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Fusion par induction sous vide
Le procédé de coulée sous vide (fusion par induction sous vide – VIM) a été mis au point pour la transformation d'alliages spéciaux et exotiques, et se généralise de ce fait à mesure que ces matériaux de pointe sont de plus en plus utilisés. Le VIM permet de fondre et de couler des superalliages et des aciers à haute résistance, dont beaucoup nécessitent un traitement sous vide en raison de leur teneur en éléments réfractaires et réactifs tels que le titane, le niobium et l'aluminium. Il peut également être utilisé pour les aciers inoxydables et d'autres métaux lorsqu'une fusion initiale de haute qualité est requise.

Comme son nom l'indique, ce procédé consiste à faire fondre un métal sous vide. L'induction électromagnétique est utilisée comme source d'énergie pour cette fusion. La fusion par induction fonctionne en induisant des courants de Foucault dans le métal. La source de ces courants est la bobine d'induction, qui est parcourue par un courant alternatif. Ces courants de Foucault chauffent le métal et finissent par le faire fondre.

Le four est constitué d'une enveloppe en acier étanche à l'air et refroidie à l'eau, capable de maintenir le vide nécessaire au traitement. Le métal est fondu dans un creuset placé dans un serpentin à induction refroidi à l'eau, et le four est généralement revêtu de matériaux réfractaires appropriés.

Les métaux et alliages présentant une forte affinité pour les gaz, notamment l'azote et l'oxygène, sont souvent fondus ou affinés dans des fours à induction sous vide afin d'éviter toute contamination ou réaction avec ces gaz. Ce procédé est donc généralement utilisé pour le traitement de matériaux de haute pureté ou de matériaux dont la composition chimique doit respecter des tolérances strictes.

Q : Pourquoi utilise-t-on la fusion par induction sous vide ?

A: La fusion par induction sous vide a été initialement développée pour le traitement d'alliages spéciaux et exotiques et se généralise par conséquent à mesure que ces matériaux de pointe sont de plus en plus utilisés. Bien qu'elle ait été mise au point pour des matériaux tels que les superalliages, elle peut également être utilisée pour les aciers inoxydables et d'autres métaux.
Comment unfour à induction sous videtravail?
Le matériau est introduit dans le four à induction sous vide, puis la chaleur est appliquée pour le faire fondre. Des ajouts successifs permettent d'atteindre le volume de métal liquide souhaité. Le métal en fusion est ensuite affiné sous vide et sa composition chimique ajustée jusqu'à l'obtention de la composition précise désirée.
Que se passe-t-il lorsque du métal est placé dans le vide ?
En particulier, la plupart des métaux forment une couche d'oxyde sur toute surface exposée à l'air. Cette couche fait office de bouclier et empêche l'adhérence des métaux. Dans le vide spatial, en l'absence d'air, les métaux ne formeraient pas cette couche protectrice.

Avantages de la fusion VIM
Selon le produit et le procédé métallurgique, les niveaux de vide durant la phase d'affinage se situent entre 10⁻¹ et 10⁻⁴ mbar. Parmi les avantages métallurgiques du traitement sous vide, on peut citer :
La fusion sous atmosphère exempte d'oxygène limite la formation d'inclusions d'oxydes non métalliques et empêche l'oxydation des éléments réactifs.
Obtention de tolérances de composition et de teneurs en gaz très serrées
Élimination des éléments traces indésirables à haute pression de vapeur
Élimination des gaz dissous – oxygène, hydrogène, azote
Réglage précis et homogène de la composition de l'alliage et de la température de fusion
La fusion sous vide élimine le besoin d'une couverture de laitier protectrice et réduit le risque de contamination accidentelle du lingot par du laitier ou des inclusions dans celui-ci.
Pour cette raison, les opérations métallurgiques telles que la déphosphoration et la désulfuration sont limitées. La métallurgie VIM vise principalement les réactions dépendantes de la pression, comme celles du carbone, de l'oxygène, de l'azote et de l'hydrogène. L'élimination des éléments traces volatils et nocifs, tels que l'antimoine, le tellure, le sélénium et le bismuth, dans les fours à induction sous vide revêt une importance pratique considérable.

Le contrôle précis de la réaction de désoxydation du carbone en excès, sous l'effet de la pression, illustre la polyvalence du procédé VIM pour la production de superalliages. D'autres matériaux sont décarburés, désulfurés ou distillés sélectivement dans des fours à induction sous vide afin de répondre aux spécifications et de garantir leurs propriétés. La pression de vapeur élevée de la plupart des éléments traces indésirables permet de réduire leur concentration à des niveaux très bas par distillation lors de la fusion par induction sous vide, notamment pour les alliages à très haute résistance et à haute température de fonctionnement. Pour les alliages exigeant une qualité irréprochable, le four à induction sous vide constitue le système de fusion le plus adapté.

Les méthodes suivantes peuvent être facilement combinées avec le système VIM pour produire des fusions propres :
Contrôle de l'atmosphère avec de faibles taux de fuite et de désorption
Sélection d'un matériau réfractaire plus stable pour le revêtement du creuset
Agitation et homogénéisation par agitation électromagnétique ou par purge gazeuse
Contrôle précis de la température pour minimiser les réactions entre le creuset et le bain de fusion.
Techniques appropriées de décrassage et de filtration pendant le processus de coulée
Application d'une technique de lavage et de répartition appropriée pour une meilleure élimination des oxydes.