Das Vakuum-Lichtbogenumschmelzen (VAR) ist ein sekundäres Schmelzverfahren zur Herstellung von Metallblöcken mit hoher chemischer und mechanischer Homogenität für anspruchsvolle Anwendungen. Es handelt sich um ein Veredelungsverfahren, das eingesetzt wird, wenn die Anforderungen an Reinheit und Homogenität die Möglichkeiten herkömmlicher Produktions- und Gießverfahren übersteigen.
Das VAR-Verfahren beginnt mit einer Ausgangselektrode, die in einem früheren Produktionsprozess gegossen wurde. Die Elektrode wird unter Vakuumbedingungen schrittweise umgeschmolzen, wobei die Wärmezufuhr über einen elektrischen Lichtbogen erfolgt. Der Boden der Elektrode schmilzt allmählich und tropft nach unten zu einem Schmelzbad, das dann erstarrt und den endgültigen Barren bildet.
Das VAR-Verfahren besteht aus drei Hauptteilen: Anfahren, stationärer Zustand und heißes Ende. Beim Anfahren wird die Elektrode allmählich aufgeschmolzen. Im eingeschwungenen Zustand wird der Umschmelzprozess mit einem stabilen Lichtbogen und einer konstanten Schmelzrate fortgesetzt. Die heiße Oberseite bezieht sich auf den oberen Teil des Barrens, der geschmolzen bleibt, um ein Erstarren zu verhindern und eine gleichmäßige Barrenstruktur zu gewährleisten.
Das VAR-Verfahren bietet mehrere Vorteile. Durch das Schmelzen unter Vakuum wird die Verunreinigung durch die Außenluft beseitigt und der Gehalt an gasförmigen und niedrig schmelzenden Metallverunreinigungen im Stahl und in den Legierungen verringert, was zu einer höheren Reinheit führt. Auch der Gehalt an Wasserstoff, Blei, Wismut, Silber und anderen Verunreinigungen im Metall kann wirksam reduziert werden. Das Verfahren ermöglicht eine stabile Kontrolle der chemischen Zusammensetzung der Legierung, und der niedrige Sauerstoffpartialdruck in der Schmelzkammer verhindert das Verbrennen von aktiven Elementen wie Aluminium und Titan.
Darüber hinaus ermöglicht das VAR-Verfahren aufgrund der hohen Temperatur in der Lichtbogenzone das Umschmelzen von Refraktärmetallen und deren Legierungen. Durch die schlackenfreie und wassergekühlte Kupferform wird die Verunreinigung der Legierung durch äußere Einschlüsse beseitigt oder verringert. Durch die sequenzielle Erstarrung und schnelle Abkühlung während des Prozesses können nichtmetallische Einschlüsse entfernt und die Reinheit des umgeschmolzenen Metalls verbessert werden. Durch die Steuerung des Erstarrungs- und Kristallisationsprozesses kann das VAR-Verfahren hochwertige Barren mit geringer Segregation und hoher Dichte herstellen.
Es ist zu beachten, dass die Oberfläche des umgeschmolzenen Barrens rau und porös sein kann und vor der Weiterverarbeitung geschält werden muss. Das Umschmelzverfahren beinhaltet keine Entschwefelung, so dass ein niedriger Schwefelgehalt in der Verbrauchselektrode erforderlich ist. Außerdem können die Atmosphäre und der Druck in der Schmelzkammer während des VAR-Prozesses kontrolliert werden.
Insgesamt ist das Vakuum-Lichtbogenumschmelzen ein wichtiges Verfahren zur Veredelung und Reinigung von Metallen und Legierungen, das deren Festigkeit, Ermüdungsbeständigkeit und Gesamtqualität verbessert. Es ist in Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, dem Energiesektor und der Nuklearindustrie weit verbreitet, wo Hochleistungsmaterialien benötigt werden.
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