简而言之，真空电弧熔炼 (VAM) 是一种利用大电流电弧在真空密封室内熔化金属和合金的工艺。虽然 VAM 是一种不同的工艺，但其基本目标——生产极纯、高性能的金属——与一种类似的方法——真空感应熔炼 (VIM)——是相同的，后者使用电磁感应而不是电弧。这两种工艺对于制造因与氧气和氮气反应性强而无法在空气中生产的材料至关重要。
在真空中熔炼金属的基本目的是实现卓越的纯度和精确的化学控制。通过去除大气气体，该过程可以防止污染并消除不需要的杂质，这对于制造高性能合金至关重要。
在真空中熔炼的目的
将熔炼过程转移到真空中的主要驱动力是控制材料的环境。这种控制解决了几个关键的制造挑战。
避免大气污染
许多先进合金，特别是基于镍、钴或钛的合金，对氧气和氮气有很强的亲和力。在空气中熔炼这些材料会引入氧化物和氮化物，形成会严重降低最终产品机械性能的脆性杂质。
去除不需要的元素
真空环境能有效去除杂质。低熔点挥发性金属和溶解的气体（如氢气）会从熔融金属中逸出，这个过程称为脱气。这使得合金的纯度达到常规方法无法实现的程度。
实现精确的合金控制
洁净的环境允许精确控制合金的化学成分。反应性很强的元素，如铝和钛，可以添加而几乎没有损失。这使得能够为要求苛刻的应用创造具有特定、可重复性能的“超级合金”。
真空感应熔炼 (VIM) 工艺解释
尽管您的问题是关于电弧熔炼，但用于此目的最常见的工艺是真空感应熔炼。环境控制的原理是相同的。
熔炉和核心原理
VIM 工艺在一个气密、水冷的钢室内进行。在这个室内有一个坩埚，通常内衬耐火材料，用于容纳原材料。一个感应线圈缠绕在坩埚周围，但并不接触它。
当高频交流电通过线圈时，它会产生强大的、波动的磁场。该磁场在金属内部感应出强大的电流涡流。金属对这些电流的自然电阻会产生强烈的热量，使其从内部开始熔化。
熔炼和精炼阶段
首先，将原材料装入坩埚，然后密封腔室。强大的泵产生深真空，去除空气。
当电力输送到感应线圈时，金属开始熔化。电磁场还在熔池中产生自然的搅拌作用，有助于确保均匀的温度和化学成分。
一旦金属完全熔化，工艺就进入精炼期。高温和真空的结合使得杂质和溶解的气体能够冒泡并被真空泵去除。在此阶段，可以高精度地进行最终的合金添加。
浇注阶段
精炼后，将熔融金属倒入模具中形成锭或铸件。这也是在真空或惰性气体气氛下进行的，以防止纯净的熔融合金重新受到污染。
理解权衡：电弧与感应
VAM 和 VIM 都实现了相似的目标，但使用不同的加热方法，这使得它们适用于略有不同的应用。
真空电弧熔炼 (VAM)
在 VAM 中，热源是持续的电弧。通常，起始材料的固体电极通过在其与浅水冷铜坩埚之间产生的电弧而缓慢熔化。当电极熔化时，它会滴落并凝固，形成纯净的锭。VAM 通常用作在 VIM 熔炉中熔化过的材料的二次精炼步骤。
真空感应熔炼 (VIM)
如前所述，VIM 使用非接触式电磁场直接在金属内部产生热量。由于热源与材料是分离的，因此它在温度和化学控制方面具有出色的表现，使其成为各种铁基、镍基和钴基超级合金的主要熔炼方法。
为您的目标做出正确的选择
选择正确的真空工艺完全取决于材料要求和所需的纯度水平。
- 如果您的主要重点是从原材料生产初始批次的高纯度超级合金： 真空感应熔炼 (VIM) 是行业标准，因其出色的化学和温度控制能力。
- 如果您的主要重点是对现有锭进行进一步精炼，以达到最大的清洁度和特定的晶体结构： 真空电弧熔炼 (VAM) 通常是去除夹杂物和控制凝固的首选二次步骤。
最终，真空工艺是世界上最先进、最可靠的金属部件背后的使能技术。
总结表：
| 工艺 | 加热方法 | 主要用途 | 关键优势 |
|---|---|---|---|
| 真空电弧熔炼 (VAM) | 电弧 | 二次精炼，晶体结构控制 | 去除夹杂物，适用于反应性金属 |
| 真空感应熔炼 (VIM) | 电磁感应 | 超级合金的初次熔炼 | 出色的温度和化学控制 |
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