宇航材料所需的高级冶炼设备

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)西安桃园冶金设备工程有限公司 作者:王建民

  文中介绍了用来冶炼宇航材料的真空感应熔炼炉、真空自耗电弧炉和电渣重熔炉的工作原理、设备组成、结构特点。最后,给出了应用范围。

  当前,世界上许多国家,特别是发达国家,为了发展空间技术、占领空间领域、加速实现国防现代化、加强国防力量,不惜斥巨资,争先恐后地竞相开发和制造先进的航空、航天、航海设备,如:宇宙飞船、国际空间站、人造卫星、核潜艇、喷气式远程轰炸机、原子能、火箭、导弹等设备。但是,这些尖端设备对制造它的材料性能要求非常严格,对所用的钢材、合金、毛坯提出高纯度、高均匀性、耐高温、耐高压、抗冲击、抗疲劳等一系列特殊严格要求,尤其是对材料性能的稳定性、一致性和可靠性要求非常高。可是,满足这些要求,已非众所周知的普通冶炼设备所能完成的。

  为此,冶金工作者们,为了提高和改善宇航设备上的特殊钢和合金的质量和纯度,长期进行研究和探讨新的熔炼设备和工艺。通过大量的系统的理论和实践研究,以及从热力学和动力学等方面研究和探讨冶金过程中的物理化学反应机理,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)得出的重要结论是:唯一能够满足上述要求的工艺就是在真空室内进行宇航材料的冶炼。这是因为

  (1)在真空状态下,能够避免被熔炼金属及合金同非金属夹杂物产生化学反应。

  (2)在真空状态下,能够清除液态熔融金属中的有害的可溶解气体和污染物,以提高被熔金属的纯度。

  就目前国内外工业水平来看,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为能够圆满完成冶炼上述材料的设备主要有以下3 种,这就是:真空感应熔炼炉真空自耗电弧炉电渣重熔炉。即:欲快速发展航天航空工业,必须大力开发这3 种高级冶炼设备及其新工艺。

1、真空感应熔炼炉(VIM)

  真空感应熔炼炉(VIM)的工作原理与结构简图

  http://www.chvacuum.com/application/metallurgy/016902.html

2、真空自耗电弧炉(VAR)

  真空自耗电弧炉(VAR)的工作原理与特点

  http://www.chvacuum.com/application/metallurgy/016903.html

3、电渣重熔炉(ESR)

  电渣重熔炉(ESR)的工作原理及特点

  http://www.chvacuum.com/application/metallurgy/016904.html

4、结束语

  最适合熔炼宇航材料的设备是真空感应炉、真空自耗电弧炉、电渣重熔炉,它们的特点如下:

  (1)真空感应熔炼法是真空冶金领域中应用最广的方法之一。如镍基、钴基、铁基等高温合金均采用真空感应熔炼法熔炼,其热加工性能和机械性能明显提高。不锈钢、耐热钢、超高强度钢、工具钢、轴承钢、弹性合金,以及膨胀合金几乎均采用真空感应熔炼法熔炼,它能绝对保证材料性能和质量。

  (2)真空自耗电极重熔法是目前作为二次熔炼较普遍方法之一,适合用于熔炼活性金属,如Zr、Ti 和难熔金属,如W、Mo、Nb、Ta 等。它的优点是可进一步提纯,对降低气体和非金属夹杂物很有效果。由于该工艺是在水冷铜坩埚中进行熔化和凝固,因而钢锭组织得到显著改善、宏观和微观偏析显著减少,经加工后,结晶组织均匀,改善和提高材料的热加工性能和机械性能。

  (3)电渣重熔法是阶段重熔和精炼金属的新方法。它虽然不在真空中熔炼,但是,它的熔渣能将空气和被熔炼金属隔绝,具有最佳的提效果,所以,它对今后生产超高纯度的材料将会发挥更大地作用,很有可能成为生产活性金属的主要手段。电渣重熔法操作简单、易于控制、所炼出的钢锭组织致密、表面质量好。

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