Beim Schmelzen von Elektroden im Vakuum (VAR) wird Metall durch elektromagnetische Induktion unter Vakuumbedingungen geschmolzen. Dieses Verfahren wird bei bestimmten Metallen und Legierungen angewandt, die eine Affinität zu Sauerstoff und Stickstoff haben, so dass sie an der Luft nicht geschmolzen werden können.
Hier finden Sie eine schrittweise Beschreibung des VAR-Prozesses:
1. Laden der Elektrode: Die zu schmelzende Elektrode wird in den Ofen geladen. Bei Spezialstählen und Superlegierungen wird die Elektrode zuvor an der Luft oder im Vakuum gegossen. Bei reaktiven Metallen wie Titan wird die Elektrode aus verdichtetem Schwamm und/oder Schrott oder aus einem Herdschmelzverfahren wie Plasma oder Elektronenstrahl hergestellt.
2. Aufbau des Vakuumgefäßes: Das Vakuumgefäß, in dem das Schmelzen stattfindet, besteht aus zwei großen mechanischen Baugruppen: dem beweglichen Ofenkopf und der festen Schmelzstation. Der bewegliche Ofenkopf ist der obere Teil des Gefäßes und unterstützt und steuert die Bewegung der Elektrode. Die feste Schmelzstation, die die untere Hälfte des Gefäßes bildet, besteht aus einem herausnehmbaren Kupfertiegel, der in einen festen Wassermantel aus Edelstahl eingesetzt ist.
3. Erzeugen eines Vakuums: Sobald die Elektrode an der Stößelbaugruppe festgeklemmt ist, hebt der Stößel die Elektrode an, während der Ofenkopf abgesenkt wird, um eine Vakuumdichtung auf dem Tiegel zu erzeugen. Sobald ein Vakuum aufgebaut ist, wird die Gleichstromversorgung aktiviert.
4. Lichtbogenschmelzen: Das Steuerungssystem zündet automatisch einen Hochstromlichtbogen zwischen der Abschmelzelektrode (Kathode -) und dem Tiegelboden (Anode +), wodurch sich schnell ein Schmelzbad aus Metall bildet. Der Abstand zwischen der Schmelzelektrode und dem Metallbad (Lichtbogenspalt) wird genau eingehalten, und es wird eine kontrollierte Schmelzgeschwindigkeit erreicht.
5. Vorteile des Vakuums: Die durch den Lichtbogenspalt fallenden Metalltröpfchen sind der Vakuumumgebung und den extremen Temperaturen der Lichtbogenzone ausgesetzt. Dies bewirkt die Entfernung gelöster Gase, die Verdampfung von Begleitelementen und eine Verbesserung der Oxidreinheit. Der wassergekühlte Tiegel ermöglicht eine gerichtete Erstarrung, wodurch Makroseigerungen verhindert und Mikroseigerungen reduziert werden.
6. Kontrollierte Erstarrung: Das von den Metalltropfen gebildete Schmelzbad erstarrt in einer gerichteten Weise. Wenn die Schmelzrate und der Lichtbogenabstand richtig gesteuert werden, verhindert diese gerichtete Erstarrung eine Entmischung und verbessert die Materialeigenschaften des Blocks.
7. Schrittweise Leistungsreduzierung: Gegen Ende des Prozesses wird die Leistung allmählich reduziert, um eine kontrollierte Hitzeentwicklung zu erreichen und so die Ausbeute an nützlichen Produkten zu maximieren.
Das VAR-Verfahren bietet Flexibilität bei der Chargengröße, genaue Temperaturregelung, Entfernung gelöster Gase, enge Zusammensetzungstoleranzen, hohe Zuverlässigkeit und Produktivität. Es wird häufig für verschiedene Anwendungen eingesetzt, z. B. für das Gießen von Flugzeugteilen, hochintegrierte Ventile für raue Umgebungen und Elektroden zum Umschmelzen.
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