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真空感應(yīng)熔煉技術(shù)的發(fā)展及趨勢

發(fā)布時(shí)間:2021-09-28 16:29          編輯:無氧銅          點(diǎn)擊次數(shù):

  介紹了真空感應(yīng)熔煉技術(shù)的發(fā)展過程以及感應(yīng)冶煉技術(shù)在不同場合的應(yīng)用。針對(duì)不同真空感應(yīng)爐爐型的結(jié)構(gòu),比較各自優(yōu)劣勢。展望未來真空感應(yīng)爐的發(fā)展方向,闡述其發(fā)展趨勢。真空感應(yīng)爐的發(fā)展進(jìn)步主要體現(xiàn)在,設(shè)備整體結(jié)構(gòu)逐步完善,模塊化趨勢日益明顯以及具有更加智能的控制系統(tǒng)。
 
  隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展,人們對(duì)機(jī)械零件的使用要求越來越高,愈加嚴(yán)苛的使用環(huán)境對(duì)金屬材料的耐高溫,耐磨,抗疲勞等性能提出了更高的要求。對(duì)于某些特定的金屬或合金材料,無論是前期研發(fā)試驗(yàn)還是后期的大批量生產(chǎn)投入使用,研究或得到高性能的金屬合金材料都需要金屬熔煉設(shè)備,表面熱處理設(shè)備等的支持。在眾多的特種加熱或熔煉方法中,感應(yīng)加熱技術(shù)用于熔煉制備金屬材料或在一定工藝中對(duì)材料進(jìn)行燒結(jié),熱處理等,都起到了至關(guān)重要的作用。
 
  1、真空感應(yīng)熔煉技術(shù)
 
  1.1、原理
 
  感應(yīng)加熱技術(shù)通常是指真空條件下,通過電磁感應(yīng)原理使感磁性較好的材料獲得感應(yīng)電流,達(dá)到加熱的目的一種技術(shù)。電流以一定頻率通過環(huán)繞在金屬材料周圍的電磁線圈,變化的電流產(chǎn)生感應(yīng)磁場,并使得金屬內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流,并產(chǎn)生大量的熱量,用來加熱材料。當(dāng)熱量相對(duì)較低時(shí)可用于真空感應(yīng)熱處理等工藝,當(dāng)熱量較高時(shí),產(chǎn)生的熱量足以熔化金屬,用來制備金屬或合金材料。
 
  1.2、應(yīng)用
 
  1.2.1、真空感應(yīng)熔煉
 
  真空感應(yīng)熔煉技術(shù)是目前對(duì)金屬材料加熱效率高、速度快,低耗節(jié)能環(huán)保型的感應(yīng)加熱技術(shù)。該技術(shù)主要在感應(yīng)熔煉爐等設(shè)備上實(shí)現(xiàn),應(yīng)用范圍十分廣泛。固態(tài)的金屬原材料放入由線圈纏繞的坩堝中,當(dāng)電流流經(jīng)感應(yīng)線圈時(shí),產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢并使金屬爐料內(nèi)部產(chǎn)生渦流,電流發(fā)熱量大于金屬爐料散熱量的速度時(shí),隨著熱量越積越多,到達(dá)一定程度時(shí),金屬由固態(tài)熔化為液態(tài),達(dá)到冶煉金屬的目的。在此過程中,由于整個(gè)過程發(fā)生在真空環(huán)境下,因此,有利于金屬內(nèi)部氣體雜質(zhì)的祛除,得到的金屬合金材料更加純粹。同時(shí)冶煉過程中,通過真空環(huán)境以及感應(yīng)加熱的控制,可以調(diào)整熔煉溫度并及時(shí)補(bǔ)充合金金屬,達(dá)到精煉的目的。在熔化過程中,因?yàn)楦袘?yīng)熔煉技術(shù)的特點(diǎn),液態(tài)的金屬材料在坩堝內(nèi)部由于受到電磁力的相互作用,可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)攪拌,使成分更加均勻,這也是感應(yīng)熔煉技術(shù)的一大優(yōu)勢。
 
  與傳統(tǒng)的冶煉相比,真空感應(yīng)熔煉節(jié)能,環(huán)保,工人作業(yè)環(huán)境好,勞動(dòng)強(qiáng)度小,具有很大優(yōu)勢。利用感應(yīng)熔煉技術(shù),澆注的合金材料雜質(zhì)更少,添加的合金比例更加合適,能夠更加符合工藝對(duì)材料各性能的要求。
 
  真空感應(yīng)熔煉技術(shù)目前已經(jīng)得到大規(guī)模的使用,從用于試驗(yàn)研究的幾千克感應(yīng)爐到用于實(shí)際生產(chǎn)的幾十噸容量的大型感應(yīng)爐,由于其操作工藝簡單,熔化升溫快熔煉過程容易控制,所冶煉金屬成分均勻等優(yōu)點(diǎn),具有很大的應(yīng)用前景,近些年得到了快速的發(fā)展。
 
  1.2.2、真空感應(yīng)燒結(jié)
 
  真空燒結(jié)是指在真空度為(10~10-3Pa)的環(huán)境下將金屬、合金或金屬化合物粉末在低于熔點(diǎn)的溫度下燒結(jié)成金屬制品和金屬坯。真空條件下燒結(jié),不存在金屬與氣體間的反應(yīng),也沒有吸附氣體影響,不僅致密化效果好,而且可以起到凈化和還原作用,降低燒結(jié)溫度,和常溫?zé)Y(jié)比可降低100℃~150℃,節(jié)省能耗,提高燒結(jié)爐壽命和獲得高質(zhì)量產(chǎn)品。
 
  對(duì)于某些物料需要通過受熱借助原子遷移實(shí)現(xiàn)顆粒間的結(jié)合,而感應(yīng)燒結(jié)技術(shù)在此過程中則起到了對(duì)其的加熱作用。真空感應(yīng)燒結(jié)的優(yōu)點(diǎn)在于,真空條件下有助于減少氣氛中的有害物質(zhì)(水蒸氣,氧氣,氮?dú)獾绕渌s質(zhì)),避免出現(xiàn)脫碳,滲氮,滲碳,還原,氧化等一系列反應(yīng)。過程中降低孔隙內(nèi)的氣體量,減少氣體分子的化學(xué)反應(yīng),同時(shí)在物料出現(xiàn)液相之前排除其表面的氧化膜,從而在材料熔化互相結(jié)合的時(shí)候使材料結(jié)合更致密,提高其耐磨性及強(qiáng)度。另外真空感應(yīng)燒結(jié)對(duì)降低產(chǎn)品成本也具有一定的效果。
 
  由于真空環(huán)境下,氣體含量處于相對(duì)很低的狀態(tài),因此可以忽略熱量的對(duì)流和傳導(dǎo),熱量主要以輻射的方式由發(fā)熱組件傳遞到物料表面,根據(jù)具體的燒結(jié)溫度,物質(zhì)的物理化學(xué)特性,選擇合適的發(fā)熱組件也是十分重要的。與真空電阻加熱相比,感應(yīng)燒結(jié)采用中頻電源加熱,一定程度上避免了采用電阻內(nèi)加熱方式真空爐的高溫絕緣問題。
 
  目前,感應(yīng)燒結(jié)技術(shù)主要應(yīng)用在鋼鐵,冶金領(lǐng)域。另外,在特種陶瓷的材料上,感應(yīng)燒結(jié)增強(qiáng)了固體顆粒的鍵聯(lián),有助于晶粒長大,壓縮空隙,進(jìn)而增加密度,形成致密的多晶燒結(jié)體。感應(yīng)燒結(jié)技術(shù)也正在新材料的研究上得到更廣泛的應(yīng)用。
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