Вакуумно-дуговый переплав - Vacuum arc remelting

Вакуумно-дуговый переплав (VAR) является вторичным таяние процесс производства металл слитки с повышенными химическими и механическими однородность для приложений с высокими требованиями.[1] Процесс VAR произвел революцию в специальности традиционные методы металлургии промышленность и сделала возможным использование невероятно контролируемых материалов в биомедицине, авиации и аэрокосмической сфере.

Обзор

VAR чаще всего используется в приложениях с высокой стоимостью. По сути, это дополнительный этап обработки для улучшения качества металла. Поскольку это занимает много времени и дорого, большинство коммерческих сплавы не применяйте этот процесс. Никель, титан,[2] и специальность стали материалы, которые чаще всего обрабатываются этим методом. Традиционный путь производства титановых сплавов включает одинарную, двойную или даже тройную обработку VAR.[3] Использование этого метода по сравнению с традиционными методами дает несколько преимуществ:

  • Скорость затвердевания расплавленного материала можно строго контролировать. Это позволяет в высокой степени контролировать микроструктура а также возможность минимизировать сегрегацию
  • Газы, растворенные в жидком металле при плавке металлов в открытых печах, таких как азот, кислород и водород считаются вредными для большинства сталей и сплавов. В условиях вакуума эти газы уходят из жидкого металла в вакуумную камеру.
  • Элементы с высоким давлением пара, такие как углерод, сера, и магний (часто загрязняющих веществ) снижена концентрация.
  • Осевая линия пористость и сегрегация устранены.
  • Некоторые металлы и сплавы, такие как Ti, нельзя плавить в печах на открытом воздухе.

Описание процесса

Сплав для VAR формуют в цилиндр, как правило, путем вакуумная индукционная плавка (ВИМ) или ковшовое рафинирование (расплав на воздухе). Этот цилиндр, называемый электродом, затем помещается в большую цилиндрическую закрытую тигель и доведен до металлургического вакуум (0,001–0,1 мм рт. Ст. Или 0,1–13,3 Па). На дне тигля находится небольшое количество переплавляемого сплава, к которому приближается верхний электрод перед началом плавления. Несколько килоампер ОКРУГ КОЛУМБИЯ ток используются для зажигания дуги между двумя деталями, и оттуда происходит непрерывное плавление. В тигель (обычно из медь ) окружен водяной рубашкой, используемой для охлаждения расплава и контроля скорости затвердевания. Предотвращать дуга между электродом и боковыми стенками тигля диаметр тигля больше диаметра электрода. В результате электрод необходимо опускать, так как его расходует расплав. Контроль тока, охлаждающей воды и межэлектродного зазора важен для эффективного управления процессом и производства бездефектного материала.

В идеале скорость плавления остается постоянной на протяжении всего технологического цикла, но мониторинг и управление процессом вакуумно-дугового переплава непросто.[4] Это связано с тем, что происходит очень сложный перенос тепла, включающий теплопроводность, излучение, конвекцию (в жидком металле) и адвекцию (вызванную Лоренц Форс ). Обеспечение согласованности процесса плавления с точки зрения геометрии ванны и скорости плавления имеет решающее значение для обеспечения наилучших возможных свойств сплава.

Материалы и приложения

Процесс VAR используется для многих различных материалов, однако в некоторых случаях почти всегда используется материал, прошедший VAR-обработку. Список материалов, которые могут быть обработаны VAR, включает:

Обратите внимание, что чистый титан и большинство титановых сплавов подвергаются двойной или тройной VAR-обработке. Суперсплавы на основе никеля для аэрокосмической промышленности обычно обрабатываются методом VAR. Сплавы циркония и ниобия, используемые в атомной промышленности, обычно подвергаются VAR-обработке. Чистая платина, тантал и родий могут подвергаться VAR-обработке.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ «Моделирование процесса литья и затвердевания», Куанг-Оскар Ю, CRC; 1-е издание (15 октября 2001 г.), ISBN  0-8247-8881-8
  2. ^ Загребельный Д. Моделирование макросегрегации при вакуумно-дуговом переплаве сплава Ti-10V-2Fe-3Al. ISBN  978-3-8364-5948-8
  3. ^ Титан: прошлое, настоящее и будущее (1983) [1] ISBN  0-309-07765-6
  4. ^ Д.А. Мелгаард, Р.Г. Эрдманн, Дж. Дж. Биман, Р.Л. Уильямсон - 2007 г.

дальнейшее чтение