真空感應熔煉技術(shù)的發(fā)展及趨勢.pdf

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1、真空感應熔煉技術(shù)的發(fā)展及趨勢隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對機械零件的使用要求越來越高，愈加嚴苛的使用環(huán)境對金屬材料的耐高溫，耐磨，抗疲勞等性能提出了更高的要求。對于某些特定的金屬或合金材料，無論是前期研發(fā)試驗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，感應加熱技術(shù)用于熔煉制備金屬材料或在一定工藝中對材料進行燒結(jié)，熱處理等，都起到了至關(guān)重要的作用。1、真空感應熔煉技術(shù)1.1、原理感應加熱技術(shù)通常是指真空條件下，

2、通過電磁感應原理使感磁性較好的材料獲得感應電流，達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)生感應磁場，并使得金屬內(nèi)部產(chǎn)生感應電流，并產(chǎn)生大量的熱量，用來加熱材料。當熱量相對較低時可用于真空感應熱處理等工藝，當熱量較高時，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、應用1.2.1、真空感應熔煉真空感應熔煉技術(shù)是目前對金屬材料加熱效率最高、速度最快，低耗節(jié)能環(huán)保型的感應加熱技術(shù)。該技術(shù)主要在感應熔煉爐等設(shè)備上實現(xiàn)，應用范圍十分廣泛。固態(tài)的金屬原材料放入

3、由線圈纏繞的坩堝中，當電流流經(jīng)感應線圈時，產(chǎn)生感應電動勢并使金屬爐料內(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，隨著熱量越積越多，到達一定程度時，金屬由固態(tài)熔化為液態(tài)，達到冶煉金屬的目的。在此過程中，由于整個過程發(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。同時冶煉過程中，通過真空環(huán)境以及感應加熱的控制，可以調(diào)整熔煉溫度并及時補充合金金屬，達到精煉的目的。在熔化過程中，因為感應熔煉技術(shù)的特點，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，可以自動實現(xiàn)攪拌

4、，使成分更加均勻，這也是感應熔煉技術(shù)的一大優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的冶煉相比，真空感應熔煉節(jié)能，環(huán)保，工人作業(yè)環(huán)境好，勞動強度小，具有很大優(yōu)勢。利用感應熔煉技術(shù)，最終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材料各性能的要求。真空感應熔煉技術(shù)目前已經(jīng)得到大規(guī)模的使用，從用于試驗研究的幾千克感應爐到用于實際生產(chǎn)的幾十噸容量的大型感應爐，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，具有很大的應用前景，近些年得到了快速的發(fā)展。1.2.2、真空感應燒結(jié)真空燒結(jié)是指在真

5、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，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，和常溫燒結(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。對于某些物料需要通過受熱借助原子遷移實現(xiàn)顆粒間的結(jié)合，而感應燒結(jié)技術(shù)在此過程中則起到了對其的加熱作用。真空感應燒結(jié)的優(yōu)點在于，真空條件下有助于減少氣氛中的有害物質(zhì)(水蒸氣，氧氣，氮氣等其他雜質(zhì))，避

6、免出現(xiàn)脫碳，滲氮，滲碳，還原，氧化等一系列反應。過程中降低孔隙內(nèi)的氣體量，減少氣體分子的化學反應，同時在物料出現(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)合的時候使材料結(jié)合更致密，提高其耐磨性及強度。另外真空感應燒結(jié)對降低產(chǎn)品成本也具有一定的效果。由于真空環(huán)境下，氣體含量處于相對很低的狀態(tài)，因此可以忽略熱量的對流和傳導，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，感應燒結(jié)采用中頻電源加熱，一定程度上避

7、免了采用電阻內(nèi)加熱方式真空爐的高溫絕緣問題。目前，感應燒結(jié)技術(shù)主要應用在鋼鐵，冶金領(lǐng)域。另外，在特種陶瓷的材料上，感應燒結(jié)增強了固體顆粒的鍵聯(lián)，有助于晶粒長大，壓縮空隙，進而增加密度，形成致密的多晶燒結(jié)體。感應燒結(jié)技術(shù)也正在新材料的研究上得到更廣泛的應用。1.2.3、真空感應熱處理目前應有較多的感應熱處理技術(shù)主要集中在感應淬火技術(shù)。將工件放入感應器(線圈)內(nèi)，當感應器中通入一定頻率的交變電流時,周圍即產(chǎn)生交變磁場。交變磁場的電磁感應作用使工件內(nèi)產(chǎn)生封閉的渦流。由于集膚效應，即感應電流在工件截面上的分布

8、很不均勻，工件表層電流密度很高，向內(nèi)逐漸減小。工件表層高密度電流的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽贡韺拥臏囟壬?，即實現(xiàn)表面加熱。電流頻率越高，工件表層與內(nèi)部的電流密度差則越大，加熱層越薄。在加熱層溫度超過鋼的臨界點溫度后迅速冷卻，即可實現(xiàn)表面淬火。由感應加熱的原理可知，通過調(diào)節(jié)感應線圈通過電流的頻率，即可適當?shù)母淖冸娏鞯耐溉肷疃?，深度可調(diào)也是感應熱處理的一個較大的優(yōu)勢。但是感應淬火技術(shù)由于適應性較差，不適用與復雜的機械工件。雖然淬火后的工件表層有較大的壓縮內(nèi)應力，抗