכה בוואקום כוללות התכת אלומת אלקטרונים, התכת אינדוקציה בוואקום, התכת קשת בוואקום והתכת תנור פלזמה. לדוגמה, התכת אלומת אלקטרונים משתמשת באלומות אלקטרונים בעלות אנרגיה גבוהה כדי להפציץ חומרים מותכים, להמיר אותם במהירות לאנרגיה תרמית ולהמיס אותם. שיטה זו מתאימה להיתוך סגסוגות או מתכות בעלות קושי גבוה וטוהר גבוה במיוחד.

בנוסף, התכה בוואקום מסייעת גם בשיפור הקשיחות, חוזק העייפות, עמידות בפני קורוזיה, ביצועי זחילה בטמפרטורה גבוהה וחדירות מגנטית של חומרי מתכת.

התכת תנור אינדוקציה בוואקום היא תהליך של שימוש באינדוקציה אלקטרומגנטית ליצירת זרמי מערבולת במוליכי מתכת בתנאי ואקום לחימום חומר התנור. יש לו מאפיינים של נפח תא התכה קטן, זמן שאיבת ואקום קצר ומחזור התכה קצר, בקרת טמפרטורה ולחץ נוחה, יכולת מיחזור של יסודות נדיפים ובקרה מדויקת על הרכב הסגסוגת. בשל המאפיינים הנ"ל, הוא התפתח כיום לציוד חשוב לייצור סגסוגות מיוחדות כגון פלדה מיוחדת, סגסוגות מדויקות, סגסוגות חימום חשמליות, סגסוגות בטמפרטורה גבוהה וסגסוגות עמידות בפני קורוזיה.

1. מהו ואקום?

במיכל סגור, עקב הירידה במספר מולקולות הגז, הלחץ שמפעילות מולקולות הגז על יחידת שטח יורד. בשלב זה, הלחץ בתוך המיכל נמוך מהלחץ הרגיל. סוג זה של חלל גזי הנמוך מהלחץ הרגיל נקרא ואקום.

2. מהו עקרון הפעולה של תנור אינדוקציה בוואקום?

השיטה העיקרית היא להפעיל אינדוקציה אלקטרומגנטית כדי לייצר זרם במטען המתכת עצמו, ולאחר מכן להסתמך על ההתנגדות של מטען המתכת עצמו כדי להמיר אנרגיה חשמלית לאנרגיה תרמית לפי חוק ג'ול לנץ, המשמש להתכת מתכות.

3. כיצד נוצר ערבוב אלקטרומגנטי בתנור אינדוקציה בוואקום?

המתכת המותכת בכור ההיתוך מייצרת כוח חשמלי בשדה המגנטי שנוצר על ידי סליל האינדוקציה. עקב אפקט העור, זרמי המערבולת הנוצרים על ידי המתכת המותכת מנוגדים לכיוון הזרם העובר דרך סליל האינדוקציה, וכתוצאה מכך נוצרת דחייה הדדית; כוח הדחייה על המתכת המותכת תמיד מצביע לכיוון ציר כור ההיתוך, והמתכת המותכת נדחפת גם היא לכיוון מרכז כור ההיתוך; עקב העובדה שסליל האינדוקציה הוא סליל קצר עם אפקטים קצרים בשני קצותיו, הכוח החשמלי המתאים בשני קצות סליל האינדוקציה פוחת, ופיזור הכוח החשמלי קטן יותר בקצוות העליונים והתחתונים וגדול יותר במרכז. תחת כוח זה, נוזל המתכת נע תחילה מהמרכז לכיוון ציר כור ההיתוך, ולאחר מכן זורם מעלה ומטה לכיוון המרכז. תופעה זו ממשיכה להסתובב, ויוצרת תנועה עזה של נוזל המתכת. במהלך ההתכה בפועל, ניתן לבטל את תופעת הבליטות של נוזל המתכת כלפי מעלה והיפוך מעלה ומטה במרכז כור ההיתוך, מה שנקרא ערבוב אלקטרומגנטי.

4. מה תפקידה של ערבוב אלקטרומגנטי?

① זה יכול להאיץ את קצב התגובות הפיזיקליות והכימיות במהלך תהליך ההתכה; ② לאחד את הרכב נוזל המתכת המותכת; ③ טמפרטורת המתכת המותכת בכור ההיתוך נוטה להיות עקבית, וכתוצאה מכך להשלמה מלאה של התגובה במהלך ההיתוך; ④ תוצאת הערבוב מתגברת על השפעת הלחץ הסטטי שלה, מה שהופך את הבועות המומסות עמוק בכור ההיתוך אל פני הנוזל, מקל על פריקת הגז ומפחיתה את תכולת הכלי של הסגסוגת. ערבוב אינטנסיבי מגביר את השחיקה המכנית של המתכת המותכת בכור ההיתוך, ומשפיע על תוחלת החיים שלה; ⑥ להאיץ את הפירוק של חומרים עקשן בכוריות ההיתוך בטמפרטורות גבוהות, וכתוצאה מכך לזיהום חוזר של הסגסוגת המותכת.

5. מהי דרגת ואקום?

דרגת ואקום מייצגת את דלילות הגז מתחת ללחץ אטמוספרי אחד, המתבטאת בדרך כלל כלחץ.

6. מהו קצב הדליפה?

קצב דליפה מתייחס לכמות עליית הלחץ ליחידת זמן לאחר סגירת ציוד הוואקום.

7. מהי אפקט העור?

אפקט העור מתייחס לתופעה של פיזור זרם לא אחיד על פני חתך הרוחב של מוליך (הכוונה למטען הכבשן בהתכה) כאשר זרם חילופין עובר דרכו. ככל שצפיפות הזרם על פני השטח של המוליך גבוהה יותר, כך צפיפות הזרם נמוכה יותר לכיוון המרכז.

8. מהי אינדוקציה אלקטרומגנטית?

זרם חילופין עובר דרך חוט ומייצר סביבו שדה מגנטי מתחלף, בעוד שהנחת חוט סגור בשדה מגנטי משתנה מייצרת זרם חילופין בתוך החוט. תופעה זו נקראת אינדוקציה אלקטרומגנטית.

10. מהם היתרונות של התכת תנור אינדוקציה בוואקום?

① אין זיהום אוויר וסיגים, הסגסוגת המותכת טהורה ובעלת ביצועים גבוהים;

② התכת ואקום יוצרת תנאי סילוק גזים טובים, וכתוצאה מכך תכולת גז נמוכה בפלדה ובסגסוגת המותכים;

③ בתנאי ואקום, מתכות אינן מתחמצנות בקלות;

④ זיהומים (Pb, Bi וכו') המובאים על ידי חומרי גלם יכולים להתאדות במצב ואקום, וכתוצאה מכך לטיהור החומר;

⑤ במהלך התכת תנור אינדוקציה בוואקום, ניתן להשתמש בדה-חמצון פחמן, ותוצר דה-חמצון הוא גז, וכתוצאה מכך טוהר הסגסוגת גבוה;

⑥ יכול להתאים ולשלוט במדויק בהרכב הכימי;

⑦ ניתן להשתמש בחומרים שהוחזרו.

11. מהם החסרונות של התכת תנור אינדוקציה בוואקום?

① הציוד מורכב, יקר ודורש השקעה גדולה;

② תחזוקה לא נוחה, עלויות התכה גבוהות ועלויות גבוהות יחסית;

③ זיהום מתכת הנגרם על ידי חומרים עקשן בכורי היתוך במהלך תהליך ההתכה;

④ סדרת הייצור קטנה, ועומס העבודה של הבדיקה גדול.

12. מהם הפרמטרים הבסיסיים העיקריים והמשמעויות של משאבות ואקום?

① דרגת ואקום קיצונית: ערך הלחץ המינימלי היציב (כלומר דרגת הוואקום היציבה הגבוהה ביותר) שניתן להשיג לאחר תקופה ארוכה של ריקון כאשר פתח הכניסה של משאבת ואקום אטום נקרא דרגת הוואקום המקסימלית של המשאבה.

② קצב פינוי: נפח הגז המופק על ידי משאבה ליחידת זמן נקרא קצב השאיבה של משאבת ואקום.

③ לחץ יציאה מקסימלי: ערך הלחץ המקסימלי שבו גז משתחרר מפתח הפליטה של ​​משאבת ואקום במהלך פעולה רגילה.

④ לחץ מקדים: ערך הלחץ המרבי שיש לשמור בפתח הפליטה של ​​משאבת הוואקום כדי להבטיח פעולה בטוחה.

13. כיצד לבחור מערכת משאבת ואקום סבירה?

① קצב השאיבה של משאבת ואקום מתאים ללחץ כניסה מסוים של משאבת הוואקום;

② משאבות מכניות, משאבות רוטס ומשאבות הגברת שמן אינן יכולות לפלוט ישירות לאטמוספירה וחייבות להסתמך על משאבת השלב הקדמי כדי ליצור ולשמור על לחץ המקדים שנקבע על מנת לפעול כרגיל.

14. מדוע יש צורך להוסיף קבלים למעגלים חשמליים?

בשל המרחק הגדול בין סליל האינדוקציה לבין חומר המתכת של התנור, דליפה מגנטית חמורה מאוד, השטף המגנטי השימושי נמוך מאוד וההספק הריאקטיבי גבוה. לכן, במעגלים קיבוליים, הזרם מוביל את המתח. כדי לקזז את השפעת ההשראות ולשפר את מקדם ההספק, יש צורך לשלב מספר מתאים של מכלים חשמליים במעגל, כך שהקבל והמשרן יוכלו להדהד במקביל, ובכך לשפר את מקדם ההספק של סליל האינדוקציה.

15. כמה חלקים הם הציוד העיקרי של תנור אינדוקציה ואקום?

תא התכה, תא מזיגה, מערכת ואקום, מערכת אספקת חשמל.

16. מהם אמצעי התחזוקה של מערכת הוואקום במהלך תהליך ההתכה?

① איכות השמן ומפלס השמן של משאבת הוואקום תקינים;

② מסך הסינון הפוך כרגיל;

③ האטימה של כל שסתום בידוד היא תקינה.

17. מהם אמצעי התחזוקה של מערכת אספקת החשמל במהלך תהליך ההתכה?

① טמפרטורת מי הקירור של הקבל תקינה;

② טמפרטורת שמן השנאי תקינה;

③ טמפרטורת מי הקירור של הכבל תקינה.

18. מהן הדרישות עבור כורי היתוך בהיתוך תנור אינדוקציה בוואקום?

① בעל יציבות תרמית גבוהה כדי למנוע סדקים הנגרמים כתוצאה מקירור וחימום מהירים;

② בעל יציבות כימית גבוהה למניעת זיהום כור ההיתוך על ידי חומרים חסיני אש;

③ עמידות גבוהה מספיק לאש וחוזק מבני בטמפרטורה גבוהה כדי לעמוד בטמפרטורות גבוהות ופגיעות חומרי התנור;

④ כור ההיתוך צריך להיות בעל צפיפות גבוהה ומשטח עבודה חלק כדי להפחית את שטח המגע בין כור ההיתוך לנוזל המתכתי, ולהפחית את מידת ההידבקות של שאריות מתכת על פני כור ההיתוך.

⑤ בעל תכונות בידוד גבוהות;

⑥ הצטמקות נפחית קטנה במהלך תהליך הסינטור;

⑦ בעל נדיפות נמוכה ועמידות טובה בפני הידרציה;

⑧ לחומר כור ההיתוך יש כמות קטנה של שחרור גז.

⑨ לכור ההיתוך יש משאבי חומרים רבים ומחירים נמוכים.

19. כיצד לשפר את ביצועי הטמפרטורה הגבוהה של כורי היתוך?

① יש להפחית את תכולת ה-CaO ואת היחס בין CaO/SiO2 בחול MgO כדי להפחית את כמות הפאזה הנוזלית ולהעלות את הטמפרטורה בה נוצרת הפאזה הנוזלית.

② לשפר את יציבות גרגרי הגביש.

③ כדי להשיג מצב התגבשות מחדש טוב בשכבה המסונטרת, כדי להפחית את הנקבוביות, להפחית את רוחב גבול הגרעין וליצור מבנה פסיפס, ויוצרים שילוב ישיר של פאזות מוצקות ומוצקות, ובכך להפחית את ההשפעות המזיקות של הפאזה הנוזלית.

20. כיצד לבחור את הגודל הגיאומטרי המתאים של כור ההיתוך?

① עובי דופן כור ההיתוך הוא בדרך כלל 1/8 עד 1/10 מקוטר כור ההיתוך (המעוצב);

② נוזל פלדה מהווה 75% מנפח כור ההיתוך;

③ זווית ה-R היא כ-45 מעלות;

④ עובי תחתית הכבשן הוא בדרך כלל פי 1.5 מעובי דופן הכבשן.

21. מהם הדבקים הנפוצים לקשירת כורי היתוך?

① חומר אורגני: דקסטרין, נוזל פסולת עיסת, שרף אורגני וכו';

② חומרים אנאורגניים: נתרן סיליקט, מי מלח, חומצה בורית, פחמתי, חרסית וכו'.

22. מה תפקידו של הדבק (H3BO3) לקשירת כורי היתוך?

חומצה בורית (H3BO3) יכולה להסיר את כל הלחות על ידי חימום מתחת ל-300 מעלות צלזיוס בתנאים רגילים, והיא נקראת אנהידריד בורוני (B2O3).

① בטמפרטורות נמוכות, חלק מ-MgO ו-Al2O3 יכולים להתמוסס לתוך B2O3 נוזלי וליצור סדרה של תוצרי מעבר, מה שמאיץ את דיפוזיה הפאזה המוצקה של MgO · Al2O3 ומקדם התגבשות מחדש, מה שגורם להיווצרות שכבת הסינטור של כור היתוך בטמפרטורות נמוכות יותר, ובכך להפחית את טמפרטורת הסינטור.

② על ידי הסתמכות על אפקט ההיתוך והקשר של חומצה בורית בטמפרטורה בינונית, ניתן לעבות את השכבה המסונטרת למחצה או להגביר את חוזק כור ההיתוך לפני סינטור משני.

③ בחול מגנזיה המכיל CaO, השימוש בחומרים מקשרים יכול לדכא את הטרנספורמציה הגבישית של 2CaO · SiO2 מתחת ל-850 ℃.

23. מהן שיטות היציקה השונות עבור כורי היתוך?

שתי דרכים.

① ייצור מראש מחוץ לתנור; לאחר ערבוב חומרי הגלם (חומרים חסיני אש מגנזיום מותך חשמלית או אלומיניום מגנזיום ספינל) עם יחס גודל חלקיקים מסוים ובחירת דבקים מתאימים, הם נוצרים בתבנית כור ההיתוך באמצעות תהליכי רטט ולחץ איזוסטטי. גוף כור ההיתוך מיובש ומעובד לכור היתוך מראש בכבשן מנהרה בטמפרטורה גבוהה עם טמפרטורת שריפה מקסימלית של ≥ 1700 ℃ × 8 שעות.

② דחיפה ישירה בתוך התנור; הוסיפו כמות מתאימה של דבק מוצק, כגון חומצה בורית, ביחס גודל החלקיקים המתאים, ערבבו באופן שווה, והשתמשו בדחיסת חומרים כדי להשיג מילוי צפוף. במהלך הסינטור, נוצרים מיקרו-מבנים שונים על ידי טמפרטורות משתנות של כל חלק.

24. כמה שכבות נוצר מבנה הסינטר של כור ההיתוך, ומהי ההשפעה על איכות כור ההיתוך?

מבנה הסינטור של כור ההיתוך מחולק לשלוש שכבות: שכבת סינטור, שכבת סינטור למחצה ושכבה רופפת.

שכבת סינטור: במהלך תהליך התנור, גודל החלקיקים עובר התגבשות מחדש. מלבד גודל חלקיקי החול הבינוני בקצה הטמפרטורה הנמוכה, לא ניתן לראות כלל את הפרופורציה המקורית, ומוצג מבנה אחיד ועדין. גבולות הגרעינים צרים מאוד, וזיהומים מתפזרים מחדש על גבולות הגרעינים החדשים. השכבה המסונטרת היא קליפה קשה הממוקמת בחלק הפנימי ביותר של דופן כור ההיתוך, אשר נוגעת ישירות במתכת המותכת ונושאת כוחות שונים, ולכן שכבה זו חשובה מאוד עבור כור ההיתוך.

שכבה רופפת: במהלך הסינטור, הטמפרטורה ליד שכבת הבידוד נמוכה, וחול מגנזיום לא יכול להיות מסונטר או מחובר על ידי פאזת הזכוכית, ונשאר במצב רופף לחלוטין. שכבה זו ממוקמת בחלק החיצוני ביותר של כור ההיתוך ומשרתת את המטרות הבאות: ראשית, בשל מבנהה הרופף ומוליכותה התרמית הירודה, החום המועבר מהדופן הפנימית של כור ההיתוך החוצה מצטמצם, מה שמפחית את אובדן החום, מספק בידוד ומשפר את היעילות התרמית בתוך כור ההיתוך; שנית, השכבה הרופפת היא גם שכבת מגן. מכיוון שהשכבה המסונטרת יצרה קליפה ובאה במגע ישיר עם המתכת הנוזלית, היא נוטה להיסדק. לאחר שהיא נסדקת, המתכת הנוזלית המותכת תחלחל החוצה מהסדק, בעוד שהשכבה הרופפת פחות נוטה להיסדק בשל מבנהה הרופף. נוזל המתכת החוצה מהשכבה הפנימית נחסם על ידה, ומספק הגנה לטבעת החישה; שלישית, השכבה הרופפת עדיין מהווה חיץ. בשל העובדה שהשכבה המסונטרת הפכה לקליפה קשה, מתרחשות התפשטות והתכווצות נפח כוללת בעת חימום וקירור. בשל המבנה הרופף של השכבה הרופפת, היא ממלאת תפקיד חיץ בשינוי הנפח של כור ההיתוך.

שכבה מסונטרת למחצה (הידועה גם כשכבת מעבר): ממוקמת בין השכבה המסונטרת לשכבה הרופפת, מחולקת לשני חלקים. ליד השכבה המסונטרת, זיהומים נמסים ומתפזרים מחדש או נקשרים עם חלקיקי חול מגנזיום. חול מגנזיום עובר התגבשות חלקית, וחלקיקי חול גדולים נראים צפופים במיוחד; החלקים ליד השכבה הרופפת מחוברים לחלוטין יחד באמצעות דבק. השכבה המסונטרת למחצה משמשת גם כשכבה מסונטרת וגם כשכבה רופפת.

25. כיצד לבחור את מערכת תהליך התנור?

① טמפרטורת תנור מקסימלית: כאשר עובי שכבת הבידוד של כור ההיתוך המקושר הוא 5-10 מ"מ, עבור מגנזיה מותכת חשמלית, השכבה המסונטרת מהווה רק 13-15% מעובי כור ההיתוך באפייה ב-1800 מעלות צלזיוס. באפייה בתנור ב-2000 מעלות צלזיוס, היא מהווה 24-27%. בהתחשב בחוזק הטמפרטורה הגבוה של כור ההיתוך, עדיף להשתמש בטמפרטורת תנור גבוהה יותר, אך לא קל להגיע אליה יותר מדי. כאשר הטמפרטורה גבוהה מ-2000 מעלות צלזיוס, היא יוצרת מבנה דמוי חלת דבש עקב סובלימציה של תחמוצת מגנזיום או חיזור של תחמוצת מגנזיום על ידי פחמן, כמו גם התגבשות מחדש עזה של תחמוצת מגנזיום. לכן, יש לשלוט בטמפרטורת התנור המקסימלית מתחת ל-2000 מעלות צלזיוס.

② קצב חימום: בשלב המוקדם של החימום, על מנת להסיר ביעילות לחות מחומרים עקשן, יש לבצע חימום מקדים מספק. באופן כללי, קצב החימום צריך להיות איטי מתחת ל-1500 מעלות צלזיוס; כאשר טמפרטורת התנור מגיעה מעל 1500 מעלות צלזיוס, חול המגנזיה המותך חשמלית מתחיל להתפרק. בשלב זה, יש להשתמש בהספק גבוה כדי לחמם במהירות לטמפרטורת התנור המקסימלית הצפויה.

③ זמן בידוד: לאחר שטמפרטורת התנור מגיעה לטמפרטורת התנור הגבוהה ביותר, יש לבצע את הבידוד בטמפרטורה זו. זמן הבידוד משתנה בהתאם לסוג התנור ולחומר, כגון 15-20 דקות עבור כורי היתוך חשמליים קטנים להיתוך מגנזיום ו-30-40 דקות עבור כורי היתוך חשמליים גדולים ובינוניים להיתוך מגנזיום.

לכן, יש להתאים את קצב החימום במהלך התנור ואת האפייה בטמפרטורת האפייה הגבוהה ביותר בהתאם.