202641. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés hőálló anyagoknak indukciós úton való előállítására
1 HU 202 641 B 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés hőálló anyagoknak indukciós úton való előállítására, amely révén a kiinduló por alakú anyagok megolvasztásával hőálló anyagú testek és idomok állíthatók elő. A hőálló anyagoknak és ötvözeteknek az eddig ismert eljárásokkal és eszközökkel való olvasztása során nem kerülhető el az olvasztáshoz használt edény károsodása, egyes esetekben a megolvadása sem. Dyen hőálló anyagok lehetnek magas olvadáspontú fémek, mint a 3400 *C hőmérsékleten olvadó volfram és a 2600 ‘C hőmérsékleten olvadó molibdén, vagy lehetnek hőálló oxidok és mesterségesen előállított anyagok, például karbidok. A szilárd testeket és idomdarabokat színtereléssel vagy olvasztással készítik. A rendszerint por vagy szemcsés állapotban levő hőálló anyagokat az olvasztáshoz olyan tégelyekbe helyezik, amely tégelyek olvasztás közben bomlanak, helyileg maguk is megolvadnak vagy legalábbis erősen kopnak. A színterelés során a hőálló anyag port összesajtolják és a nyert, félkemény állapotban levő testeket fölhevítik, minek következtében a szemcsék egymáshoz kötődnek. Az így előállított fém anyagú testeket ezután kovácsolják vagy melegen hengerük mindaddig, amíg kellő szilárdságú és keménységű testet, illetve idomot nem kapnak. Ez az eljárás főként volfram és molibdén anyagú testek előállítására használt. Egy másféle színterelési eljárási alkalmaznak a fémkerámiák előállításához. Ez az eljárás főként volframkarbid előállítására használatos, azonban alkalmazzák más hőálló karbid anyagú testek gyártására is (TiC, TaC stb.). A hőálló karbidok (WC, TiC, TaC) por anyagát kobaltporral keverik össze, majd a keveréket kívánt alakra összesajtolják és a kobalt olvadáspontjáig hevítik. A hőkezelés után a kihűlt testben, illetve idomban levő szemcséket egy alakítható és erős kobalthártya kapcsolja össze. A volframkarbidnak olvasztással való gyártásához eddig olyan módszert és tégelyt használtak, amelynél olvasztás közben maga a tégely is fölhevített állapotban van. Ennél az ismert eljárásnál egy grafit tégelybe szénpor és volframpor keverékét helyezik és a tégely falát indukció azaz nagyfrekvenciájú mágneses tér hatása révén vagy más módon fölhevítik. A magas hőmérsékletű tégelyfalak a porkeveréket körülbelül 2750 °C hőmérsékletre, azaz mintegy az olvadáspontig hevítik. A tégelynek az említettnél magasabb hőmérsékletet is ki kell bírni és a tégelyt kívülről megfelelően szigetelni kell. Ennek az ismert eljárásnak hibája, hogy a nyert ötvözet széntartalma bizonytalan, mert a grafittégely anyagának egy része is belekerül az ötvözetbe. Hiba az is, hogy a tégely aránylag rövid idő alatt elhasználódik. Továbbá hátrányos jelenség, hogy a tégely hevítésének lehetséges módjai nem teszik lehetővé a folyamatos termelést, vagy legalábbis jelentősen megnehezítik. A gyakorlati tapasztalatok szerint volframkarbidnak és hasonló anyagoknak forró tégelyben való olvasztása után az anyagot gyorsan ki kell önteni a tégelyből ahhoz, hogy az anyag összetétele, ötvözete közel a kívánt maradjon. Ezzel a problémával foglalkozik például az 1 839 518 számú US szabadalmi leírás. Ez a folyamatos gyártást lehetetlenné teszi, mert ha a folyékony volframkarbidot hosszabb ideig tartjuk a grafittégelyben, ebből folyamatosan szenet vesz föl, a széntartalom növekedése pedig az olvadáspont növekedését vonja maga után. így a megolvadt anyagnak a folyamat normális lezajlásához szükséges ideig való tégelyben tartása igen nehezen valósítható meg. Ismert olyan indukciós hevítési eljárás is, amelynél magát a kezelni kívánt anyagot teszik ki váltakozó mágneses tér hatásának és így hevítik. Ekkor az anyagot tartalmazó tégely falai hidegek maradnak, mert a tégely úgy van megépítve, hogy a mágneses teret fölfogja és összegyűjti anélkül, hogy az indukált áram hatására jelentősen fölmelegedne. Egy ilyen eljárás és tégely leírása található például a 2 036 418 számú FR szabadalmi leírásban. A hőálló anyagú porkeverékeknek ilyen hideg tégelyben való hevítése és olvasztása azonban több jelentős problémát okoz. Az egyik probléma, hogy például volfram por esetében néhány tizedmilliméteres szemcsékhez 1 MHz-nél nagyobb frekvenciájú mágneses térre van szükség és az c frekvenciának megfelelő teljesítményt igen nehéz biztosítani. Hiba az is, hogy e frekvencia a rádióhullámokat is zavarja. Mindezek a problémák ennek az eljárásnak közvetlen ipari alkalmazását nem teszik lehetővé. Az 1 MHz-nél nagyobb frekvenciájú mágneses tér alkalmazásának egy sajátos esetével foglalkozik a 3 708 645 számú US szabadalmi leírás. Az itt leírt hevítési eljárásnál a munkadarabot előzetesen elektromos ellenállástestté sajtolják a porszerű anyagrészecskékből. Az általában rúd alakra formált ellenállástestet indukciós fűtőtekercs veszi körbe, amely azt előbb a nagyfrekvenciás áram áteresztésével melegíti, majd pedig az indukciós hevítést az ellenállástesten átvezetett áram hőhatása váltja fel. Az eljárás célja a munkadarab, azaz az ellcnállástest részecskéinek egymáshoz tömörítése. Ezen találmány szerint az anyagtest zsugorításához a kezdeti indukciós előhevítés után már előnyösebb a melegítés az áramjárta vezető, ill. ebben az esetben ellenállástest hőhatása, azaz J2R számítása alapján. Az indukciós hevítéssel ugyanis magasabb hőmérsékletre melegszik fel a munkadarab, amely kedvezőtlen a zsugorítás szempontjából. A 3 721 549 számú US szabadalmi leírás szerint a nagyfrekvenciás árammal hevített indukciós olvasztótégelyben U, Ti, Pu, Zr redukáló reakciós folyamata játszódik le különböző redukálószer (Ca, Mg vagy fluorid), valamint oldószer hozzáadagolása mellett. Az olvasztótégely lefelé szűkülő alakú, a hevítés és a redukálás, olvasztott fém csapolása szakaszosan megy végbe védőgáz alatt Ebben az esetben az olvasztótégely hőállóságával kapcsolatos igények alacsonyabb hőmérsékletre mérséklődnek, mivel a reakció hőmérséklete is általában 1200 'C, maximum 2000 'C hőfokú. Egy további, a 3 665 083 számú US szabadalmi leírás ugyancsak titán előálü'tására szolgáló olvasztótégelyt mutat be. Az olvasztótégelyt viszonylag magas hőmérsékletre, kb. 2800 *C-ra hevítik indukciós úton. Az indukciós tégely és az áramjárta tekercs között egy hengeres védőpajzs helyezkedik el. A védőpajzs a tégely falától légréssel van elválasztva. Az olvasztás ebben az esetben is szakaszos, csak a behelyezett fémtömb kívánt hőmérsékletre történő felhevítése után nyitják ki a tégely alatti, zárólappal tömített csapolónyílást, és folyatják ki az olvadt femet, célszerűen védőgáz alatt. A találmány feladata az eddig ismert eljárások és berendezések hátrányos tulajdonságainak kiküszöbölésével olyan eljárás és berendezés létrehozása, amelyek 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
