真空爐的認(rèn)識(shí)

廠家：真空爐的認(rèn)識(shí) 日期：：2020-07-10 瀏覽次數(shù)： 180

航空航天材料背后的功臣：真空感應(yīng)熔煉爐
當(dāng)前，世界上許多國家，特別是發(fā)達(dá)國家，為了發(fā)展空間技術(shù)、占領(lǐng)空間領(lǐng)域、加速實(shí)現(xiàn)國防現(xiàn)代化、加強(qiáng)國防力量，不惜斥巨資，爭先恐后地競相開發(fā)和制造先進(jìn)的航空、航天、航海設(shè)備，如：宇宙飛船、國際空間站、人造衛(wèi)星、核潛艇、噴氣式遠(yuǎn)程轟炸機(jī)、原子能、火箭、導(dǎo)彈等設(shè)備。
但是，這些尖端設(shè)備對制造它的材料性能要求非常嚴(yán)格，對所用的鋼材、合金、毛坯提出高純度、高均勻性、耐高溫、耐高壓、抗沖擊、抗疲勞等一系列特殊嚴(yán)格要求，尤其是對材料性能的穩(wěn)定性、一致性和可靠性要求非常高。
可是，滿足這些要求，已非眾所周知的普通冶煉設(shè)備所能完成的。為此，冶金工作者們，為了提高和改善宇航設(shè)備上的特殊鋼和合金的質(zhì)量和純度，長期進(jìn)行研究和探討新的熔煉設(shè)備和工藝。
通過大量的系統(tǒng)的理論和實(shí)踐研究，以及從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)等方面研究和探討冶金過程中的物理化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，得出的重要結(jié)論是：唯一能夠滿足上述要求的工藝就是在真空室內(nèi)進(jìn)行宇航材料的冶煉。
這是因?yàn)椋海?）在真空狀態(tài)下，能夠避免被熔煉金屬及合金同非金屬夾雜物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)；（2）在真空狀態(tài)下，能夠清除液態(tài)熔融金屬中的有害的可溶解氣體和污染物，以提高被熔金屬的純度。
就目前國內(nèi)外工業(yè)水平來看，能夠圓滿完成冶煉上述材料的設(shè)備主要有以下3種，這就是：真空感應(yīng)熔煉爐、真空自耗電弧爐和電渣重熔爐。即：欲快速發(fā)展航天航空工業(yè)，必須大力開發(fā)這3種高級冶煉設(shè)備及其新工藝。
1真空感應(yīng)熔煉爐（VIM）
世界上第一臺(tái)真空感應(yīng)爐是于1917年在德國誕生的，用于熔煉飛機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的引擎。真空感應(yīng)熔煉爐是真空冶金領(lǐng)域中應(yīng)用最廣的設(shè)備之一。
事實(shí)證明，宇航、導(dǎo)彈、火箭、原子能設(shè)備和電子工業(yè)所需要的合金和特殊鋼，占有相當(dāng)比例的產(chǎn)品是采用真空感應(yīng)熔煉爐生產(chǎn)出來的。
例如，鎳基、鈷基、鐵基高溫合金采用真空感應(yīng)熔煉爐工藝熔煉時(shí)，其熱加工性能和機(jī)械性能明顯提高。像不銹鋼、耐熱鋼、超高強(qiáng)度鋼、工具鋼、軸承鋼，以及磁性材料、彈性合金、膨脹合金等幾乎均采用真空感應(yīng)熔煉爐來熔煉，以保證材料性能和質(zhì)量。
此外，隨著二次重熔工藝的發(fā)展，真空感應(yīng)熔煉爐的另一用途是為真空自耗電弧爐或電渣重熔爐提供高質(zhì)量的自耗電極，以及生產(chǎn)母合金供精密鑄造用。
眾所周知，真空感應(yīng)熔煉爐工藝，對金屬的熔化、精煉和合金化的整個(gè)過程，均是在真空狀態(tài)下進(jìn)行的，因而避免了相同氣相的相互作用而污染。其次，在真空條件下，碳具有很強(qiáng)的脫氧能力，其脫氧產(chǎn)物CO不斷被抽至系統(tǒng)之外，克服了采用金屬脫氧劑脫氧的污染問題。
真空感應(yīng)熔煉爐工藝可精確地控制合金的化學(xué)成分，對于含有和氧、氮親和力強(qiáng)的活性元素Al、Ti、B、Zr等，可控制在很少的范圍內(nèi)對低熔點(diǎn)易揮發(fā)的金屬雜質(zhì)，如Pb、Bi、Sn、Sb等能蒸發(fā)去除，這對提高材料性能起到重要作用。強(qiáng)烈的感應(yīng)攪拌作用，能加速其反應(yīng)速度，這對于熔池溫度均勻、化學(xué)成分均勻等方面很有效果。
真空感應(yīng)熔煉工藝能得到迅速發(fā)展，和航空航天工業(yè)所需高溫合金材料有密切關(guān)系，如宇航、導(dǎo)彈、火箭、原子能等設(shè)備所需的高溫合金。在未采用真空熔煉方法生產(chǎn)的高溫合金，其最高工作溫度一般只有750~810℃；而采用真空熔煉方法生產(chǎn)的高溫合金，其最高工作溫度可達(dá)到980~1090℃的水平。這主要是由于采用真空感應(yīng)熔煉爐熔煉的鎳基、鐵基、鈷基高溫合金時(shí)，降低了間隙元素O2、N2、H2，能徹底清除非金屬夾雜物，以及去除低熔點(diǎn)有害金屬雜質(zhì)，如Pb、Bi、Sb、Cu、Sn、Te等。