کوره های قوسی ذوب مجدد تحت خلاء (VAR)

ذوب مجدد تحت خلاء قوس الکتریکی ، در مراکز تحقیقاتی و علمی مرتبط با آلیاژهای جدید و ویژه ای از قبیل سوپرآلیاژها و آلیاژهای دمای بالا وصنایع هسته ای کاربرد دارد .  این فرایند در ابتدا تنها برای سوپرآلیاژها استفاده می شد اما امروزه این روش در بسیاری از صنایع جهت تولید آلیاژهای مرغوب که ساختار یکنواخت ،  استحکام خستگی و تافنس بالا مورد توجه می باشد ، استفاده می شود

ذوب مجدد تحت خلاء ( کوره VAR ) یک فرآیند ذوب ثانویه برای تولید شمش های فلزی با همگنی بالای شیمیایی و مکانیکی با هدف استفاده در کاربردهای حساس است. فرآیند کوره VAR در در صنعت تکنیک های متالورژی سنتی انقلاب ایجاد کرد و امکان کنترل باورنکردنی ای در مواد برای استفاده در کاربردهای پزشکی و هوافضا را به ارمغان آورد.

ذوب مجدد تحت خلاء

کوره VAR اغلب در کاربردهای با ارزش بالا استفاده می شود. اساسا VAR، یک پروسه اضافه بر فرآیند ساخت با هدف بهبود کیفیت است. از آنجایی که این فرآیند هم زمان تولید را بالاتر می برد و هم هزینه را افزایش می دهد، بخش عمده ای از آلیاژهای تجاری تحت این فرآیند قرار نمی گیرند. نیک، تیتانیم و فولادهای خاص، آلیاژهایی هستند که اغلب با این روش تولید می شوند.

استفاده از کوره VAR تکی،دوتایی یا حتی سه تایی، روش معمول برای تولید آلیاژهای تیتانیم است. استفاده از این تکنیک نسبت به روش های سنتی، چند مزیت دارد:

• نرخ انجماد مواد مذاب می تواند تا حد بالایی کنترل شود و این اجازه تسلط بر میکروساختار را به ما می دهد تا جدایش را به حداقل برسانیم.
• گازهای محلول در فلز مذاب در حین ذوب فلزات در کوره های باز مانند نیتروژن، اکسیژن و هیدروژن برای بسیار از فولاد ها مدنظر هستند که کنترل شوند. در فرآیند ذوب مجدد تحت خلاء این گازها می توانند از مذاب خارج شده و به محفظه خلاء جذب شوند.
• عناصر با فشار بخار بالا مانند کربن، گوگرد و منیزیم تمرکز کمتری پیدا می کنند.
• تخلخل مرکزی و جدایش  حذف می شوند.
• بعضی از فلزات و آلیاژها، مانند تیتانیم نمی توانند در کوره های باز ذوب شوند که با این روش قابلیت تولید پیدا می کنند.

تشریح فرآیند کوره VAR

آلیاژی که قرار است در کوره VAR بگیرد قبلاً توسط ذوب القائی تحت خلاء (VIM) یا ذوب در کوره های روباز ذوب شده و به شکل استوانه ریخته می شود. این استوانه، نقش الکترود را بازی می کند و درون یک بوته استوانه ای در بسته بزرگتر گذاشته شده و داخل کوره متالورژیکی قرار داده می شود. در زیر این بوته، مقدار اندکی از آلیاژ، ذوب مجدد می شود که بالای الکترود نزدیکتر اورده شده تا ذوب شروع شود. چندین کیلوآمپر جریان DC برای شروع یک جرقه بین دو نمونه مورد نیاز است و در نهایت یک ذوب همگن نتیجه می شود. بوته ( که عموماً از مس ساخته می شود) توسط یک دیواره آبگرد احاطه شده تا امکان کنترل سرعت سرد شدن و انجماد را به ارمغان بیاورد.

برای جلو گیری از جرقه بین دو الکترود و دیواره های کنار بوته، قطر بوته بزرگتر از الکترود است. در نتیجه، الکترود باید کم شود چون ذوب آن را مصرف می کند. کنترل جریان، آب خنک کننده و فاصله الکترودها ، پارامترهای موثر بر کنترل فرآیند و تولید مواد با کمترین عیب هستند.

در حالت ایده آل، سرعت ذوب در حین سیکل فرآیند ثابت می ماند اما مانیتورینگ و کنترل فرآیند ذوب مجدد تحت خلاء کار ساده ای نیست که به دلیل وجود یک جریان حرارتی بسیار پیچیده که شامل همرفت، تشعشع و هدایت (درون مذاب) می شود.

مواد و کاربردها

فرآیند کوره VAR برای بسیاری از مواد استافده می شود هر چند که در برخی کاربردها معمولاً همیشه یک ماده که قبلاً تحت VAR قرار گرفته باشد وجود دارد. لیستی از موادی که می توانند تحت عملیات ذوب مجدد تحت خلاء قرار بگیرند:

فولادهای زنگ نزن

• ۱۵-۵
• ۱۳-۸
• ۱۷-۴
• ۳۰۴
• ۳۱۶

فولادهای آلیاژی

• ۹۳۱۰
• ۴۳۴۰ & 4330+V
• ۳۰۰M
• AF1410
• Aermet ۱۰۰
• M50
• BG42

فولادهای نیترآلوی

• ۱۶NCD13
• ۳۵NCD16
• HY-100
• HY-180
• HY-TUF
• D6AC

فولادهای ماریجینگ

• UT-18
• HP 9-4-30

تیتانیم

• Ti-6Al-4V
• Ti-10V-2Al-3Fe
• Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr

اینوار

نایتینول

سوپرآلیاژهای پایه نیکل

• آلیاژهای اینکونل
• آلیاژهای رنه
• RR1000

زیرکونیوم

نیوبیوم

پلاتین

تانتالوم

رئودیوم

قابل به ذکر است که تیتانیم خالص و اغلب آلیاژهای تیتانیم تحت عملیات VAR دوتایی یا سه تایی قرار می گیرند. سوپرآلیاژهای پایه نیکل برای کاربردهای هوافضا معمولاً همیشه تحت فرآیند VAR قرار می گیرند. آلیاژهای زیرکونیوم و نیوبیوم در صنعت هسته ای نیز معمولاً VAR می شوند.

پلاتین، تانتالوم و رئودیوم خالص نیز ممکن است تحت فرآیند VAR قرار بگیرند.