真空电弧熔炼，特别是真空电弧重熔（VAR），是一种二次熔炼工艺，主要用于生产高质量的金属合金，尤其适用于航空航天、能源和核能等行业的关键应用。该工艺包括在真空条件下使用直流（DC）电弧熔化易耗金属电极，然后在水冷铜坩埚中对熔融金属进行受控凝固。
工艺说明：
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设置和初始熔化： VAR 工艺首先使用一个圆柱形消耗电极，该电极通常由先前铸造的金属合金制成。该电极放置在真空室中，位于水冷铜坩埚上方。坩埚的直径比电极大，以便控制电弧。坩埚底部放置少量待重熔的相同合金。
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电弧形成和熔化： 在电极和坩埚中的金属之间形成直流电弧。电弧温度可达近 5000K，迅速熔化电极底部。熔化的金属液滴穿过电弧落入坩埚，形成熔池。
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受控凝固： 当金属继续熔化并滴入坩埚时，坩埚的水冷壁会使其迅速冷却，从而导致凝固。凝固过程受到严格控制，以确保形成均匀、精致的铸锭。冷却速度、电极和坩埚之间的间隙以及使用的电流都是影响最终产品质量的关键参数。
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提纯和精炼： 真空环境和 VAR 工艺中的高温可促进杂质的去除和金属晶体结构的完善。这对于钛和锆等活性金属以及钢和超级合金尤为重要，前者可以在不接触耐火材料的情况下进行提纯，后者则可以提高夹杂物的清洁度。
目的和应用：
VAR 的主要目的是生产具有高纯度、高均匀性和更好机械性能的金属合金。这对于材料性能至关重要的应用领域至关重要，例如航空航天部件、能源生产设备和医疗设备。该工艺还需要进行数学建模和数值模拟，以优化工业应用，确保重熔后的钢锭（可重达数吨）符合严格的质量标准。
总之，真空电弧重熔是一种复杂的冶金技术，它利用电弧在真空环境中产生的强热量来精炼和凝固金属合金，生产出具有卓越性能的材料，适用于高风险应用领域。
