به سادگی می توان فهمید كه تركیبی از همه موارد بالا را نمی توان در تنها یك روش ذوب خلاصه كرد. به این ترتیب، ذوب سوپر آلیاژها را می توان در سه شاخه طبقه بندی كرد:

1- فرآیند ذوب اولیه، كه در آن آلیاژ با تركیب فلزات خالص، فرو آلیاژها، برگشتی‌ها و قراضه ها تهیه می شود.

2- فرآیند پالایش، كه می تواند در یك مرحله مجزا و یا همراه با فرآیند ذوب اولیه برای حذف ناخالصی ها و كنترل میزان گازها بصورت بگیرد.

3- فرآیند ذوب ثانویه، كه تاكید آن بر كنترل انجماد و تولید شمشهای با ساختار مناسب و بی عیب است. تهیه شمشهای با خلوص بالا بدون حضور عیبهای ناخواسته از مواد دیر گداز و یا اتمسفر هوا از اهداف این مرحله است.

تكنیك های ذوب

فرآیندهای ذوب اولیه

ساده ترین روش برای ذوب اولیه سوپر آلیاژها در مقیاس زیاد، ذوب در كوره قوس الكتریك (EAF) است. فرآیند ذوب در هوا صورت می گیرد و حرارت مورد نیاز نیز از قوس الكتریكی بیش الكترودهای گرافیتی و مواد شارژ تامین می شود. عموماً، از اكسیژن گازی نیز برای كاهش مقادیر كربن، هیدروژن و نیتروژن استفاده می شود. ذوب تهیه شده اغلب به صورت شمش برای محصولات نوردی و یا الكترود برای رسیدن به كیفیتهای بالاتر در فرآیندهای ذوب مجدد، ریخته می شود عمده مزایای (EAF) به ترتیب زیر است:

1- انعطاف پذیری در نوع و شكل مواد شارژ

2- كنترل دمایی خوب

3- سرباره فعال سیال برای پالایش متالورژیكی

4- بیشترین تولید با كمترین قیمت

معایب این روش نیز دارای ترتیب زیر است:

1- حضور مواد نسوز

2- هوای محیط

3- سرباره

فقدان شرایط هم زدن خوب باعث افزایش زمان پالایش شده و ذوب از لحاظ همگن بودن فقیر خواهد بود.

تعدادی از سوپر آلیاژها، به ویژه سوپر آلیاژهای پایه Co و Fe-Ni را می توان به وسیله روشهای مختلف ذوب در هوا كه برای فولادهای زنگ نزن به كار می‌رود، ذوب و تهیه كرد. با این وجود، برای اغلب سوپر آلیاژهای پایه Ni و یا پایه Fe-Ni، فرآیند ذوب اولیه باید در كوره ذوب القایی در خلاء (VIM) صورت بگیرد. استفاده VIM مقدار گازهای بین نشین (N₂,O₂) را به مقادیر كمتر كاهش داده و شرایط بسیار خوبی را برای افزایش یو كنترل مقادیر Ti,Al (و دیگر عناصر نسبتاً فعال) فراهم می سازد. مقادیر سرباره و آخال نیز در مقایسه با روش ذوب در هوا به شدت كاهش می یابد.

شارژ اولیه برای كوره VIM ، آلیاژهای پایه است و عناصر آلیاژی فرار به آن اضافه نمی شود. بعد از آنكه شارژ در اثر یكسری واكنشهای خروج گاز و جوش ذوب شد، همگن سازی و پالایش انجام می شود. قبل از ریخته گری الكترودها، تركیب مذاب كاملاً كنترل شده و اصلاح می شود. الكترودها را می توان هم در خلاء و هم تحت گاز خنثی ریخته گری كرد.

عمده معایب فرآیند VIM عبارت است از:

1- سایش نسوز و واكنشهای ذوب- نسوز كه منجر به تولید آخالهای اكسیدی می‌شود.

2- عدم كنترل نرخ انجماد كه منجر به تشكیل لوله انقباضی اضافی و جدانشینی انجمادی می شود.

3- درشت ساختار و ریز ساختار غیر یكنواخت.

فرآیندهای پالایش

سه فرآیند پالایش اولیه برای سوپر آلیاژهای تولید شده از فرآیند EAF مورد استفاده قرار می گیرد. گاززدایی در خلاء(VD) اولین مرحله برای بالا بردن كیفیت محصول كوره الكتریكی است. در این فرآیند، فلز مذاب در یك محفظه مجزا و در معرض فشارهای بسیار پایین پالایش می شود. تحت این شرایط گازهای حل شده مانند مونواكسید كربن، هیدروژن و نیتروژن كاهش می یابد. برخی تجهیزات مانند الكترودهای گرافیتی یا كویلهای القایی نیز برای حرارت دهی فلز مذاب در حین و یا در ادامه فرآیند گاززدایی استفاده می شود.

توسعه فرآیندهای گاززدایی منجر به فرآیند كربن زدایی با اكسیژن در خلاء (VOD) گردید كه در آن، فولادهای زنگ نزن و سوپر آلیاژها را میتوان تحت شرایط بسیار كنترل شده عمل آورد. در این فرآیند پالایش، فلز مذاب تهیه شده از EAF كه دارای مقادیر زیادی كربن و كروم است تحت خلاء و با تزریق اكسیژن كربن زدایی می‌شود. این عمل، اجازه می دهد تا در تولید سوپر آلیاژها، از مواد خام حاوی كربن زیاد با قیمت پایین تر استفاده كرد. برای بالا بردن كیفیت گاززدایی می توان مذاب را به وسیله آرگون و یا القاء و یا هر دو هم زد.

سومین روش پالایش، تكنیك كربن زدایی به وسیله آرگون و اكسیژن (AOD) است در این روش، فلز مذاب معمولاً با تزریق اكسیژن و آرگون كربن زدایی می شود. مخلوط اكسیژن و آرگون از نازلها یا افشانكهای مجزا تزریق و نسبت آرگون به اكسیژن با پالایش یا كربن زدایی به تدریج افزایش می یابد. پس از رسیدن كربن بهحد مورد نیاز، واكنش های مذاب سرباره، مانند احیاء كروم و گوگرد زدایی را می توان با هم زدن مذاب به وسیله تزریق آرگون خالص تشدید كرد. تزریق آرگون همچنین، گازهای حل شده دیگر را خارج می كند.

فرآیند AOD به دلایل زیر به سرعت مقبولیت و  توسعه یافت:

1- سادگی و انعطاف پذیری

2- كنترل آسان و قابلیت تولید مجدد

3- كیفیت مذاب عالی

این روش را می توان انقلابی در تولید فولاد و سوپر آلیاژهایی دانست كه نیاز به كربن و مقادیر عناصر فعال پایین دارند. این فرآیند شرایط استفاده از فرو كروم های پر كربن دیگر مواد خام ارزانتر از برای تولید بسیاری از آلیاژها فراهم آورده است.ساختمان ساده محفظه AOD نیز مشكلات فرآیندی و تعمیر و نگهداری را بسیار كاهش داده است. همچنین، مصرف بالای آرگون را می توان به طور جزئی با جایگزینی نیتروژن كاهش داد. از AOD بیشتر در تولید فولادهای زنگ نزن استفاده می‌شود ولی برخی شركتها از این فرآیند برای تولید آلیاژهای پایه نیكل دما بالا و مقاوم در برابر خوردگی استفاده می كنند.

فرآیندهای ذوب ثانویه

معمولترین روشهای ذوب ثانویه برای سوپر آلیاژها عبارت است از VAR و ESR. فرآیند VIM عموماً به عنوان فرآیند ذوب اولیه سوپر آلیاژها به كار می رود و ممكن است برای ریخته گری دقیق قطعات سوپر آلیاژ كافی باشد با این وجود، برای موادیكه قرار است در معرض فرآیندهای شكل دادن باشند، به ویژه برای سوپر آلیاژهای با استحكام بالاتر كه برای تولید توربین های گازی بزرگ در معرض كار قرار می گیرند، فرآیند ذوب ثانویه كاملاً ضروری است شمشهای VIM عموماً دارای اندازه دانه‌های بزرگ و غیر یكنواخت است و همچنین انقباض و جدا نشینی عناصر آلیاژی نیز رخ می دهد.

با این حال در مواردیكه محصولات تحت فرآیندهای شكل دادن قرار خواهند گرفت و نیاز به استحكام بالایی است. فرآیند ذوب ثانویه كاملاً ضروری است.

این موارد مشكلی برای مواد خامی كه قرار است ذوب مجدد شوند ایجاد نمی‌كند، در حالیكه برای سوپر آلیاژهایی مانندIncoloy 901 و Waspaloy و In cone 1718 و Astroloy كه فورج پذیراند و تحت كار گرم قرار می گیرند بسیار محدود كننده و مشكل زاست. این مشكلات را می توان با توالی ذوب VIM با VAR یا ESR كاملاص حل كرد. VAR و ESR علاوه بر اصلاح تركیب آلیاژ، ساختار انجمادی شمش را نیز اصلاح می كنند. ]1،3،6[

در برخی سوپر آلیاژهای پایه نیكل پیشرفته، حتی روشهای VIM-VAR و
VIM-ESR نیز نمی تواندساختار شمش قابل قبولی برای كارگرم به وجود آورد، یك چنین سوپر آلیاژهایی با روشهای متالوژی پودر به عمل می آیند.

پیشرفتهای اخیر در تكنولوژی ریخته گری و ذوب شمش مانند VADER شرایط مناسبی را برای اصلاح و بهبود ساختار سوپر آلیاژهای با استحكام بالا برای روشهای فورج و اكستروژن به شكل شمش فراهم می آورد. ]9-7[

یكی از روشهای جدید برای بهبود خواص و كارپذیری سوپر آلیاژهای پایه Ni و Fe-Ni كه مقادیر آخال و ناخالصی های سرباره را به شدت كاهش می دهد، روش EBR است. EBR فرآیند بسیار مناسبی برای تهیه شمشهای ریختگی و كارپذیر با كیفیت عالی است. ]1[

با این وجود، هر روز روشها و فرآیندهای بسیار پیشرفته و كاملتری نیز برای ذوب و تهیه سوپر آلیاژهای اختراع و ابداع می شود از جمله جدیدترین روشهای بسیار پیشرفته برای ذوب ثانویه ISM و EBCHR است. در ادامه، شرح مختصری از هر یك از فرآیندهای ذوب ثانویه ارائه می شود.