真空自耗電弧熔煉(Vacuum Arc Remelting,VAR)作為當今鈦及鈦合金鑄錠生產的關鍵工藝,在高端制造業中具有不可替代的地位。該技術在真空或惰性氣體保護環境下,通過電弧加熱使自耗電極末端局部熔化,熔滴進入結晶器內形成熔池,隨后順序凝固形成鑄錠,為航空航天、生物醫療等領域提供高品質材料基礎。在實際工業生產中,為確保鈦合金鑄錠化學成分均勻性和組織完整性,通常需要經過多次熔煉,這一過程一般為2-3次。首次熔煉將壓制電極轉化為一次鑄錠,隨后以此鑄錠作為自耗電極進行二次甚至三次熔煉,通過這種反復熔煉的過程有效促進元素均勻分布和冶金缺陷的消除。
近年來,隨著技術進步,VAR技術持續創新發展。新興的真空自耗電弧熔煉和連鑄設備整合了真空室、進料室和出料室,形成完整的生產體系。真空室為熔煉裝置提供必要的真空作業環境,其內部合理布置的熔煉裝置和連鑄裝置,實現了鈦合金真空自耗電弧熔煉及連鑄工藝的自動化連續生產。這種創新設計不僅縮短了生產周期,提高了生產效率,更重要的是通過自動化生產保障了鑄錠冶金質量的穩定性。
鈦合金在高端應用領域的需求日益增長,對材料質量的要求不斷提升,這持續推動著VAR偏析控制技術的發展。特別是在航空航天發動機旋轉部件、醫療植入物等關鍵應用場景中,對鈦合金材料的疲勞性能和可靠性提出了極高要求,允許的偏析缺陷尺寸和數量標準不斷嚴格,成為技術創新的核心驅動力。
值得一提的是,在釩鈦基材料研究領域,相關技術也取得了顯著進展。通過改進真空感應懸浮熔煉技術,研究人員不僅克服了合金燒損嚴重、坩堝腐蝕等傳統難題,還實現了合金提純功能,有效抑制了宏觀成分偏析。這種方法將高熔點原材料置于水冷銅坩堝中,低熔點材料通過加料器加入,待高熔點材料完全熔化后再進行混合熔煉,通過反復熔煉確保成分均勻性。
隨著對VAR工藝過程認識的持續深入和控制技術的不斷進步,鈦合金鑄錠的冶金質量正在穩步提升。多尺度模擬、智能化控制、新型VAR技術和在線監測技術的協同發展,正推動著鈦合金VAR熔煉技術向更高水平邁進。這些技術的融合創新,將更好地滿足航空航天、生物醫療等高端領域對鈦合金材料日益增長的質量需求,為制造業升級提供強有力的材料支撐。通過持續的技術優化和創新,真空自耗熔煉技術必將在未來高端制造業發展中發揮更加重要的作用,為我國新材料產業進步注入新的活力。