إن إعادة الصهر بالقوس التفريغي (VAR) هي عملية صهر ثانوية تُستخدم في المقام الأول لإنتاج سبائك معدنية عالية الجودة، خاصةً للتطبيقات الحرجة في صناعات مثل الفضاء الجوي والطاقة والطاقة والنووية. وتتضمن العملية صهر قطب كهربائي معدني تحت ظروف التفريغ باستخدام قوس كهربائي، ثم تصلب المعدن المنصهر في قالب نحاسي مبرد بالماء لتشكيل سبيكة مصفاة.
ملخص العملية:
-
صهر القطب الكهربائي: تبدأ عملية VAR بقطب كهربائي معدني يتم تشكيله عادةً من عملية صب سابقة. يتم وضع هذا القطب الكهربائي في فرن تفريغي ويتم ضرب قوس كهربائي بين القطب الكهربائي وقاعدة قالب النحاس المبرد بالماء. تعمل الحرارة الشديدة من القوس على إذابة طرف القطب الكهربائي.
-
تكوين البركة المنصهرة: عند ذوبان القطب الكهربائي، تسقط قطرات من المعدن المنصهر في القالب، مكوِّنةً بركة منصهرة. يتصلب هذا التجمع باستمرار من الأسفل إلى الأعلى مع استهلاك القطب الكهربائي، مما يؤدي إلى تكوين سبيكة أسطوانية.
-
التصلب والصقل: يخضع المعدن المنصهر لسلسلة من التفاعلات الفيزيائية والكيميائية أثناء مروره عبر منطقة القوس الكهربائي ذات درجة الحرارة العالية ويتصلب في القالب. تعمل هذه التفاعلات على صقل المعدن وإزالة الشوائب وتحسين البنية البلورية والجودة العامة للسبيكة.
شرح تفصيلي:
-
بيئة التفريغ: تعتبر بيئة التفريغ مهمة للغاية لأنها تمنع المعدن من التفاعل مع الغازات مثل الأكسجين والنيتروجين والهيدروجين، والتي يمكن أن تؤدي إلى تدهور خصائص المعدن. وهذا يسمح أيضًا بإزالة الغازات الذائبة والشوائب المتطايرة من المعدن.
-
التسخين بالقوس الكهربائي: يوفر القوس الكهربائي، الذي يعمل عادةً بالتيار المباشر (DC)، الحرارة اللازمة لصهر المعدن. يمكن أن تصل درجة حرارة القوس الكهربائي إلى 5000 كلفن تقريبًا، مما يضمن سرعة الذوبان ونقل الحرارة بكفاءة إلى المعدن.
-
التصلب الاتجاهي: تساعد عملية تصلب السبيكة من الأسفل إلى الأعلى في تحقيق التصلب الاتجاهي. تقلل هذه التقنية من التصلب الكلي (التوزيع غير المتساوي للعناصر) وتقلل من التصلب الجزئي، مما يؤدي إلى الحصول على سبيكة أكثر تجانسًا.
-
تحسين الجودة: تعمل عملية VAR على تحسين نظافة المعدن بشكل كبير من خلال تقليل الشوائب وتعزيز نقاء المعدن. وهذا أمر مهم بشكل خاص للمعادن التفاعلية مثل التيتانيوم والزركونيوم، والتي يمكن أن تتلوث بسهولة عن طريق التلامس مع المواد الحرارية.
-
كفاءة الطاقة والصهر الخالي من السيراميك: يُعرف VAR بمدخلات الطاقة المنخفضة مقارنةً بعمليات إعادة الصهر الأخرى. وبالإضافة إلى ذلك، فإن العملية خالية من السيراميك، مما يعني عدم وجود تلامس مع المواد الخزفية التي يمكن أن تدخل الشوائب في المعدن.
الخلاصة:
إن إعادة الصهر بالقوس الهوائي هي عملية متطورة مصممة لإنتاج سبائك معدنية عالية الجودة مع تحسين النقاء والتجانس والخصائص الميكانيكية. وهي ضرورية لتصنيع المكونات الحرجة حيث يكون الأداء والموثوقية أمرًا بالغ الأهمية.
