Das Vakuum-Lichtbogen-Umschmelzverfahren (VAR) ist ein sekundäres Schmelzverfahren, das hauptsächlich zur Reinigung und Veredelung hochwertiger Legierungen wie Edelstahl, Nickel- und Titanlegierungen eingesetzt wird.
Bei diesem Verfahren wird eine Ausgangselektrode unter Vakuumbedingungen mit Hilfe eines Lichtbogens schrittweise aufgeschmolzen und das geschmolzene Metall anschließend kontrolliert erstarrt, um einen hochwertigen Barren zu erhalten.
5 wichtige Punkte erklärt
1. Überblick über den Prozess
Das VAR-Verfahren beginnt mit einer Ausgangselektrode, die in der Regel in einem früheren Produktionsprozess gegossen wird.
Diese Elektrode wird in einen Vakuumofen gelegt, wo sie einem durch Gleichstrom erzeugten Lichtbogen ausgesetzt wird.
Durch die starke Hitze des Lichtbogens schmilzt die Unterseite der Elektrode, so dass sich Tröpfchen bilden, die in ein darunter liegendes Schmelzbad fallen.
Diese Schmelze erstarrt kontinuierlich in einer wassergekühlten Form und bildet den endgültigen Barren.
2. Mechanismus der Reinigung
Die Vakuumumgebung spielt eine entscheidende Rolle bei der Reinigung des Metalls.
Im Vakuum verdampfen Elemente mit hohem Dampfdruck wie Pb, Sn, Bi, Te, As und Cu, wodurch sich ihre Konzentration in der Legierung verringert.
Darüber hinaus werden Oxideinschlüsse mit geringer Dichte von den Tropfen zum Erstarrungsrand nahe der Formoberfläche getragen, wodurch Verunreinigungen effektiv abgeschieden werden.
3. Physikalische und chemische Reaktionen
Wenn die geschmolzenen Tropfen den Lichtbogenbereich durchlaufen, der Temperaturen von fast 5000 K erreichen kann, und dann in der wassergekühlten Kupferform erstarren, treten eine Reihe von physikalischen und chemischen Reaktionen auf.
Diese Reaktionen verfeinern das Metall und verbessern seine Reinheit und Kristallstruktur.
Das Verfahren nutzt im Wesentlichen die Wärmeenergie des Gleichstrombogens, um das Metall unter Vakuum umzuschmelzen und zu einem Barren zu verfestigen, wodurch seine Qualität verbessert wird.
4. Anwendungen und industrielle Nutzung
Das VAR-Verfahren wurde erstmals in den 1950er Jahren für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt kommerziell genutzt und hat sich seitdem für eine breite Palette von Spezialstählen und Superlegierungen durchgesetzt.
Es ist besonders wichtig für Industrien, die eine hohe Materialreinheit und -leistung erfordern, wie z. B. die Luft- und Raumfahrt, der Energie- und der Nuklearsektor.
Das Verfahren hat sich weiterentwickelt, um den steigenden Anforderungen an außergewöhnliche Materialeigenschaften gerecht zu werden, und wird häufig mit anderen Schmelzverfahren kombiniert, um höhere Leistungsniveaus zu erreichen.
5. Mathematische Modellierung und Simulation
VAR ist auch Gegenstand umfangreicher mathematischer Modellierungs- und numerischer Simulationsstudien.
Diese Studien zielen auf die Optimierung des industriellen Prozesses ab, um effizientere und effektivere Umschmelzvorgänge zu gewährleisten.
Dieser Ansatz trägt dazu bei, die Prozessparameter zu verfeinern und die Qualität des Endprodukts zu verbessern.
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