航空航天材料背后的功臣：真空感应熔炼炉

当前，世界上许多国家，特别是发达国家，为了开展空间技术、占领空间范畴、加 快实现国防现代化、加强国防力量，不惜斥巨资，争先恐后地竞相开发和制作先进的航 空、航 天、帆海设备，如：宇宙飞船、国际空间站、人造卫星、核潜艇、喷气式长途轰炸机、原子能、火箭、导弹等设备。

可是，这些尖 端设备对制作它的资料性能要求十分严格，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 劳等一系列特别严格要求，尤其是对资料性能的稳定性、一致性和牢靠性要求十分高。

可是，满意这些要求，已非众所周知的一般锻炼设备所能完成的。为此，冶金工作者们，为了进步和改善宇航设备上的特别钢和合金的质量和纯度，长期进行研讨和讨论新的熔炼设备和工艺。

通过大量的体系的理论和实践研讨，以及从热力学和动力学等方面研讨和讨论冶金过程中的物理化学反响机理，得出的重要结论是：可以满意上述要求的工艺便是在真空室内进行宇航资料的锻炼。

这是因为：（1）在真空状态下，可以避免被熔炼金属及合金同非金属搀杂物资生化学反响；（2）在真空状态下，可以铲除液态熔融金属中的有害的可溶解气体和污染物，以进步被熔金属的纯度。

就目前国内外工业水平来看，可以圆 满 完成锻炼上述资料的设备首要有以下3种，这便是：真空感应熔炼炉、真空自耗电弧炉和电渣重熔炉。即：欲快速开展航天航空工业，必须大力开发这3种高档锻炼设备及其新工艺。

1真空感应熔炼炉（VIM）

世界上第 一台真空感应炉是于1917年在德国诞生的，用于熔炼飞机和火箭发动机的引擎。真空感应熔炼炉是真空冶金范畴中应用蕞广的设备之一。

事实证明，宇航、导 弹、火箭、原子能设备和电子工业所需求的合金和特别钢，占有适当比例的产品是选用真空感应熔炼炉出产出来的。

例如，镍基、钴基、铁基高温合金选用真空感应熔炼炉工艺熔炼时，其热加工性能和机械性能明显进步。像不锈钢、耐热钢、超 高 强度钢、工具钢、轴承钢，以及磁性资料、弹性合金、膨胀合金等简直均选用真空感应熔炼炉来熔炼，以确保资料性能和质量。

此外，跟着二次重熔工艺的开展，真空感应熔炼炉的另一用处是为真空自耗电弧炉或电渣重熔炉供给高质量的自耗电及，以及出产母合金供精细铸造用。

众所周知，真空感应熔炼炉工艺，对金属的熔化、精粹和合金化的整个过程，均是在真空状态下进行的，因而避免了相同气相的相互效果而污染。其次，在真空条件下，碳具有很强的脱氧才能，其脱氧产品CO不断被抽至体系之外，克服了选用金属脱氧剂脱氧的污染问题。

真空感应熔炼炉工艺可精 确地操控合金的化学成分，关于含有和氧、氮亲和力强的 活 性元素Al、Ti、B、Zr等，可操控在很少的范围内对低熔点易挥发的金属杂质，如Pb、Bi、Sn、Sb等能蒸发去除，这对进步资料性能起到重要效果。强烈的感应拌和效果，能加 快其反响速度，这关于熔池温度均匀、化学成分均匀等方面很有 效果。

真空感应熔炼工艺能得到迅速开展，和航 空 航 天工业所需高温合金资料有密切关系，如宇航、导 弹、火箭、原子能等设备所需的高温合金。在未选用真空熔炼办法出产的高温合金，其蕞高工作温度一般只要750~810℃；而选用真空熔炼办法出产的高温合金，其蕞高工作温度可到达980~1090℃的水平。这首要是因为选用真空感应熔炼炉熔炼的镍基、铁基、钴基高温合金时，降低了空隙元素O2、N2、H2，能彻 底铲除非金属搀杂物，以及去除低熔点有害金属杂质，如Pb、Bi、Sb、Cu、Sn、Te等。

真空感应熔炼炉的设备首要由炉壳、感应器、坩埚、倾炉机构、锭模机构、供电设备，以及水冷体系等组成。炉壳上附设有调查、测温、加料、取样、捣料等设备。炉体外配备有真空体系、供电体系和操控体系等。真空感应熔炼炉有间歇式和半接连式两种，可做成立式或卧式。

真空感应熔炼炉在结构设计上需考虑的重要问题是避免真空放电，为此，关于炉壳内的所有带电体都需求通过绝缘处理，而且感应器在结构上应没有尖角、毛刺和锐棱。

综上所述，真空感应熔炼炉具有以下特色：（1）在真空状态下，可以熔炼一些宝贵的活泼金属，如钛合金等；（2）在真空状态下，可以杜绝被熔炼金属和合金，同非金属搀杂物资生化学反响。（3）在真空状态下，可以铲除液态熔融金属中的有害可溶解气体和污染物。

从产品应用上看，首要用于出产宇航、导 弹、火箭、原子能和电子工业所需的高温合金、超 高 强度钢、不锈钢，以及其他特别用处的合金。