Вакуумная дуговая переплавка ( ВДП ) — это вторичный процесс плавки для производства металлических слитков с повышенной химической и механической однородностью для высокотребовательных применений. [1] Процесс ВДП произвел революцию в традиционной металлургической промышленности и сделал возможным строго контролируемые материалы, используемые в биомедицине, авиации и космонавтике. [2]
VAR чаще всего используется в дорогостоящих приложениях. Это дополнительный этап обработки для улучшения качества металла. Поскольку это занимает много времени и стоит дорого, большинство коммерческих сплавов не используют этот процесс. Никель , титан [3] и специальные стали являются материалами, которые чаще всего обрабатываются этим методом. Обычный путь производства титановых сплавов включает одинарную, двойную или даже тройную обработку VAR. [4] Использование этой технологии по сравнению с традиционными методами имеет несколько преимуществ:
Сплав, подвергаемый ВДП, обычно формуется в цилиндр с помощью вакуумной индукционной плавки (ВИП) или ковшовой плавки (воздушной плавки). Этот цилиндр, называемый электродом, затем помещается в большой цилиндрический закрытый тигель и доводится до металлургического вакуума (0,001–0,1 мм рт. ст. или 0,1–13,3 Па). Внизу тигля находится небольшое количество сплава, подлежащего переплавке, к которому верхний электрод приближается перед началом плавки. Несколько килоампер постоянного тока используются для зажигания дуги между двумя частями, таким образом, получается непрерывный расплав. Тигель ( обычно сделанный из меди ) окружен водяной рубашкой для охлаждения расплава и контроля скорости затвердевания. Чтобы предотвратить дугообразование между электродом и стенками тигля, диаметр тигля больше, чем электрод. В результате электрод должен опускаться по мере его потребления расплавом. Контроль тока, охлаждающей воды и зазора между электродами имеет важное значение для эффективного управления процессом и производства бездефектного материала.
В идеале скорость плавления остается постоянной на протяжении всего технологического цикла, но мониторинг и управление процессом вакуумной дуговой переплавки непросты. [5] Это связано с тем, что происходит сложный перенос тепла, включающий проводимость, излучение, конвекцию внутри жидкого металла и адвекцию, вызванную силой Лоренца . Обеспечение постоянства процесса плавления с точки зрения геометрии ванны и скорости плавления имеет решающее значение для обеспечения наилучших возможных свойств сплава.
Процесс VAR используется на многих различных материалах. Определенные приложения почти всегда используют материал, обработанный VAR. Список материалов, которые могут быть обработаны VAR, включает:
Обратите внимание, что чистый титан и большинство титановых сплавов подвергаются двойной или тройной ВДП-обработке. Суперсплавы на основе никеля для аэрокосмических применений обычно подвергаются ВДП-обработке. Циркониевые и ниобиевые сплавы, используемые в ядерной промышленности, обычно подвергаются ВДП-обработке. Чистые платина, тантал и родий могут подвергаться ВДП-обработке.