真空電弧雙電極重熔(Vacuum arc double electrode remelting)是一種通過使熔鍊金屬溫度在金屬熔滴進入結晶器前即低於液相線溫度的製備等軸細晶錠的真空電弧重熔方法。簡稱VADER。
基本介紹
- 中文名：真空電弧雙電極重熔
- 外文名：Vacuum arc double electrode remelting
- 學科：冶金工程
- 領域：冶煉
- 範圍：能源
- 簡稱：VADER
簡介,原理,設備,錠的組織及性能,發展及前景評價,
簡介
真空電弧雙電極重熔(Vacuum arc double electrode remelting)是一種通過使熔鍊金屬溫度在金屬熔滴進入結晶器前即低於液相線溫度的製備等軸細晶錠的真空電弧重熔方法。簡稱VADER。
原理
其原理是在無渣、真空或惰性氣休保護下，將兩支金屬自耗電極水平對置，作為直流電的陰極和陽極，通電使兩極間產生直流電弧，兩根電極的端部在電弧作用下呈薄層熔化並形成熔滴，熔滴在重力的作用下掉入旋轉的非水冷結晶器內凝固成錠。由於熔滴在掉落過程中，離開高溫弧區，溫度降低，進入液固兩相區間，金屬液內部有許多固態晶核，加上旋轉的作用，重熔錠具有等軸細晶的特徵。
設備
VADER爐的設備主要包括直流電源、爐體、電極給送系統、結晶器、錠子旋轉系統及水冷系統。結晶器旋轉速度與熔煉錠子尺寸有關，一般說來，錠子直徑大可選擇小一些的轉速。轉速一般控制在60r/min以下。為保持兩支電極端面平整，兩支電極在重熔過程中可繞水平軸線以相反方向旋轉並周期地變換其極性。爐子可採用固定式結晶器、抽錠式結晶器或製備空心錠的結晶器。
錠的組織及性能
用VADER方法可以製備等軸細晶錠。用VADER方法獲得的錠子在鑄態下可得到相當於ASTM3級、110μm尺寸的等軸細晶組織。由於VADER錠為等軸細晶組織，重熔金屬不存在熱加工過程破壞住狀晶的問題，熱加工過程中能耗小。對於某些合金來說，由於重熔金屬成分較均勻，各向異性小，韌性得以提高。
發展及前景評價
VADER法是美國特殊金屬(special Metals)公司開發並使之發展起來的。發展的背景是由於對航空渦輪盤性能要求的不斷提高，美國發展了粉末渦輪盤，但是，制粉工藝比較複雜，粉末易被污染，粉末渦輪盤中若存在外來非金屬夾雜物，則會導致嚴重事故，為了獲得高性能的渦輪盤件，特殊金屬公司於20世紀70年代開始研製VADER細晶錠，企望得到低偏析，高性能的鍛造渦輪盤，並於70年代末取得了VADER法的專利，至80年代，該公司生產了直徑300mm，重2t的VADER高溫合金等軸細晶錠。
但由於在VADER過程中存在以下兩方面的缺陷，使VADER錠未見用於航空渦輪盤的生產。這兩方面缺陷，一是VADER錠表面質量受錠子直徑影響，錠子直徑過大時，靠旋轉使重熔金屬液(其溫度處於液固兩相區溫度範圍內)流到錠模內壁處較困難，惡化了重熔錠表面質量，換句話說，用VADER法難以生產較大斷面的錠子(例如直徑大於500mm的錠子)，而較大的尺寸是生產高性能渦輪盤所要求的；二是由於離心力的作用，使重熔金屬液內密度差別較大的元素沿徑向不均勻分布，產生巨觀偏析，例如718合金中嚴重的鈮徑向偏析。
此外，與VAR錠子相較，VADER錠在減少微觀偏析(鑄態及經均勻化處理〕方面未見明顯的優越性。這一方法在製備高溫合金等軸細晶錠方面估計不會有預期的發展。
