إن عملية الصهر VAR، أو إعادة الصهر بالقوس الكهربائي بالتفريغ، هي تقنية معدنية متطورة تُستخدم لتنقية السبائك وتجانسها، خاصةً للتطبيقات عالية الطلب مثل الفضاء والطيران والهندسة الطبية الحيوية. تنطوي هذه العملية على الصهر المستمر لقطب كهربائي قابل للاستهلاك تحت تفريغ عالي باستخدام قوس كهربائي، مما يسمح بالتحكم الدقيق في البنية المجهرية ونقاء السبيكة الناتجة.
وصف العملية:
-
تحضير القطب الكهربائي: يتم تشكيل السبيكة المراد إعادة صهرها أولاً في شكل أسطواني، يُعرف باسم القطب الكهربائي القابل للاستهلاك. ويتم ذلك عادةً من خلال الصهر بالحث الفراغي (VIM) أو التكرير بالمغرفة.
-
إعداد البوتقة: يتم وضع القطب الكهربائي في بوتقة يتم الحفاظ عليها تحت تفريغ معدني (يتراوح من 0.001 إلى 0.1 مم زئبق أو 0.1 إلى 13.3 باسكال). يتم وضع كمية صغيرة من نفس السبيكة في قاع البوتقة لبدء عملية الصهر.
-
بدء القوس الكهربائي: يتم تمرير تيار مباشر (تيار مستمر) بعدة كيلو أمبيرات بين القطب الكهربائي والمادة الأساسية في البوتقة لإنشاء قوس كهربائي. يولد هذا القوس حرارة شديدة، مما يؤدي إلى ذوبان طرف القطب الكهربائي.
-
الذوبان والتصلب المستمر: أثناء ذوبان القطب الكهربائي، يتم خفضه تدريجياً بواسطة كبش ميكانيكي للحفاظ على القوس. البوتقة، المصنوعة عادة من النحاس، محاطة بغطاء مائي لتبريد الذوبان والتحكم في معدل التصلب. يعد هذا التبريد المتحكم فيه أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق البنية المجهرية والتجانس المطلوبين.
-
معلمات التحكم: تعتمد العملية بشكل كبير على معلمات مثل معدل التبريد وفجوة القطب الكهربائي والتيار. وقد تم دمج أدوات التحكم الحاسوبية المتقدمة في أفران VAR لأتمتة هذه المعلمات وتحسينها، مما يعزز جودة المنتج النهائي وقابلية استنساخه.
مزايا VAR:
- إزالة الغازات: يزيل VAR بفعالية الغازات الذائبة مثل الهيدروجين والنيتروجين وثاني أكسيد الكربون، مما يحسّن نقاء السبيكة.
- تقليل العناصر غير المرغوب فيها: يقلل من العناصر النزرة ذات الضغط البخاري العالي، مما يزيد من تحسين جودة السبيكة.
- تحسين نظافة الأكسيد: تعمل العملية على تحسين نظافة الأكاسيد في السبيكة.
- التصلب الاتجاهي: تسمح بالتصلب الاتجاهي من الأسفل إلى الأعلى، مما يقلل من الفصل الكلي والجزئي.
- كفاءة الطاقة: VAR هي واحدة من أكثر عمليات إعادة الصهر كفاءة في استخدام الطاقة.
- الصهر الخالي من السيراميك: لا تتضمن العملية أي مواد خزفية، والتي يمكن أن تدخل شوائب.
التطبيقات والتحسينات:
تُعد عملية VAR مفيدة بشكل خاص لمعالجة المعادن مثل النيكل والتيتانيوم والفولاذ الخاص الذي يتطلب نقاوة عالية وبنى مجهرية محددة. وقد أدت التحسينات المستمرة في تصميم أفران VAR، خاصةً في التحكم والتنظيم بالكمبيوتر، إلى عمليات أكثر آلية ودقة، مما يضمن إنتاج سبائك متجانسة ذات هياكل تصلب مضبوطة ونظافة فائقة.
تضمن هذه العملية التفصيلية أن يكون المنتج النهائي عالي الجودة وخالٍ من العيوب مثل المسامية المركزية والفصل بين المعادن، مما يجعلها مثالية للتطبيقات الحرجة التي تكون فيها سلامة المواد أمرًا بالغ الأهمية.
