Technisches Team · Kintek Solution

Das Vakuum-Lichtbogenschmelzen, insbesondere das Vakuum-Lichtbogen-Umschmelzen (VAR), ist ein sekundäres Schmelzverfahren, das hauptsächlich zur Herstellung hochwertiger Metalllegierungen verwendet wird, insbesondere für kritische Anwendungen in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Energiebranche und der Kerntechnik. Das Verfahren umfasst das Schmelzen einer verbrauchbaren Metallelektrode unter Vakuumbedingungen mit Hilfe eines Gleichstromlichtbogens, gefolgt von der kontrollierten Erstarrung des geschmolzenen Metalls in einem wassergekühlten Kupfertiegel.

Beschreibung des Verfahrens:

1. Einrichtung und anfängliches Schmelzen: Das VAR-Verfahren beginnt mit einer zylindrischen Abschmelzelektrode, die in der Regel aus einer zuvor gegossenen Metalllegierung hergestellt wird. Diese Elektrode wird in einer Vakuumkammer über einem wassergekühlten Kupfertiegel platziert. Der Tiegel hat einen größeren Durchmesser als die Elektrode, um den Lichtbogen zu kontrollieren. Eine kleine Menge derselben Legierung, die umgeschmolzen werden soll, wird auf dem Boden des Tiegels platziert.

2. Lichtbogenbildung und Schmelzen: Zwischen der Elektrode und dem Metall im Tiegel wird ein Gleichstromlichtbogen erzeugt. Dieser Lichtbogen, der Temperaturen von fast 5000 K erreichen kann, lässt den Boden der Elektrode schnell schmelzen. Die geschmolzenen Metalltröpfchen fallen durch den Lichtbogen in den Schmelztiegel und bilden ein Schmelzbad.

3. Kontrollierte Erstarrung: Während das Metall weiter schmilzt und in den Tiegel tropft, wird es durch die wassergekühlten Wände des Tiegels schnell abgekühlt, was zur Erstarrung führt. Der Erstarrungsprozess wird genau kontrolliert, um die Bildung eines homogenen und reinen Barrens zu gewährleisten. Die Abkühlungsgeschwindigkeit, der Abstand zwischen Elektrode und Tiegel und der verwendete Strom sind entscheidende Parameter, die die Qualität des Endprodukts beeinflussen.

4. Reinigung und Veredelung: Die Vakuumumgebung und die hohen Temperaturen, die beim VAR-Verfahren herrschen, fördern die Entfernung von Verunreinigungen und die Verfeinerung der Kristallstruktur des Metalls. Dies ist besonders wichtig für reaktive Metalle wie Titan und Zirkonium, die ohne Kontakt mit feuerfesten Materialien gereinigt werden können, sowie für Stähle und Superlegierungen, bei denen es die Reinheit von Einschlüssen verbessert.

Zweck und Anwendungen:

Der Hauptzweck von VAR ist die Herstellung von Metalllegierungen mit einem hohen Reinheitsgrad, Homogenität und verbesserten mechanischen Eigenschaften. Dies ist von entscheidender Bedeutung für Anwendungen, bei denen die Materialeigenschaften von entscheidender Bedeutung sind, wie z. B. bei Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, Energieerzeugungsanlagen und medizinischen Geräten. Das Verfahren unterliegt auch der mathematischen Modellierung und numerischen Simulation, um industrielle Anwendungen zu optimieren und sicherzustellen, dass die umgeschmolzenen Barren, die mehrere Tonnen wiegen können, strenge Qualitätsstandards erfüllen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Vakuum-Lichtbogenumschmelzen ein hochentwickeltes metallurgisches Verfahren ist, bei dem die intensive Hitze eines elektrischen Lichtbogens in einer Vakuumumgebung genutzt wird, um Metalllegierungen zu veredeln und zu verfestigen, so dass Materialien mit hervorragenden Eigenschaften entstehen, die sich für anspruchsvolle Anwendungen eignen.