Das Vakuum-Lichtbogenumschmelzen (VAR) hat als Schlüsselprozess bei der Herstellung von Titan- und Titanlegierungsbarren eine unersetzliche Stellung in der High-End-Fertigungsindustrie. Diese Technologie schmilzt das Ende der selbstverzehrenden Elektrode lokal durch Lichtbogenerwärmung in einer Vakuum- oder Schutzgasumgebung, und die geschmolzenen Tröpfchen gelangen in den Kristallisator, um ein Schmelzbad zu bilden, und verfestigen sich dann nacheinander zu Barren, wodurch eine hochwertige Materialgrundlage für die Luft- und Raumfahrt, die Biomedizin und andere Bereiche entsteht. In der tatsächlichen industriellen Produktion müssen Titanbarren normalerweise mehrmals geschmolzen werden, um die Einheitlichkeit der chemischen Zusammensetzung und strukturellen Integrität sicherzustellen, ein Vorgang, der normalerweise zwei- bis dreimal erfolgt. Das erste Schmelzen wandelt die gepresste Elektrode in einen Primärbarren um und nutzt den Barren dann als selbstverbrauchende Elektrode für das Sekundär- oder sogar Tertiärschmelzen, was durch diesen Prozess des wiederholten Schmelzens effektiv die gleichmäßige Verteilung der Elemente und die Beseitigung metallurgischer Defekte fördert.
In den letzten Jahren hat sich die VAR-Technologie aufgrund des technologischen Fortschritts kontinuierlich weiterentwickelt. Die aufkommenden autarken Vakuum-Lichtbogenschmelz- und Stranggussanlagen integrieren die Vakuumkammer, die Zufuhrkammer und die Entladungskammer zu einem vollständigen Produktionssystem. Die Vakuumkammer stellt die erforderliche Vakuumarbeitsumgebung für das Schmelzgerät bereit, und das sinnvoll angeordnete Schmelzgerät und die Stranggussvorrichtung darin ermöglichen die automatische kontinuierliche Produktion von Vakuum--selbstverbrauchenden Lichtbogenschmelz- und Stranggussprozessen aus Titanlegierungen. Dieses innovative Design verkürzt nicht nur den Produktionszyklus und verbessert die Produktionseffizienz, sondern, was noch wichtiger ist, gewährleistet die Stabilität der metallurgischen Qualität der Barren durch automatisierte Produktion.
Die wachsende Nachfrage nach Titanlegierungen in High-End-Anwendungen und die steigenden Anforderungen an die Materialqualität treiben weiterhin die Entwicklung der VAR-Entmischungskontrolltechnologie voran. Insbesondere in wichtigen Anwendungsszenarien wie rotierenden Bauteilen von Luft- und Raumfahrtmotoren und medizinischen Implantaten werden extrem hohe Anforderungen an die Ermüdungsleistung und Zuverlässigkeit von Titanlegierungsmaterialien gestellt, und die zulässigen Größen- und Mengenstandards für Segregationsfehler sind ständig streng, was zur zentralen Triebkraft der technologischen Innovation geworden ist.
Es ist erwähnenswert, dass im Bereich der Vanadium-Titan--basierten Materialforschung auch bei verwandten Technologien erhebliche Fortschritte erzielt wurden. Durch die Verbesserung der Vakuum-Induktions-Suspensionsschmelztechnologie konnten die Forscher nicht nur die herkömmlichen Probleme wie schweres Ausbrennen der Legierung und Tiegelkorrosion überwinden, sondern auch die Funktion der Legierungsreinigung realisieren, wodurch die makroskopische Komponentensegregation wirksam verhindert wird. Bei dieser Methode werden die Rohstoffe mit hohem Schmelzpunkt in einen wassergekühlten Kupfertiegel gegeben, und die Materialien mit niedrigem Schmelzpunkt werden durch die Zuführvorrichtung hinzugefügt und dann gemischt und geschmolzen, nachdem die Materialien mit hohem Schmelzpunkt vollständig geschmolzen sind, wodurch die Gleichmäßigkeit der Zusammensetzung durch wiederholtes Schmelzen gewährleistet wird.
Mit der kontinuierlichen Vertiefung des Verständnisses des VAR-Prozesses und der kontinuierlichen Weiterentwicklung der Steuerungstechnologie verbessert sich die metallurgische Qualität von Titanlegierungsbarren stetig. Die koordinierte Entwicklung von Multiskalensimulation, intelligenter Steuerung, neuer VAR-Technologie und Online-Überwachungstechnologie bringt die VAR-Schmelztechnologie für Titanlegierungen auf ein höheres Niveau. Die Integration und Innovation dieser Technologien wird die wachsende Qualitätsnachfrage nach Titanlegierungsmaterialien in High-End-Bereichen wie Luft- und Raumfahrt und Biomedizin besser erfüllen und eine starke Materialunterstützung für die Modernisierung der Fertigung bieten. Durch kontinuierliche technologische Optimierung und Innovation wird die Vakuum-Eigenverbrauchs-Schmelztechnologie in Zukunft eine wichtigere Rolle bei der Entwicklung der High-End-Fertigungsindustrie spielen und dem Fortschritt der neuen Materialindustrie Chinas neue Dynamik verleihen.
