真空感应炉是铸造、变形及粉末高温合金熔炼运用的关键设备。其工作原理是在真空环境下利用电磁感应在金属料中产生涡流热使其熔化,然后经过电磁拌和生成精确操控成分的合金。熔炼过程中发生真空气(O、N、H)、低熔点有害元素挥发、分解与浮选等物理化学反应。现在,真空感应熔炼炉能够熔炼Fe、Ni与Co基高温合金等高质量资料。
而且与电渣炉、自耗炉相比,真空感应熔炼炉的杰出优点可概括为6点:
①非常精准的合金成分误差操控;
②真空环境避免了空气污染和因氧化造成的合金元素烧损;
③去除低熔点的有害微量元素;
④下降溶解气体含量;
⑤中频电磁感应拌和使合金熔更均匀,下降元素偏析;
⑥重熔收回并净化高温合金返回料。可是,真空感应熔炼炉也有一些缺陷,包括高温下合金熔体与耐火资料坩埚的反应、难于脱硫(S)、夹杂物含量较高、制备的铸锭内部缩孔大且元素偏析严峻等。
自1916年德国人Wilhelm Rohn成功采用自己设计的小型真空感应炉熔炼出金属后,现在技术水平已经能够生产容量从1Kg(乃至几十克)至60T(乃至更大)的真空感应炉设备。1923年德国采用4吨容量的真空感应炉制备Ni、Co高温合金,开端了VIM炉的工业化应用。我国于1956年进口了两台10Kg级真空感应熔炼炉,开端展开高温合金的研讨。现在国内高温合金专业化冶金厂及相关企业在用的各种容量真空感应熔 Mater炼炉有近千台。
真空感应熔炼制备的高温合金铸锭主要用做二次重熔的电极棒和母合金锭,经过熔炼进一步制备成棒材、铸锭乃至高温合金粉末。近年,在传统真空感应熔炼(Vacuum Induction Melting,VIM)炉基础上,国外又研制出真空感应脱气与浇注(Vacuum Induction Degassing and Pouring,VIDP)炉(图3)。认为VIDP炉设备的模块化设计更紧凑,维护更方便,功率更高,生产成本更低等,一起VIDP炉与其他浇注体系(如连铸体系)组合,能够扩展其功用,实现“一机多用”。可是VIDP炉的流槽比较长,对熔炼一些牌号的高温合金是否适用,还需要进一步的工程验证。