Das VAR-Schmelzverfahren, auch bekannt als Vacuum Arc Remelting, ist eine hochmoderne metallurgische Technik, die zur Veredelung und Homogenisierung von Legierungen eingesetzt wird. Dieses Verfahren ist besonders wichtig für anspruchsvolle Anwendungen wie die Luft- und Raumfahrt und die biomedizinische Technik.
Die 5 wichtigsten Schritte werden erklärt
1. Vorbereitung der Elektrode
Die umzuschmelzende Legierung wird zunächst in eine zylindrische Form gebracht, die als Abbrandelektrode bezeichnet wird. Dies geschieht in der Regel durch Vakuum-Induktionsschmelzen (VIM) oder Pfannenveredelung.
2. Einrichten des Tiegels
Die Elektrode wird in einen Tiegel gelegt, der unter einem metallurgischen Vakuum von 0,001 bis 0,1 mmHg oder 0,1 bis 13,3 Pa gehalten wird. Eine kleine Menge der gleichen Legierung wird am Boden des Tiegels platziert, um den Schmelzprozess einzuleiten.
3. 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 eine starke Hitze, die die Spitze der Elektrode zum Schmelzen bringt.
4. Kontinuierliches Schmelzen und Erstarren
Während die Elektrode schmilzt, wird sie durch einen mechanischen Stößel schrittweise abgesenkt, um den Lichtbogen aufrechtzuerhalten. Der Schmelztiegel, in der Regel aus Kupfer, ist von einem Wassermantel umgeben, um die Schmelze abzukühlen und die Erstarrungsgeschwindigkeit zu steuern. Diese kontrollierte Abkühlung ist entscheidend für das Erreichen des gewünschten Gefüges und der Homogenität.
5. Steuerungsparameter
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
VAR 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 Blöcke mit kontrollierten Erstarrungsstrukturen und höchster Reinheit 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 an erster Stelle steht.
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