ข่าว

การหลอมด้วยการเหนี่ยวนำสุญญากาศ
การหล่อแบบสุญญากาศ (การหลอมด้วยการเหนี่ยวนำสุญญากาศ – VIM) ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อใช้ในการแปรรูปโลหะผสมชนิดพิเศษและหายาก และด้วยเหตุนี้จึงกำลังเป็นที่นิยมมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากมีการนำวัสดุขั้นสูงเหล่านี้มาใช้เพิ่มมากขึ้น VIM ถูกพัฒนาขึ้นเพื่อหลอมและหล่อโลหะผสมพิเศษและเหล็กกล้าความแข็งแรงสูง ซึ่งหลายชนิดจำเป็นต้องใช้กระบวนการสุญญากาศเนื่องจากมีธาตุที่ทนความร้อนและทำปฏิกิริยาได้ง่าย เช่น ไทเทเนียม ไนโอเบียม และอะลูมิเนียม นอกจากนี้ยังสามารถใช้กับเหล็กกล้าไร้สนิมและโลหะอื่นๆ ได้เมื่อต้องการการหลอมเริ่มต้นที่มีคุณภาพสูง

ดังที่ชื่อบ่งบอก กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการหลอมโลหะภายใต้สภาวะสุญญากาศ โดยใช้การเหนี่ยวนำแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นแหล่งพลังงานในการหลอมโลหะ การหลอมด้วยการเหนี่ยวนำทำงานโดยการเหนี่ยวนำกระแสไฟฟ้าวนในโลหะ แหล่งกำเนิดคือขดลวดเหนี่ยวนำซึ่งมีกระแสสลับไหลผ่าน กระแสไฟฟ้าวนจะให้ความร้อนและในที่สุดก็จะหลอมโลหะ

เตาหลอมประกอบด้วยปลอกเหล็กปิดสนิทระบายความร้อนด้วยน้ำ ซึ่งสามารถทนต่อสุญญากาศที่จำเป็นสำหรับการแปรรูป โลหะจะถูกหลอมในเบ้าหลอมที่วางอยู่ในขดลวดเหนี่ยวนำระบายความร้อนด้วยน้ำ และโดยทั่วไปแล้วเตาหลอมจะบุด้วยวัสดุทนไฟที่เหมาะสม

โลหะและโลหะผสมที่มีความสามารถในการทำปฏิกิริยากับก๊าซสูง โดยเฉพาะไนโตรเจนและออกซิเจน มักจะถูกหลอม/กลั่นในเตาเหนี่ยวนำสุญญากาศเพื่อป้องกันการปนเปื้อน/ปฏิกิริยากับก๊าซเหล่านี้ ดังนั้นกระบวนการนี้จึงมักใช้สำหรับการแปรรูปวัสดุที่มีความบริสุทธิ์สูงหรือวัสดุที่มีค่าความคลาดเคลื่อนต่ำในองค์ประกอบทางเคมี

ถาม: เหตุใดจึงใช้การหลอมด้วยการเหนี่ยวนำสุญญากาศ?

A: เดิมทีการหลอมด้วยการเหนี่ยวนำสุญญากาศถูกพัฒนาขึ้นเพื่อใช้ในการแปรรูปโลหะผสมชนิดพิเศษและหายาก และกำลังเป็นที่นิยมมากขึ้นเรื่อย ๆ เนื่องจากมีการนำวัสดุขั้นสูงเหล่านี้มาใช้เพิ่มมากขึ้น แม้ว่าจะถูกพัฒนาขึ้นสำหรับวัสดุอย่างเช่นโลหะผสมพิเศษ แต่ก็สามารถใช้กับเหล็กกล้าไร้สนิมและโลหะอื่น ๆ ได้เช่นกัน
อย่างไรเตาเหนี่ยวนำสุญญากาศงาน?
นำวัสดุเข้าสู่เตาเหนี่ยวนำภายใต้สภาวะสุญญากาศ และจ่ายพลังงานเพื่อหลอมวัสดุ เติมวัสดุเพิ่มเติมเพื่อให้ปริมาณโลหะหลอมเหลวได้ตามปริมาณที่ต้องการ จากนั้นทำการกลั่นโลหะหลอมเหลวภายใต้สภาวะสุญญากาศและปรับองค์ประกอบทางเคมีจนได้องค์ประกอบทางเคมีที่แม่นยำ
โลหะจะเกิดอะไรขึ้นในสภาวะสุญญากาศ?
โดยเฉพาะอย่างยิ่ง โลหะส่วนใหญ่จะสร้างชั้นออกไซด์บนพื้นผิวใดๆ ที่สัมผัสกับอากาศ ชั้นออกไซด์นี้ทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันการยึดเกาะ ในสุญญากาศของอวกาศไม่มีอากาศ ดังนั้นโลหะจึงไม่สามารถสร้างชั้นป้องกันนี้ได้

ข้อดีของการหลอม VIM
ระดับสุญญากาศในระหว่างขั้นตอนการกลั่นจะอยู่ในช่วง 10⁻¹ ถึง 10⁻⁴ มิลลิบาร์ ขึ้นอยู่กับผลิตภัณฑ์และกระบวนการทางโลหะวิทยา ข้อดีบางประการของการใช้กระบวนการสุญญากาศในทางโลหะวิทยา ได้แก่:
การหลอมภายใต้บรรยากาศที่ปราศจากออกซิเจนจะจำกัดการเกิดสิ่งเจือปนออกไซด์ที่ไม่ใช่โลหะ และป้องกันการออกซิเดชันของธาตุที่ทำปฏิกิริยาได้ง่าย
การควบคุมองค์ประกอบและปริมาณก๊าซให้อยู่ในเกณฑ์ที่แคบมาก
การกำจัดธาตุโลหะหนักที่ไม่พึงประสงค์ด้วยความดันไอสูง
การกำจัดก๊าซที่ละลายอยู่ – ออกซิเจน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน
การปรับองค์ประกอบโลหะผสมและอุณหภูมิหลอมเหลวให้มีความแม่นยำและสม่ำเสมอ
การหลอมในสภาวะสุญญากาศช่วยขจัดความจำเป็นในการใช้ชั้นตะกรันป้องกัน และลดโอกาสการปนเปื้อนของตะกรันหรือสิ่งเจือปนในแท่งโลหะโดยไม่ตั้งใจ
ด้วยเหตุนี้ กระบวนการทางโลหะวิทยา เช่น การกำจัดฟอสฟอรัสและกำมะถันจึงมีข้อจำกัด โลหะวิทยาแบบ VIM มุ่งเน้นไปที่ปฏิกิริยาที่ขึ้นอยู่กับความดันเป็นหลัก เช่น ปฏิกิริยาของคาร์บอน ออกซิเจน ไนโตรเจน และไฮโดรเจน การกำจัดธาตุโลหะหนักที่เป็นอันตรายและระเหยง่าย เช่น พลวง เทลลูเรียม ซีลีเนียม และบิสมัท ในเตาเหนี่ยวนำสุญญากาศนั้นมีความสำคัญอย่างยิ่งในทางปฏิบัติ

การตรวจสอบปฏิกิริยาของคาร์บอนส่วนเกินที่ขึ้นอยู่กับความดันอย่างแม่นยำเพื่อทำให้กระบวนการกำจัดออกซิเจนเสร็จสมบูรณ์นั้น เป็นเพียงตัวอย่างหนึ่งของความหลากหลายของกระบวนการที่ใช้กระบวนการ VIM ในการผลิตโลหะผสมพิเศษ วัสดุอื่นๆ นอกเหนือจากโลหะผสมพิเศษจะถูกกำจัดคาร์บอน กำจัดกำมะถัน หรือกลั่นแบบเลือกสรรในเตาเหนี่ยวนำสุญญากาศเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดและรับประกันคุณสมบัติของวัสดุ เนื่องจากความดันไอสูงของธาตุติดตามที่ไม่พึงประสงค์ส่วนใหญ่ จึงสามารถลดระดับลงได้มากโดยการกลั่นในระหว่างการหลอมด้วยการเหนี่ยวนำสุญญากาศ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโลหะผสมที่มีความแข็งแรงสูงมากที่อุณหภูมิการทำงานสูง สำหรับโลหะผสมต่างๆ ที่ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านคุณภาพสูงสุด เตาเหนี่ยวนำสุญญากาศเป็นระบบการหลอมที่เหมาะสมที่สุด

วิธีการต่อไปนี้สามารถนำมาใช้ร่วมกับระบบ VIM ได้อย่างง่ายดายเพื่อสร้างเนื้อโลหะหลอมเหลวที่สะอาด:
การควบคุมบรรยากาศด้วยอัตราการรั่วไหลและการคายประจุต่ำ
การเลือกใช้วัสดุทนไฟที่มีความเสถียรมากกว่าสำหรับบุภายในเบ้าหลอม
การกวนและการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันโดยการกวนด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าหรือการไล่ก๊าซ
การควบคุมอุณหภูมิอย่างแม่นยำเพื่อลดปฏิกิริยาของเบ้าหลอมกับโลหะหลอมเหลวให้น้อยที่สุด
เทคนิคการกำจัดตะกรันและการกรองที่เหมาะสมในระหว่างกระบวนการหล่อ
การประยุกต์ใช้เทคนิคการซักล้างและรางเทที่เหมาะสมเพื่อการกำจัดออกไซด์ที่ดีขึ้น