真空电弧双电极重熔(vacuum  arc  double  electrode   remelting)

一种通过使熔炼金属温度在金属熔滴进入结晶器前即低于液相线温度的制备等轴细晶锭的真空电弧重熔方法。简称VADER。

原理及设备 

其原理是在无渣、真空或惰性气体保护下，将两支金属自耗电极水平对置，作为直流电的阴极和阳极，通电使两极间产生直流电弧，两根电极的端部在电弧作用下呈薄层熔化并形成熔滴，熔滴在重力的作用下掉入旋转的非水冷结晶器内凝固成锭。由于熔滴在掉落过程中，离开高温弧区，温度降低，进入液固两相区间，金属液内部有许多固态晶核，加上旋转的作用，重熔锭具有等轴细晶的特征。(见图1)VADER炉的设备主要包括直流电源、炉体、电极给送系统、结晶器、锭子旋转系统及水冷系统。结晶器旋转速度与熔炼锭子尺寸有关，一般说来，锭子直径大可选择小一些的转速。转速一般控制在60r／min以下。为保持两支电极端面平整，两支电极在重熔过程中可绕水平轴线以相反方向旋转并周期地变换其极性。炉子可采用固定式结晶器、抽锭式结晶器或制备空心锭的结晶器。

锭的组织及性能   

用VADER方法可以制备等轴细晶锭。图2为用VADER方法和VAR方法制备的镍基高温合金锭子的低倍组织。由图2可见，用VADER方法获得的锭子在铸态下可得到相当于ASTM3级、110μm尺寸的等轴细晶组织。由于VADER锭为等轴细晶组织，重熔金属不存在热加工过程破坏柱状晶的问题，热加工过程中能耗小。对于某些合金来说，由于重熔金属成分较均匀，各向异性小，韧性得以提高。

发展及前景评价  

VADER法是美国特殊金属(Special  Metals)公司开发并使之发展起来的。发展的背景是由于对航空涡轮盘性能要求的不断提高，美国发展了粉末涡轮盘，但是，制粉工艺比较复杂，粉末易被污染，粉末涡轮盘中若存在外来非金属夹杂物，则会导致严重事故，为了获得高性能的涡轮盘件，特殊金属公司于20世纪70年代开始研制VADER细晶锭，企望得到低偏析、高性能的锻造涡轮盘，并于70年代末取得了VADER法的专利，至80年代，该公司生产了直径300mm、重2t的VADER高温合金等轴细晶锭。但由于在VADER过程中存在以下两方面的缺陷，使VADER锭未见用于航空涡轮盘的生产。这两方面缺陷，一是VAI)ER锭表面质量受锭子直径影响，锭子直径过大时，靠旋转使重熔金属液(其温度处于液固两相区温度范围内)流到锭模内壁处较困难，恶化了重熔锭表面质量，换句话说，用VADER法难以生产较大断面的锭子(例如直径大于500mm的锭子)，而较大的尺寸是生产高性能涡轮盘所要求的；二是由于离心力的作用，使重熔金属液内密度差别较大的元素沿径向不均匀分布，产生宏观偏析，例如718合金中严重的铌径向偏析。此外，与VAR锭子相较，VADER锭在减少微观偏析(铸态及经均匀化处理)方面未见明显的优越性。这一方法在制备高温合金等轴细晶锭方面估计不会有预期的发展。