Vakum indüksiyon eritme nedir?

Vakum eritme, vakum ortamında gerçekleştirilen bir metal ve alaşım eritme tekniğidir.

Bu teknoloji, nadir metallerin atmosfer ve refrakter malzemeler tarafından kirlenmesini önleyebilir ve saflaştırma ve temizleme işlevi görür. Vakum eritme ile düşük gaz içeriğine, az inklüzyona ve küçük segregasyona sahip yüksek kaliteli metaller ve alaşımlar elde edilebilir. Bu yöntem, özellikle eritilmesi zor ve ultra yüksek saflık gerektiren alaşımlar veya metaller için uygun olan yüksek saflıkta ve yüksek kaliteli metal malzemeler elde etmek için çok önemlidir. Vakum eritme yöntemleri arasında elektron ışınıyla eritme, vakum indüksiyonlu eritme, vakum ark fırınında eritme ve plazma fırınında eritme bulunur. Örneğin, elektron ışınıyla eritme, erimiş malzemeleri bombardıman etmek için yüksek enerjili elektron ışınları kullanır, bunları hızla termal enerjiye dönüştürür ve eritir. Bu yöntem, yüksek zorlukta ve ultra yüksek saflıkta alaşımları veya metalleri eritmek için uygundur.

Ayrıca vakum eritme, metal malzemelerin tokluğunu, yorulma dayanımını, korozyon direncini, yüksek sıcaklıkta sürünme performansını ve manyetik geçirgenliğini iyileştirmeye de yardımcı olur.

Vakum indüksiyon fırınında eritme, fırın malzemesini ısıtmak için vakum koşulları altında metal iletkenlerde girdap akımları oluşturmak üzere elektromanyetik indüksiyonun kullanıldığı bir işlemdir. Küçük eritme odası hacmi, kısa vakum pompalama süresi ve eritme döngüsü, rahat sıcaklık ve basınç kontrolü, uçucu elementlerin geri dönüştürülebilirliği ve alaşım bileşiminin hassas kontrolü gibi özelliklere sahiptir. Yukarıdaki özellikleri sayesinde, özel çelik, hassas alaşımlar, elektrikli ısıtma alaşımları, yüksek sıcaklık alaşımları ve korozyona dayanıklı alaşımlar gibi özel alaşımların üretimi için önemli bir ekipman haline gelmiştir.

1. Vakum nedir?

Kapalı bir kapta, gaz moleküllerinin sayısının azalması nedeniyle, gaz moleküllerinin birim alana uyguladığı basınç azalır. Bu sırada, kabın içindeki basınç normal basınçtan daha düşüktür. Normal basınçtan daha düşük olan bu tür gazlı alanlara vakum denir.

2. Vakum indüksiyon fırınının çalışma prensibi nedir?

Temel yöntem, metal yükünün kendisinde akım oluşturmak için elektromanyetik indüksiyon uygulamak ve daha sonra metal yükünün kendi direncine dayanarak, metalleri eritmek için kullanılan Joule Lenz yasasına göre elektrik enerjisini ısıl enerjiye dönüştürmektir.

3. Vakum indüksiyon fırınında elektromanyetik karıştırma nasıl oluşur?

Potadaki erimiş metal, indüksiyon bobininin oluşturduğu manyetik alanda elektrik kuvveti üretir. Deri etkisi nedeniyle, erimiş metalin oluşturduğu girdap akımları, indüksiyon bobininden geçen akımın yönüne terstir ve karşılıklı itmeye neden olur; erimiş metal üzerindeki itme kuvveti her zaman pota eksenine doğru yönelir ve erimiş metal de potanın merkezine doğru itilir; indüksiyon bobininin her iki ucunda kısa etkilere sahip kısa bir bobin olması nedeniyle, indüksiyon bobininin her iki ucundaki karşılık gelen elektrik kuvveti azalır ve elektrik kuvvetinin dağılımı üst ve alt uçlarda daha küçük, ortada daha büyüktür. Bu kuvvetin etkisi altında, metal sıvı önce potanın ortasından eksenine doğru hareket eder ve sonra yukarı ve aşağı doğru merkeze doğru akar. Bu olay, metal sıvının şiddetli bir hareketini oluşturarak sirkülasyona devam eder. Gerçek eritme sırasında, pota merkezinde metal sıvısının yukarı doğru kabarması ve yukarı aşağı savrulması olayı ortadan kaldırılabilir; buna elektromanyetik karıştırma denir.

4. Elektromanyetik karıştırmanın işlevi nedir?

① Eritme işlemi sırasında fiziksel ve kimyasal reaksiyonların hızını artırabilir; ② Erimiş metal sıvısının bileşimini birleştirir; ③ Erimiş metalin potadaki sıcaklığı tutarlı olma eğilimindedir ve bu da eritme sırasında reaksiyonun tamamen tamamlanmasıyla sonuçlanır; ④ Karıştırma sonucu, kendi statik basıncının etkisini aşar, potanın derinliklerindeki çözünmüş kabarcıkları sıvı yüzeyine çevirir, gaz deşarjını kolaylaştırır ve alaşımın gaz kapanım içeriğini azaltır. Yoğun karıştırma, erimiş metalin pota üzerindeki mekanik aşınmasını artırarak ömrünü etkiler; ⑥ Yüksek sıcaklıklarda potalardaki refrakter malzemelerin ayrışmasını hızlandırır ve bu da erimiş alaşımın yeniden kirlenmesine neden olur.

5. Vakum derecesi nedir?

Vakum derecesi, bir gazın atmosfer basıncının altındaki inceliğini ifade eder ve genellikle basınç olarak ifade edilir.

6. Sızıntı oranı nedir?

Sızıntı oranı, vakum ekipmanı kapatıldıktan sonra birim zamandaki basınç artış miktarını ifade eder.

7. Deri etkisi nedir?

Deri etkisi, alternatif akım bir iletkenden geçtiğinde (eritme işlemindeki fırın yüküne atıfta bulunarak) iletkenin kesitinde eşit olmayan akım dağılımı olgusunu ifade eder. İletkenin yüzey akım yoğunluğu ne kadar yüksekse, merkeze doğru akım yoğunluğu o kadar düşük olur.

8. Elektromanyetik indüksiyon nedir?

Bir telden alternatif akım geçer ve etrafında alternatif bir manyetik alan oluştururken, kapalı bir teli değişen bir manyetik alana yerleştirmek telin içinde alternatif akım oluşturur. Bu olguya elektromanyetik indüksiyon denir.

10. Vakum indüksiyon fırınında eritme işleminin avantajları nelerdir?

① Hava ve cüruf kirliliği yok, eritilmiş alaşım saf ve yüksek performans seviyesine sahip;

② Vakum eritme, eritilmiş çelik ve alaşımdaki gaz içeriğinin düşük olmasıyla sonuçlanan iyi gaz giderme koşulları yaratır;

③ Vakum koşulları altında metaller kolayca oksitlenmez;

④ Hammaddelerin getirdiği safsızlıklar (Pb, Bi, vb.) vakum ortamında buharlaşarak malzeme arıtımı sağlanabilir;

⑤ Vakum indüksiyon fırını eritme işlemi sırasında karbon deoksidasyonu kullanılabilir ve deoksijenasyon ürünü gazdır, bu da yüksek alaşım saflığı ile sonuçlanır;

⑥ Kimyasal bileşimi doğru bir şekilde ayarlayabilir ve kontrol edebilir;

⑦ İade edilen materyaller kullanılabilir.

11. Vakum indüksiyon fırınında eritme işleminin dezavantajları nelerdir?

① Ekipman karmaşıktır, pahalıdır ve büyük bir yatırım gerektirir;

② Bakımının zorluğu, eritme maliyetlerinin yüksek olması ve nispeten yüksek maliyetler;

③ Eritme işlemi sırasında pota içerisindeki refrakter malzemelerin neden olduğu metal kirliliği;

④ Üretim partisi küçüktür ve muayene iş yükü büyüktür.

12. Vakum pompalarının temel parametreleri ve anlamları nelerdir?

① Aşırı vakum derecesi: Bir vakum pompasının girişi kapalı olduğunda uzun süreli boşaltmadan sonra elde edilebilen en düşük kararlı basınç değerine (yani en yüksek kararlı vakum derecesine) pompanın maksimum vakum derecesi denir.

② Tahliye hızı: Bir pompanın birim zamanda çıkardığı gaz hacmine vakum pompasının pompalama hızı denir.

③ Maksimum çıkış basıncı: Normal çalışma sırasında bir vakum pompasının egzoz portundan gazın boşaltıldığı maksimum basınç değeri.

④ Ön basınç: Vakum pompasının egzoz portunda güvenli çalışmayı sağlamak için korunması gereken maksimum basınç değeri.

13. Uygun bir vakum pompası sistemi nasıl seçilir?

① Vakum pompasının pompalama hızı, vakum pompasının belirli bir giriş basıncına karşılık gelir;

② Mekanik pompalar, Roots pompaları ve yağ takviye pompaları doğrudan atmosfere egzoz edilemez ve normal şekilde çalışabilmek için öngörülen ön basıncı oluşturmak ve korumak amacıyla ön kademe pompasına güvenmek zorundadır.

14. Elektrik devrelerine kondansatör eklenmesinin nedeni nedir?

İndüksiyon bobini ile metal fırın malzemesi arasındaki büyük mesafe nedeniyle manyetik sızıntı çok ciddi, faydalı manyetik akı çok düşük ve reaktif güç yüksektir. Bu nedenle, kapasitif devrelerde akım, gerilime göre öndedir. Endüktansın etkisini dengelemek ve güç faktörünü iyileştirmek için, devreye uygun sayıda elektrik kabı dahil etmek gerekir; böylece kapasitör ve endüktör paralel olarak rezonansa girebilir ve böylece indüksiyon bobininin güç faktörü iyileştirilebilir.

15. Vakum indüksiyon ocağının ana ekipmanı kaç parçadan oluşur?

Eritme odası, döküm odası, vakum sistemi, güç kaynağı sistemi.

16. Eritme işlemi sırasında vakum sisteminin bakım önlemleri nelerdir?

① Vakum pompasının yağ kalitesi ve yağ seviyesi normaldir;

② Filtre ekranı normal şekilde ters çevrilir;

③ Her izolasyon vanasının sızdırmazlığı normaldir.

17. Eritme işlemi sırasında güç besleme sisteminin bakım önlemleri nelerdir?

① Kondansatörün soğutma suyu sıcaklığı normaldir;

② Trafo yağı sıcaklığı normaldir;

③ Kablonun soğutma suyu sıcaklığı normaldir.

18. Vakum indüksiyon fırınlarında eritme işleminde potaların özellikleri nelerdir?

① Hızlı soğuma ve ısınmadan kaynaklanan çatlamaları önlemek için yüksek termal kararlılığa sahiptir;

② Refrakter malzemelerin pota kontaminasyonunu önlemek için yüksek kimyasal kararlılığa sahiptir;

③ Yüksek sıcaklıklara ve fırın malzemesi darbelerine dayanacak yeterli yüksek yangın direncine ve yüksek sıcaklık yapısal mukavemetine sahip olmak;

④ Pota, metal sıvı ile pota arasındaki temas yüzey alanını azaltmak ve metal kalıntılarının pota yüzeyine yapışma derecesini azaltmak için yüksek yoğunluklu ve pürüzsüz bir çalışma yüzeyine sahip olmalıdır.

⑤ Yüksek yalıtım özelliklerine sahiptir;

⑥ Sinterleme işlemi sırasında küçük hacim büzülmesi;

⑦ Düşük uçucu özelliğe ve hidrasyona karşı iyi dirence sahiptir;

⑧ Pota malzemesi az miktarda gaz salınımına sahiptir.

⑨ Crucible'da bol miktarda malzeme kaynağı ve düşük fiyatlar bulunmaktadır.

19. Potaların yüksek sıcaklık performansı nasıl artırılır?

① MgO kumundaki CaO içeriğini ve CaO/SiO2 oranını azaltarak sıvı faz miktarını azaltın ve sıvı fazın oluştuğu sıcaklığı artırın.

② Kristal tanelerinin kararlılığını artırmak.

③ Sinterlenmiş tabakada iyi bir yeniden kristalleşme durumu elde etmek, gözenekliliği azaltmak, tane sınırı genişliğini azaltmak ve katı ve katı fazların doğrudan birleşimini oluşturan bir mozaik yapı oluşturmak, böylece sıvı fazın zararlı etkilerini azaltmak.

20. Pota için uygun geometrik boyut nasıl seçilir?

① Pota duvar kalınlığı genellikle pota çapının 1/8 ila 1/10'u kadardır;

② Çelik sıvısı pota hacminin %75’ini oluşturur;

③ R açısı yaklaşık 45°'dir;

④ Fırın tabanının kalınlığı genellikle fırın duvarının kalınlığının 1,5 katıdır.

21. Düğümleme potalarında yaygın olarak kullanılan yapıştırıcılar nelerdir?

① Organik madde: dekstrin, kağıt hamuru atık sıvısı, organik reçine, vb.;

② İnorganik maddeler: Sodyum silikat, tuzlu su, borik asit, karbonat, kil vb.

22. Düğümleme potalarında yapıştırıcının (H3BO3) işlevi nedir?

Borik asit (H3BO3) normal şartlarda 300 ℃’nin altına ısıtıldığında tüm nemi uzaklaştırabilen ve boronik anhidrit (B2O3) olarak adlandırılan bir asittir.

① Düşük sıcaklıklarda, bazı MgO ve Al2O3, bir dizi geçiş ürünü oluşturmak üzere sıvı B2O3'e çözünebilir, MgO · Al2O3'ün katı faz difüzyonunu hızlandırır ve yeniden kristalleşmeyi teşvik eder, bu da potanın sinterleme tabakasının daha düşük sıcaklıklarda oluşmasına neden olur ve böylece sinterleme sıcaklığı düşer.

② Borik asidin orta sıcaklıktaki eritme ve bağlama etkisinden yararlanılarak yarı sinterlenmiş tabaka kalınlaştırılabilir veya ikincil sinterleme öncesi potanın dayanımı artırılabilir.

③ CaO içeren magnezya kumunda, bağlayıcıların kullanımı 850 ℃'nin altında 2CaO · SiO2'nin kristal dönüşümünü baskılayabilir.

23. Pota kalıplama yöntemleri nelerdir?

İki yol.

① Fırın dışında ön üretim; Hammaddeler (elektrikle eritilmiş magnezyum veya alüminyum magnezyum spinel refrakter malzemeler) belirli bir parçacık boyutu oranında karıştırıldıktan ve uygun yapıştırıcılar seçildikten sonra, titreşim ve izostatik basınç işlemleriyle pota kalıbında şekillendirilir. Pota gövdesi kurutulur ve maksimum pişirme sıcaklığı ≥ 1700 ℃ x 8 saat olan yüksek sıcaklıklı bir tünel fırında önceden üretilmiş bir potaya dönüştürülür.

② Fırının içinde doğrudan dövme; uygun miktarda borik asit gibi katı yapıştırıcıyı uygun parçacık boyutu oranına ekleyin, eşit şekilde karıştırın ve yoğun dolgu elde etmek için sıkıştırma kullanın. Sinterleme sırasında, her bir parçanın farklı sıcaklıkları farklı mikro yapılar oluşturur.

24. Pota sinterleme yapısı kaç katmandan oluşmaktadır ve bunun pota kalitesine etkisi nedir?

Pota sinterleme yapısı üç katmandan oluşur: sinterleme katmanı, yarı sinterleme katmanı ve gevşek katman.

Sinterleme tabakası: Fırın işlemi sırasında, parçacık boyutu yeniden kristalleşmeye uğrar. Düşük sıcaklık ucundaki orta kum parçacık boyutu dışında, orijinal oran hiç görülemez ve homojen ve ince bir yapı ortaya çıkar. Tane sınırları çok dardır ve safsızlıklar yeni tane sınırlarına yeniden dağılır. Sinterlenmiş tabaka, pota duvarının en iç kısmında bulunan ve erimiş metalle doğrudan temas eden ve çeşitli kuvvetlere maruz kalan sert bir kabuktur, bu nedenle bu tabaka pota için çok önemlidir.

Gevşek tabaka: Sinterleme sırasında, yalıtım tabakasının yakınındaki sıcaklık düşüktür ve magnezyum kumu cam fazı tarafından sinterlenemez veya bağlanamaz, tamamen gevşek bir durumda kalır. Bu tabaka, potanın en dış kısmında bulunur ve aşağıdaki amaçlara hizmet eder: birincisi, gevşek yapısı ve düşük ısı iletkenliği nedeniyle, potanın iç duvarından dışarıya aktarılan ısı azalır, ısı kaybını azaltır, yalıtım sağlar ve potanın içindeki ısıl verimliliği artırır; ikincisi, gevşek tabaka aynı zamanda koruyucu bir tabakadır. Sinterlenmiş tabaka bir kabuk oluşturduğu ve sıvı metalle doğrudan temas ettiği için çatlamaya eğilimlidir. Çatladığında, erimiş sıvı metal çatlaktan dışarı sızarken, gevşek tabaka gevşek yapısı nedeniyle çatlamaya daha az eğilimlidir. İç tabakadan sızan metal sıvısı bu tabaka tarafından engellenir ve algılama halkası için koruma sağlar; üçüncüsü, gevşek tabaka hala bir tampondur. Sinterlenmiş tabaka sert bir kabuk haline geldiğinden, ısıtılıp soğutulduğunda genel hacim genleşmesi ve büzülmesi meydana gelir. Gevşek tabakanın gevşek yapısı nedeniyle, potanın hacim değişiminde tampon görevi görür.

Yarı sinterlenmiş tabaka (geçiş tabakası olarak da bilinir): Sinterlenmiş tabaka ile gevşek tabaka arasında bulunur ve iki kısma ayrılır. Sinterlenmiş tabakanın yakınında, safsızlıklar erir ve magnezyum kum parçacıklarıyla yeniden dağılır veya bağlanır. Magnezyum kumu kısmi yeniden kristalleşmeye uğrar ve büyük kum parçacıkları özellikle yoğun görünür; gevşek tabakaya yakın kısımlar yapıştırıcı ile tamamen birbirine bağlanmıştır. Yarı sinterlenmiş tabaka hem sinterlenmiş hem de gevşek tabaka görevi görür.

25. Fırın proses sistemi nasıl seçilir?

① Maksimum fırın sıcaklığı: Düğümlü potanın yalıtım tabakası kalınlığı 5-10 mm olduğunda, elektrikle eritilmiş magnezya için sinterlenmiş tabaka, 1800 ℃'de pişirildiğinde pota kalınlığının yalnızca %13-15'ini oluşturur. 2000 ℃'lik bir fırında pişirildiğinde ise %24-27'sini oluşturur. Pota yüksek sıcaklık dayanımı göz önüne alındığında, daha yüksek bir fırın sıcaklığına sahip olmak daha iyidir, ancak çok yüksek bir sıcaklığa ulaşmak kolay değildir. Sıcaklık 2000 ℃'nin üzerine çıktığında, magnezyum oksidin süblimleşmesi veya magnezyum oksidin karbon tarafından indirgenmesi ve magnezyum oksidin yoğun bir şekilde yeniden kristalleşmesi nedeniyle petek benzeri bir yapı oluşur. Bu nedenle, maksimum fırın sıcaklığı 2000 ℃'nin altında tutulmalıdır.

② Isıtma hızı: Refrakter malzemelerdeki nemi etkili bir şekilde gidermek için ısıtmanın erken aşamalarında yeterli ön ısıtma yapılmalıdır. Genellikle ısıtma hızı 1500 ℃'nin altında yavaş olmalıdır; fırın sıcaklığı 1500 ℃'nin üzerine çıktığında, elektrikle eritilmiş magnezya kumu sinterlenmeye başlar. Bu sırada, beklenen maksimum fırın sıcaklığına hızla ulaşmak için yüksek güç kullanılmalıdır.

③ Yalıtım süresi: Fırın sıcaklığı en yüksek fırın sıcaklığına ulaştıktan sonra, yalıtım işleminin bu sıcaklıkta gerçekleştirilmesi gerekir. Yalıtım süresi, fırın tipine ve malzemesine bağlı olarak değişir; örneğin küçük elektrikli eritme magnezyum potaları için 15-20 dakika, büyük ve orta boy elektrikli eritme magnezyum potaları için 30-40 dakika.

Bu nedenle, fırınlama sırasında ısıtma hızı ve en yüksek pişirme sıcaklığında pişirme buna göre ayarlanmalıdır.