Вакуумно-дуговой переплав

Вакуумно-дуговой переплав ( ВДП ) — это процесс вторичной плавки для производства металлических слитков с повышенной химической и механической однородностью для применения в самых требовательных условиях. ^[1] Процесс VAR произвел революцию в отрасли традиционных металлургических технологий и сделал возможным строго контролируемые материалы, используемые в биомедицине, авиации и аэрокосмической отрасли. ^[2]

Обзор

Печь вакуумно-дугового переплава (ВДП) (или дуговая плавильная печь) от Эдмунда Бюлера

VAR чаще всего используется в дорогостоящих приложениях. Это дополнительный этап обработки для улучшения качества металла. Поскольку это трудоемкий и дорогой процесс, в большинстве коммерческих сплавов этот процесс не используется. Никель , титан , ^[3] и специальные стали — это материалы, которые чаще всего обрабатываются этим методом. Традиционный путь производства титановых сплавов включает однократную, двойную или даже тройную ВДП-обработку. ^[4] Использование этого метода по сравнению с традиционными методами имеет ряд преимуществ:

Скорость затвердевания расплавленного материала можно жестко контролировать. Это обеспечивает высокую степень контроля над микроструктурой , а также возможность минимизировать сегрегацию.
Газы, растворенные в жидком металле при плавке металлов в открытых печах, такие как азот , кислород и водород, считаются вредными для большинства сталей и сплавов. В условиях вакуума эти газы выходят из жидкого металла.
элементов с высоким давлением паров , таких как углерод , сера и магний (часто загрязняющие вещества), снижается. Концентрация
Центральная пористость и сегрегация устраняются.
Некоторые металлы и сплавы, такие как Ti, нельзя плавить в печах на открытом воздухе.

Описание процесса

Сплав, подлежащий ВДП, формуют в цилиндр, как правило, путем вакуумной индукционной плавки (ВИМ) или ковшового рафинирования (воздушная плавка). Этот цилиндр, называемый электродом, затем помещают в большой цилиндрический закрытый тигель и доводят до металлургического вакуума (0,001–0,1 мм рт. ст. или 0,1–13,3 Па). На дне тигля находится небольшое количество переплавляемого сплава, к которому перед началом плавки подносят верхний электрод. ток в несколько килоампер Для зажигания дуги между двумя деталями используется постоянный , в результате чего получается непрерывный расплав. Тигель . (обычно медный ) окружен водяной рубашкой для охлаждения расплава и контроля скорости затвердевания Чтобы предотвратить искрение между электродом и стенками тигля, диаметр тигля больше диаметра электрода. В результате электрод приходится опускать по мере его расходования расплавом. Контроль тока, охлаждающей воды и межэлектродного зазора необходим для эффективного управления процессом и производства бездефектного материала.

В идеале скорость плавления остается постоянной на протяжении всего технологического цикла, но мониторинг и контроль процесса вакуумно-дугового переплава не прост. ^[5] Это связано с тем, что происходит сложная передача тепла, включающая проводимость, излучение, конвекцию внутри жидкого металла и адвекцию, вызванную силой Лоренца . Обеспечение постоянства процесса плавления с точки зрения геометрии ванны и скорости плавления имеет решающее значение для обеспечения наилучших свойств сплава.

Материалы и приложения

Процесс VAR используется для обработки множества различных материалов. В некоторых случаях почти всегда используется материал, прошедший VAR-обработку. Список материалов, которые можно обрабатывать VAR, включает:

Нержавеющая сталь
- 15-5
- 13-8
- 17-4
- 304
- 316
Легированная сталь
- 9310
- 4340 и 4330+В
- 300М
- AF1410
- со 100
- М50
- БГ42
- Нитраллой
- 16НЦД13
- 35НЦД16
- HY-100
- HY-180
- ХАЙ-ТУФ
- D6AC
- мартенситностареющие стали
- УТ-18
- HP 9-4-30
Титан
- Ти-6Ал-4В
- Ти-10В-2Ал-3Фе
- Ти-5Ал-5В-5Мо-3Кр
Инвар
Нитинол
Никелевые суперсплавы
- Инконель сплавы
- Хастеллой Сплавы
- Рене сплавы
- 1000 руб.
Цирконий
Ниобий
Платина
Тантал
Родий

Обратите внимание, что чистый титан и большинство титановых сплавов подвергаются двойной или тройной обработке VAR. Суперсплавы на основе никеля для аэрокосмической промышленности обычно подвергаются VAR-обработке. Сплавы циркония и ниобия, используемые в атомной промышленности, регулярно подвергаются VAR-обработке. Чистая платина, тантал и родий могут подвергаться VAR-обработке.

См. также

Ссылки

^ «Моделирование процессов литья и затвердевания», Куанг-Оскар Ю, CRC; 1-е издание (15 октября 2001 г.), ISBN 0-8247-8881-8
^ . дои : 10.31399/asm.hb.v15.a0005202 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь ) ; Отсутствует или пусто |title= ( помощь )
^ Д. Загребельный, Моделирование макросегрегации при вакуумно-дуговом переплаве сплава Ti-10V-2Fe-3Al. ISBN 978-3-8364-5948-8
^ Титан: прошлое, настоящее и будущее (1983) [1] ISBN 0-309-07765-6
^ Д. А. Мельгаард, Р. Г. Эрдманн, Дж. Дж. Биман, Р. Л. Уильямсон - 2007 г.

Дальнейшее чтение

Британника

[1] «Моделирование процессов литья и затвердевания», Куанг-Оскар Ю, CRC; 1-е издание (15 октября 2001 г.), ISBN 0-8247-8881-8

[asm08-2] . дои : 10.31399/asm.hb.v15.a0005202 . {{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется |journal= ( помощь ) ; Отсутствует или пусто |title= ( помощь )

[3] Д. Загребельный, Моделирование макросегрегации при вакуумно-дуговом переплаве сплава Ti-10V-2Fe-3Al. ISBN 978-3-8364-5948-8

[4] Титан: прошлое, настоящее и будущее (1983) [1] ISBN 0-309-07765-6

[5] Д. А. Мельгаард, Р. Г. Эрдманн, Дж. Дж. Биман, Р. Л. Уильямсон - 2007 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]