buồng chân không đúc kim loại

Buồng chân không đúc kim loại: Tổng quan

Buồng chân không trong đúc kim loại là môi trường được kiểm soát, từ đó không khí và khí được loại bỏ để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đúc. Chủ yếu được sử dụng trong các biến thể đúc mẫu và đúc cát, Công nghệ này giải quyết vấn đề quan trọng về độ xốp của khí—một khiếm khuyết phổ biến khi khí bị mắc kẹt tạo thành bong bóng trong kim loại đông đặc, làm suy yếu thành phần cuối cùng. Bằng cách thực hiện đúc dưới áp suất giảm (chân không), khí hòa tan dễ dàng được loại bỏ khỏi kim loại nóng chảy, và dòng chảy kim loại vào các khuôn phức tạp được tăng cường. Điều này dẫn đến vật đúc có tính chất cơ học vượt trội, bề mặt được cải thiện, và độ chính xác chiều cao hơn, làm cho nó trở nên cần thiết cho các ngành đòi hỏi khắt khe như hàng không vũ trụ, cấy ghép y tế, và kỹ thuật ô tô hiệu suất cao.

Các ứng dụng chính và lợi ích của quy trình

Hai ứng dụng chính là Đúc có hỗ trợ chân không Và Cảm ứng chân không nóng chảy và đúc (VIM-VAR).

1. Hỗ trợ chân không (hoặc Hút) Đúc: Thường được sử dụng với đầu tư (sáp bị mất) khuôn mẫu. Khuôn được đặt bên trong buồng, sau đó được sơ tán. Kim loại nóng chảy được đổ vào nồi nấu kim loại bên ngoài và được hút vào khuôn thông qua chênh lệch áp suất., hoặc toàn bộ sự tan chảy xảy ra trong buồng. Điều này giảm thiểu sự nhiễu loạn và oxy hóa trong quá trình làm đầy.
2. Cảm ứng chân không nóng chảy và đúc (VIM/VIC): Toàn bộ quá trình—tan chảy, tinh chế, và đổ—xảy ra bên trong buồng chân không cao. Điều này rất quan trọng đối với siêu hợp kim và kim loại phản ứng (như titan) dễ dàng phản ứng với oxy và nitơ trong không khí, hình thành các tạp chất có hại.

Lợi ích của việc đúc chân không so với đúc khí quyển thông thường là rất đáng kể:

Tính năng	Đúc khí quyển thông thường	Đúc buồng chân không
Độ xốp khí	Nguy cơ cao hơn do không khí bị mắc kẹt và khí hòa tan.	Giảm đáng kể; khí được sơ tán khỏi khuôn và tan chảy.
Bao gồm oxit	Nhiều khả năng là do phản ứng với oxy trong khí quyển.	Giảm thiểu đáng kể, đặc biệt là trong các quy trình VIM đầy đủ.
Tính lưu động của kim loại	Dòng tiêu chuẩn bị ảnh hưởng bởi trọng lực/áp suất.	nâng cao; chân không giúp kéo kim loại thành các phần mỏng và chi tiết phức tạp.
Tính chất cơ học	Tốt cho các ứng dụng tiêu chuẩn.	Độ bền kéo vượt trội, cuộc sống mệt mỏi, và độ tin cậy.
Sự phù hợp của vật liệu	Hợp kim tiêu chuẩn, thép, nhôm.	Cần thiết cho kim loại phản ứng (Của, Mg), siêu hợp kim, & ứng dụng có độ tinh khiết cao.
trị giá & Độ phức tạp	Đầu tư ban đầu và độ phức tạp vận hành thấp hơn.	Chi phí thiết bị cao hơn nhưng giảm tỷ lệ phế liệu và gia công sau đúc.

Nghiên cứu trường hợp thực tế: Sản xuất lưỡi tuabin

Một ứng dụng nổi bật là sản xuất các cánh tua bin siêu hợp kim gốc niken đơn tinh thể cho động cơ phản lực và tua bin phát điện..

• Vấn đề: Những lưỡi dao này hoạt động dưới nhiệt độ và áp suất khắc nghiệt. Ngay cả các lỗ khí cực nhỏ hoặc tạp chất oxit cũng có thể gây ra các vết nứt dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng.
• Giải pháp: Các nhà sản xuất sử dụng một kiên cố định hướng hỗ trợ chân không quá trình trong buồng lò chân không lớn.
• Quá trình: Khuôn đầu tư bằng gốm có chứa nhiều mẫu lưỡi dao được nạp vào buồng chân không trên tấm làm lạnh làm mát bằng nước. Buồng được sơ tán đến áp suất rất thấp (< 0.1 mbar). Hợp kim được nấu chảy trong cùng một buồng (VIM) và đổ vào khuôn đã nung nóng trước. Chân không đảm bảo không có không khí lọt vào trong quá trình đổ. Hơn nữa, quá trình trích nhiệt có kiểm soát sẽ hút nhiệt theo phương thẳng đứng xuống qua tấm làm lạnh, cho phép một tinh thể kim loại phát triển xuyên suốt cấu trúc của mỗi lưỡi dao.
• kết quả: Điều này tạo ra các lưỡi dao hầu như không có khuyết tật bên trong, sức mạnh nhiệt độ cao đặc biệt, và tuổi thọ sử dụng được kéo dài đáng kể—một kỳ tích không thể thực hiện được trong điều kiện khí quyển.

Câu hỏi thường gặp (Câu hỏi thường gặp)

1. Đúc chân không có loại bỏ tất cả các khuyết tật đúc không?
KHÔNG, nó chủ yếu nhắm tới các khiếm khuyết liên quan đến khí (độ xốp) và quá trình oxy hóa (sự bao gồm). Các khuyết tật khác như khoang co ngót, nước mắt nóng, hoặc lỗi vỏ đầu tư vẫn có thể xảy ra nếu các tham số quy trình như kiểm soát nhiệt độ hoặc thiết kế khuôn không được tối ưu hóa.

2. Mức độ chân không thường được yêu cầu?
Nó thay đổi theo quá trình:

• Để đúc mẫu đầu tư có hỗ trợ chân không để cải thiện khả năng lấp đầy: 10^-1 ĐẾN 10^-3 mbar (chân không thấp).
• Đối với VIM/VAC của siêu hợp kim hoặc titan: 10^-4 ĐẾN 10^-6 mbar (chân không cao/trung bình) để loại bỏ hiệu quả hydro/nitơ hòa tan và ngăn chặn các phản ứng.

3 Có phải nó chỉ dành cho "kỳ lạ" kim loại?
Trong khi cần thiết cho kim loại phản ứng, nó ngày càng được sử dụng để đúc nhôm và thép chất lượng cao, nơi độ tin cậy là tối quan trọng (VÍ DỤ., các bộ phận an toàn ô tô như kẹp phanh hoặc các bộ phận kết cấu hàng không vũ trụ). Việc giảm phế liệu thường biện minh cho chi phí thiết bị cao hơn.

4 Những hạn chế chính của công nghệ này là gì?
Hạn chế chính là chi phí vốn—lò/buồng chân không đắt tiền—và thời gian chu kỳ sản xuất có thể dài hơn do thời gian bơm xuống so với đổ ngoài trời.

5 Có thể đúc cát trong chân không?
Có—quá trình này được gọi là Đúc chân không hoặc Quy trình V sử dụng một màng nhựa mỏng trên khuôn cát không có chất kết dính; chân không được áp dụng thông qua các lỗ thông hơi trên tấm mẫu sẽ làm cứng cát trước khi đổ trong khi vẫn đang hút. Điều này cho phép tạo ra chi tiết tốt nhưng khác với việc sử dụng chân không chủ yếu để khử khí kim loại nóng chảy