真空电弧再熔炼

真空气电弧再熔炼 (VAR) 是一种二次熔炼工艺，用于生产具有高化学和机械均匀性的金属锭，适用于高要求应用。 VAR工艺彻底改变了专业的传统冶金技术行业，并使严格控制的材料在生物医学、航空和航天领域成为可能。

VAR 在高价值应用中使用最频繁。 它是提高金属质量的附加加工步骤。 因为它既费时又昂贵，大多数商业合金不采用该工艺。 镍、钛和特种钢是最常使用这种方法加工的材料。 传统的钛合金生产路径包括一次、两次甚至三次 VAR 处理。 与传统方法相比，使用此技术具有以下几个优点：

• 可以严格控制熔融材料的凝固速度。 这允许对微观结构进行高度控制，并能够最大限度地减少偏析
• 在开放式熔炉中熔化金属时溶解在液态金属中的气体，例如氮气、氧气和氢气，被认为对大多数钢材和合金有害。 在真空条件下，这些气体会从液态金属中逸出。
• 碳、硫和镁（通常是污染物）等具有高蒸气压的元素的浓度降低。
• 消除了中心线孔隙率和偏析。
• 某些金属和合金，例如 Ti，不能在露天熔炉中熔化

要进行 VAR 的合金通常通过真空感应熔炼 (VIM) 或钢包精炼 (airmelt) 形成圆柱体。 然后将该圆柱体（称为电极）放入一个大的圆柱形封闭坩埚中，并置于冶金真空（0.001–0.1 mmHg 或 0.1–13.3 Pa）中。 在坩埚底部是少量要重熔的合金，在开始熔化之前将顶部电极靠近。 几千安的直流电流用于在两块之间启动电弧，从而产生连续的熔体。 坩埚（通常由铜制成）周围环绕着水套，以冷却熔体并控制凝固速度。 为了防止电极和坩埚壁之间产生电弧，坩埚的直径要大于电极。 因此，当熔体消耗电极时，电极必须降低。 控制电流、冷却水和电极间隙对于有效控制工艺和生产无缺陷材料至关重要。

理想情况下，熔化速率在整个过程周期中保持恒定，但真空电弧重熔过程的监测和控制并不简单。 这是因为发生了复杂的热传递，涉及传导、辐射、液态金属内的对流以及由洛伦兹力引起的平流。 确保熔池几何形状和熔化速率方面熔化过程的一致性对于确保合金的最佳性能至关重要。

VAR 过程用于许多不同的材料。 某些应用几乎总是使用经过 VAR 处理的材料。

请注意，纯钛和大多数钛合金都经过两次或三次 VAR 处理。 用于航空航天应用的镍基超级合金通常经过 VAR 处理。 核工业中使用的锆和铌合金通常经过 VAR 处理。 纯铂、钽和铑可以进行 VAR 处理。