真空アーク再溶解
真空アーク再溶解（VAR ）は、化学的・機械的に均質性の高い金属インゴットを製造するための二次溶解プロセスであり、要求の厳しい用途に適しています。[ 1 ] VARプロセスは、特殊な伝統的な冶金技術業界に革命をもたらし、バイオメディカル、航空、宇宙で使用される厳密に管理された材料の製造を可能にしました。[ 2 ]
概要
VARは高付加価値用途で最も頻繁に使用されます。これは金属の品質を向上させるための追加処理工程です。時間と費用がかかるため、市販の合金の大部分ではこの処理は採用されていません。 ニッケル、チタン[ 3 ]、特殊鋼は、この方法で処理されることが多い材料です。チタン合金の従来の製造工程には、1回、2回、さらには3回のVAR処理が含まれます[ 4 ] 。 この技術を従来の方法と比較すると、いくつかの利点があります。
- 溶融材料の凝固速度を厳密に制御できるため、微細構造を高度に制御できるだけでなく、偏析を最小限に抑えることも可能になります。
- 開放炉で金属を溶解する際に液体金属に溶解するガス（窒素、酸素、水素など）は、ほとんどの鋼材や合金にとって有害であると考えられています。真空状態では、これらのガスは液体金属から逃げ出します。
- 炭素、硫黄、マグネシウムなどの蒸気圧の高い元素（多くの場合汚染物質）の濃度が低下します。
- 中心線の多孔性と偏析が排除されます。
- チタンなどの特定の金属や合金は、屋外の炉では溶かすことができません。
プロセスの説明
VAR を受ける合金は、通常、真空誘導溶解(VIM) または取鍋精錬 (エアメルト) によって円筒状に成形されます。この円筒は電極と呼ばれ、大きな円筒形の密閉るつぼに入れられ、冶金真空(0.001～0.1 mmHg または 0.1～13.3 Pa) にされます。るつぼの底には再溶解する合金が少量入っており、溶解を開始する前に上部の電極をこの合金に近づけます。数キロアンペアの直流電流を使用して 2 つのピースの間にアークを発生させ、連続的な溶融物を生成します。るつぼ(通常は銅製) はウォータージャケットで囲まれており、溶融物を冷却して凝固速度を制御します。電極とるつぼ壁の間でアークが発生するのを防ぐため、るつぼの直径は電極よりも大きくなっています。そのため、溶融物が電極を消費するにつれて電極を下げる必要があります。プロセスを効果的に制御し、欠陥のない材料を生産するには、電流、冷却水、電極ギャップの制御が不可欠です。
理想的には、溶解速度はプロセスサイクル全体を通して一定に保たれますが、真空アーク再溶解プロセスの監視と制御は単純ではありません。[ 5 ]これは、伝導、放射、液体金属内の対流、そしてローレンツ力 による移流を含む複雑な熱伝達が発生するためです。プールの形状と溶解速度に関して溶解プロセスの一貫性を確保することは、合金の最高の特性を確保する上で非常に重要です。
材料と用途
VAR処理は様々な材料に用いられます。特定の用途では、VAR処理された材料がほぼ必ず使用されます。VAR処理が可能な材料のリストは以下の通りです。
純チタンおよびほとんどのチタン合金は、2回または3回のVAR処理が施されていることにご注意ください。航空宇宙用途のニッケル基超合金は通常VAR処理されます。原子力産業で使用されるジルコニウムおよびニオブ合金は、日常的にVAR処理されています。純プラチナ、タンタル、ロジウムもVAR処理される場合があります。
参照
参考文献
- ^「鋳造および凝固処理のモデリング」、Kuang-Oscar Yu著、CRC、第1版（2001年10月15日）、 ISBN 0-8247-8881-8
- ^「真空アーク再溶解」鋳造. 2008年. pp. 132– 138. doi : 10.31399/asm.hb.v15.a0005202 . ISBN 978-1-62708-187-0。
- ^ D.Zagrebelnyy, Ti-10V-2Fe-3Al合金の真空アーク再溶解中のマクロ偏析のモデリングISBN 978-3-8364-5948-8
- ^チタン：過去、現在、そして未来（1983） [1] ISBN 0-309-07765-6
- ^ DA メルガード、RG エルドマン、JJ ビーマン、RL ウィリアムソン - 2007
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