Das VAR-Schmelzverfahren (Vacuum Arc Remelting) ist ein hochentwickeltes metallurgisches Verfahren zur Veredelung und Homogenisierung von Legierungen, insbesondere für anspruchsvolle Anwendungen wie Luft- und Raumfahrt und Biomedizintechnik. Dieses Verfahren beinhaltet das kontinuierliche Schmelzen einer verbrauchbaren Elektrode unter Hochvakuum mit Hilfe eines elektrischen Lichtbogens, was eine präzise Kontrolle der Mikrostruktur und der Reinheit der entstehenden Legierung ermöglicht.
Beschreibung des Verfahrens:
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Vorbereitung der Elektrode: Die umzuschmelzende Legierung wird zunächst in eine zylindrische Form gebracht, die als Abschmelzelektrode bezeichnet wird. Dies geschieht in der Regel durch Vakuum-Induktionsschmelzen (VIM) oder Pfannenraffination.
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Einrichten des Tiegels: Die Elektrode wird in einen Tiegel gelegt, in dem ein metallurgisches Vakuum herrscht (zwischen 0,001 und 0,1 mmHg oder 0,1 und 13,3 Pa). Eine kleine Menge der gleichen Legierung wird auf den Boden des Tiegels gegeben, um den Schmelzvorgang einzuleiten.
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Zünden des Lichtbogens: Gleichstrom von mehreren Kiloampere wird zwischen der Elektrode und dem Grundmaterial im Tiegel geleitet, um einen Lichtbogen zu erzeugen. Dieser Lichtbogen erzeugt starke Hitze, die die Spitze der Elektrode zum Schmelzen bringt.
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Kontinuierliches Schmelzen und Erstarren: Während die Elektrode schmilzt, wird sie allmählich durch einen mechanischen Stempel abgesenkt, um den Lichtbogen aufrechtzuerhalten. Der Schmelztiegel, in der Regel aus Kupfer, ist von einem Wassermantel umgeben, um die Schmelze zu kühlen und die Erstarrungsgeschwindigkeit zu steuern. Diese kontrollierte Abkühlung ist entscheidend für das Erreichen des gewünschten Gefüges und der Homogenität.
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Kontrollierte Parameter: Der Prozess ist in hohem Maße von Parametern wie Abkühlgeschwindigkeit, Elektrodenabstand und Strom abhängig. In die VAR-Öfen wurden moderne Computersteuerungen integriert, um diese Parameter zu automatisieren und zu optimieren und so die Qualität und Reproduzierbarkeit des Endprodukts zu verbessern.
Vorteile von VAR:
- Beseitigung von Gasen: VAR entfernt effektiv gelöste Gase wie Wasserstoff, Stickstoff und Kohlendioxid und verbessert so die Reinheit der Legierung.
- Reduzierung von unerwünschten Elementen: Es reduziert Spurenelemente mit hohem Dampfdruck, wodurch die Qualität der Legierung weiter verbessert wird.
- Verbesserte Oxidreinheit: Das Verfahren verbessert die Reinheit der Oxide in der Legierung.
- Gerichtetes Erstarren: Es ermöglicht eine gerichtete Erstarrung von unten nach oben, wodurch die Makro- und Mikroseigerung reduziert wird.
- Energie-Effizienz: VAR ist eines der energieeffizientesten Umschmelzverfahren.
- Keramikfreies Schmelzen: Bei diesem Verfahren werden keine keramischen Materialien verwendet, die Verunreinigungen einbringen können.
Anwendungen und Verbesserungen:
Das VAR-Verfahren eignet sich besonders für die Verarbeitung von Metallen wie Nickel, Titan und Spezialstählen, die eine hohe Reinheit und spezifische Mikrostrukturen erfordern. Die kontinuierlichen Verbesserungen bei der Konstruktion von VAR-Öfen, insbesondere bei der Computersteuerung und -regelung, haben zu automatisierten und präzisen Prozessen geführt, die die Herstellung homogener Barren mit kontrollierten Erstarrungsstrukturen und hervorragender Sauberkeit gewährleisten.
Dieser detaillierte Prozess stellt sicher, dass das Endprodukt von hoher Qualität und frei von Defekten wie Mittellinienporosität und Entmischung ist, was es ideal für kritische Anwendungen macht, bei denen die Materialintegrität von größter Bedeutung ist.
