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(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)，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(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(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。

　　1.2.3、真空感應(yīng)熱處理

　　目前應(yīng)有較多的感應(yīng)熱處理技術(shù)主要集中在感應(yīng)淬火技術(shù)。將工件放入感應(yīng)器(線圈)內(nèi)，當(dāng)感應(yīng)器中通入一定頻率的交變電流時(shí),周圍即產(chǎn)生交變磁場。交變磁場的電磁感應(yīng)作用使工件內(nèi)產(chǎn)生封閉的渦流。由于集膚效應(yīng)，即感應(yīng)電流在工件截面上的分布很不均勻，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?，使表層的溫度升高，即?shí)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(diǎn)溫度后迅速冷卻，即可實(shí)現(xiàn)表面淬火。由感應(yīng)加熱的原理可知，通過調(diào)節(jié)感應(yīng)線圈通過電流的頻率，即可適當(dāng)?shù)母淖冸娏鞯耐溉肷疃龋疃瓤烧{(diào)也是感應(yīng)熱處理的一個(gè)較大的優(yōu)勢。但是感應(yīng)淬火技術(shù)由于適應(yīng)性較差，不適用與復(fù)雜的機(jī)械工件。雖然淬火后的工件表層有較大的壓縮內(nèi)應(yīng)力，抗疲勞斷裂能力較高。但是只適用于簡單工件的流水線生產(chǎn)。

　　目前應(yīng)用感應(yīng)淬火技術(shù)主要應(yīng)用在汽車工業(yè)中的曲軸凸輪軸等零件的表面淬火，由于這些零部件雖然結(jié)構(gòu)簡單，但工作環(huán)境惡劣，對零部件的性能有一定的耐磨性，抗彎曲，抗疲勞要求，通過感應(yīng)淬火提高他們的耐磨性和抗疲勞能力也是目前滿足性能要求的最合理的方法。廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)中的部分零部件表面處理。

　　2、真空感應(yīng)熔煉設(shè)備

　　真空感應(yīng)熔煉設(shè)備是利用感應(yīng)熔煉技術(shù)，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)的配套，將原理實(shí)現(xiàn)在實(shí)際使用中。設(shè)備通常利用電磁感應(yīng)原理，將感應(yīng)線圈，物料放入一個(gè)密閉的腔體內(nèi)部，通過真空抽氣系統(tǒng)將容器中的氣體抽出，隨后，利用電源使電流通過感應(yīng)線圈，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢并在物料內(nèi)部形成渦流，發(fā)熱量到達(dá)一定程度時(shí)，物料便開始熔化。在熔化過程中，通過設(shè)備上的其他配套組件，實(shí)現(xiàn)功率控制，溫度測定，真空度測定，補(bǔ)充加料等一系列操作，最終通過坩堝翻轉(zhuǎn)將液態(tài)金屬澆注到模具中，形成成金屬鑄錠，完成冶煉。真空感應(yīng)熔煉設(shè)備主要結(jié)構(gòu)包括以下幾個(gè)部分：除了以上組成部分之外，真空熔煉爐還應(yīng)配備有電源及控制系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)，為設(shè)備熔化材料提供能量輸入，并在關(guān)鍵部位提供一定的冷卻，防止系統(tǒng)過熱導(dǎo)致結(jié)構(gòu)壽命降低甚至損壞。對于特定工藝要求的感應(yīng)熔煉設(shè)備，還有相關(guān)配套輔助部件，比如傳動(dòng)料車，開關(guān)爐門，離心澆注盤，觀察窗等等，對于雜質(zhì)較多的設(shè)備，還應(yīng)配有氣體的過濾系統(tǒng)等。由此可見，一套完整的感應(yīng)熔煉設(shè)備除了必要的組件之外，還可以根據(jù)具體的工藝要求，通過加入其他部件的輔助，實(shí)現(xiàn)不同的功能，為金屬的制備提供便利的條件和實(shí)現(xiàn)方式。