أخبار

الصهر بالحث الفراغي
طُوِّرت تقنية الصب الفراغي (الصهر الحثي الفراغي - VIM) لمعالجة السبائك المتخصصة والنادرة، ولذا أصبحت أكثر شيوعًا مع تزايد استخدام هذه المواد المتقدمة. وقد طُوِّرت هذه التقنية لصهر وصب السبائك الفائقة والفولاذ عالي المقاومة، والتي يتطلب الكثير منها معالجة فراغية لاحتوائها على عناصر حرارية وتفاعلية مثل التيتانيوم والنيوبيوم والألومنيوم. كما يمكن استخدامها أيضًا للفولاذ المقاوم للصدأ والمعادن الأخرى عند الرغبة في الحصول على مصهور أولي عالي الجودة.

كما يوحي الاسم، تتضمن هذه العملية صهر المعدن في ظروف فراغية. ويُستخدم الحث الكهرومغناطيسي كمصدر للطاقة لصهر المعدن. ويعمل الصهر بالحث عن طريق توليد تيارات دوامية كهربائية في المعدن. المصدر هو ملف الحث الذي يحمل تيارًا متناوبًا. تعمل هذه التيارات الدوامية على تسخين المعدن وصهره في النهاية.

يتكون الفرن من غلاف فولاذي محكم الإغلاق ومبرد بالماء، قادر على تحمل الفراغ المطلوب للمعالجة. يُصهر المعدن في بوتقة موضوعة داخل ملف حث مبرد بالماء، وعادةً ما يُبطن الفرن بمواد حرارية مناسبة.

تُصهر المعادن والسبائك التي تتميز بميلها الشديد للغازات، وخاصة النيتروجين والأكسجين، وتُكرر عادةً في أفران الحث الفراغية لمنع التلوث أو التفاعل مع هذه الغازات. ولذلك، تُستخدم هذه العملية عمومًا لمعالجة المواد عالية النقاوة أو المواد ذات التركيب الكيميائي الدقيق.

س: لماذا يتم استخدام الصهر بالحث الفراغي؟

ج: طُوِّرت عملية الصهر الحثي الفراغي في الأصل لمعالجة السبائك المتخصصة والنادرة، وأصبحت بالتالي أكثر شيوعًا مع تزايد استخدام هذه المواد المتقدمة. ورغم أنها طُوِّرت لمواد مثل السبائك الفائقة، إلا أنه يمكن استخدامها أيضًا للفولاذ المقاوم للصدأ والمعادن الأخرى.
كيف يفعل ذلك؟فرن الحث الفراغيعمل؟
تُوضع المادة في فرن الحث تحت فراغ، ويُطبَّق عليها الطاقة لصهرها. تُضاف كميات إضافية من المعدن السائل للوصول إلى حجم الصهر المطلوب. يُنقى المعدن المنصهر تحت فراغ، وتُعدَّل تركيبته الكيميائية حتى الوصول إلى التركيبة الكيميائية المطلوبة بدقة.
ماذا يحدث للمعادن في الفراغ؟
على وجه الخصوص، تُشكّل معظم المعادن طبقة أكسيد على أي سطح مُعرّض للهواء. تعمل هذه الطبقة كحاجز لمنع الالتصاق. في فراغ الفضاء، حيث لا يوجد هواء، لا تُشكّل المعادن هذه الطبقة الواقية.

مزايا صهر VIM
تختلف مستويات الفراغ خلال مرحلة التكرير باختلاف المنتج والعملية المعدنية، حيث تتراوح بين 10⁻¹ و10⁻⁴ ملي بار. ومن مزايا المعالجة بالفراغ في مجال المعادن ما يلي:
يحد الانصهار في جو خالٍ من الأكسجين من تكوين شوائب الأكاسيد غير المعدنية ويمنع أكسدة العناصر النشطة
تحقيق دقة عالية جدًا في التركيب الكيميائي ومحتوى الغازات
إزالة العناصر النزرة غير المرغوب فيها ذات ضغوط البخار العالية
إزالة الغازات المذابة – الأكسجين والهيدروجين والنيتروجين
ضبط التركيب الدقيق والمتجانس للسبيكة ودرجة حرارة الانصهار
يؤدي الصهر في الفراغ إلى الاستغناء عن غطاء الخبث الواقي ويقلل من احتمالية التلوث العرضي بالخبث أو الشوائب في السبيكة
لهذا السبب، تُعدّ العمليات المعدنية مثل إزالة الفوسفور والكبريت محدودة. يهدف علم المعادن بتقنية VIM بشكل أساسي إلى التفاعلات التي تعتمد على الضغط، مثل تفاعلات الكربون والأكسجين والنيتروجين والهيدروجين. وتُعتبر إزالة العناصر النزرة الضارة والمتطايرة، مثل الأنتيمون والتيلوريوم والسيلينيوم والبزموت، في أفران الحث الفراغية ذات أهمية عملية كبيرة.

يُعدّ الرصد الدقيق لتفاعل الكربون الزائد، الذي يعتمد على الضغط، لإتمام عملية إزالة الأكسدة، مثالًا واحدًا فقط على تنوّع استخدام عملية الصهر بالحث الفراغي (VIM) لإنتاج السبائك الفائقة. أما المواد الأخرى غير السبائك الفائقة، فتُزال منها الكربون والكبريت، أو تُقطّر بشكل انتقائي في أفران الحث الفراغي لتلبية المواصفات وضمان خصائص المواد. ونظرًا لارتفاع ضغط بخار معظم العناصر النزرة غير المرغوب فيها، يُمكن خفضها إلى مستويات منخفضة جدًا عن طريق التقطير أثناء الصهر بالحث الفراغي، لا سيما بالنسبة للسبائك ذات المقاومة العالية للغاية عند درجات حرارة تشغيل مرتفعة. وبالنسبة لمختلف السبائك التي يجب أن تستوفي أعلى متطلبات الجودة، يُعدّ فرن الحث الفراغي نظام الصهر الأنسب.

يمكن دمج الطرق التالية بسهولة مع نظام VIM لإنتاج مصهورات نقية:
التحكم في الغلاف الجوي بمعدلات تسرب وامتصاص منخفضة
اختيار مادة حرارية أكثر استقرارًا لتبطين البوتقة
التحريك والتجانس عن طريق التحريك الكهرومغناطيسي أو ضخ الغاز
التحكم الدقيق في درجة الحرارة لتقليل تفاعلات البوتقة مع المصهور
تقنيات مناسبة لإزالة الخبث والترشيح أثناء عملية الصب
تطبيق تقنية غسيل وتفريغ مناسبة لتحسين إزالة الأكسيد.