La rifusione ad arco sotto vuoto (VAR) è un processo di fusione secondaria utilizzato principalmente per la produzione di leghe metalliche di alta qualità, in particolare per applicazioni critiche in settori come quello aerospaziale, energetico e nucleare. Il processo prevede la fusione di un elettrodo metallico in condizioni di vuoto utilizzando un arco elettrico, quindi la solidificazione del metallo fuso in uno stampo di rame raffreddato ad acqua per formare un lingotto raffinato.
Sintesi del processo:
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Fusione dell'elettrodo: Il processo VAR inizia con un elettrodo metallico, in genere formato da un precedente processo di fusione. Questo elettrodo viene posto in un forno a vuoto e un arco elettrico viene scoccato tra l'elettrodo e la base di uno stampo di rame raffreddato ad acqua. Il calore intenso dell'arco fonde la punta dell'elettrodo.
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Formazione di una piscina fusa: Quando l'elettrodo fonde, le gocce di metallo fuso cadono nello stampo, formando una piscina fusa. Questa piscina si solidifica continuamente dal basso verso l'alto man mano che l'elettrodo si consuma, portando alla formazione di un lingotto cilindrico.
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Solidificazione e affinamento: Il metallo fuso subisce una serie di reazioni fisiche e chimiche mentre attraversa la zona dell'arco ad alta temperatura e si solidifica nello stampo. Queste reazioni raffinano il metallo, eliminando le impurità e migliorando la struttura cristallina e la qualità complessiva del lingotto.
Spiegazione dettagliata:
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Ambiente sotto vuoto: L'ambiente sotto vuoto è fondamentale perché impedisce al metallo di reagire con gas come ossigeno, azoto e idrogeno, che possono degradare le proprietà del metallo. Ciò consente anche di rimuovere i gas disciolti e le impurità volatili dal metallo.
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Riscaldamento ad arco elettrico: L'arco elettrico, tipicamente alimentato da corrente continua, fornisce il calore necessario per fondere il metallo. La temperatura dell'arco può raggiungere quasi 5000 K, garantendo una fusione rapida e un trasferimento efficiente del calore al metallo.
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Solidificazione direzionale: Il processo di solidificazione del lingotto dal basso verso l'alto consente di ottenere una solidificazione direzionale. Questa tecnica minimizza la macro-segregazione (distribuzione non uniforme degli elementi) e riduce la micro-segregazione, portando a un lingotto più omogeneo.
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Miglioramento della qualità: Il processo VAR migliora significativamente la pulizia del metallo, riducendo le inclusioni e aumentando la purezza del metallo. Ciò è particolarmente importante per i metalli reattivi come il titanio e lo zirconio, che possono essere facilmente contaminati dal contatto con i materiali refrattari.
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Efficienza energetica e fusione senza ceramica: Il VAR è noto per il suo basso input energetico rispetto ad altri processi di rifusione. Inoltre, il processo è privo di ceramica, il che significa che non vi è contatto con materiali ceramici che potrebbero introdurre impurità nel metallo.
Conclusioni:
La rifusione ad arco sottovuoto è un processo sofisticato progettato per produrre lingotti di metallo di alta qualità con purezza, omogeneità e proprietà meccaniche migliorate. È essenziale per la produzione di componenti critici in cui le prestazioni e l'affidabilità sono fondamentali.
