模具鋼材真空熔煉技術(shù)介紹

來(lái)源：新材料在線

前言

人類冶金早已有幾個(gè)世紀(jì)的歷史。在經(jīng)歷了電冶金、火法冶金以及濕法冶金等冶金工藝技術(shù)的發(fā)展后，部分精細(xì)化的冶金技術(shù)逐漸嶄露頭角。19世紀(jì)80年初，真空技術(shù)真正用到冶金工業(yè)上。時(shí)至今日，真空冶金技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越成熟，從應(yīng)用鋼鐵處理到有色金屬處理，從粗金屬到高純度金屬。真空熔煉就是真空冶金中重要的一部分。

真空熔煉具有以下特點(diǎn)：

能防止稀有金屬受大氣和耐火材料的污染；
真空有凈化提純作用，可獲得含氣量低、夾雜少、偏析小、力學(xué)性能及加工性能優(yōu)良的金屬及合金。是獲得高純、高質(zhì)量金屬材料的最好方法；
真空電弧可獲得2000℃以上的高溫，可滿足高熔點(diǎn)金屬的熔煉要求。

通常真空熔煉是基于真空下的進(jìn)行高溫熔煉之后的提純金屬。真空熔煉的方法具體有：電子束熔煉、真空感應(yīng)熔煉、真空電弧爐熔煉、等離子爐熔煉。

電子束熔煉

電子束熔煉，也稱為電子轟擊熔煉，是在高真空之下運(yùn)用一個(gè)或者以上陰極電子槍通過發(fā)射高能的電子束，將熔物料轟擊，以使電子動(dòng)能快速轉(zhuǎn)為熱能，進(jìn)而熔化爐料，且滴入冷水銅中，從而凝固成錠的熔煉方法。電子書熔煉技術(shù)通常適用于熔煉難度高而且要求超高純度的合金或者金屬，是一種極具發(fā)展前景的熔煉方法。

優(yōu)點(diǎn)：

高真空度(0.00027-0.027Pa)，使蒸氣壓較高的雜質(zhì)被除去，如碳、釩、鐵、硅、鋁、鎳、鉻、銅等比精煉前可降低兩個(gè)數(shù)量級(jí)，可得到無(wú)氧化物的鉬和鎢，氧可從0.002% 降至 0.0004%- 0.0009%，氮降至0.004%- 0.008%，氫含量低于 0.0001%- 0.0002%。
熔煉速度和加熱速度可以在較大范圍調(diào)節(jié)，有利于液態(tài)中的碳和氧反應(yīng)，擴(kuò)散能力低的雜質(zhì)能擴(kuò)散到熔體蒸發(fā)去除。
功率密度高，可達(dá)到104~ 108W／cm2，熔池表面溫度高、可調(diào)；同時(shí)，電子束對(duì)金屬熔體有攪拌作用。
用水冷銅坩堝凝固鑄錠，不被耐火材料污染。
可得到很高的溫度，能熔化任何難熔金屬，也可熔化非金屬。

應(yīng)用：

用于蒸氣壓低（不易揮發(fā)）的金屬材料，如鎢、鉬、鉭、鋯以及鈦等，這些材料應(yīng)用電子束爐熔煉，被公認(rèn)為是理想的熔煉方法。對(duì)于優(yōu)質(zhì)合金鋼，特別是鎳基和鈷基合金鋼，電子束爐熔煉也得到了廣泛的應(yīng)用。

設(shè)備商案例：

北京有色金屬研究總院從上世紀(jì)70年代末起即自行研制出國(guó)內(nèi)第一臺(tái)電子束爐，已具備數(shù)十年的技術(shù)積累。有研總院屬下的機(jī)電設(shè)備開發(fā)中心，常年專業(yè)從事電子束真空熔煉爐的開發(fā)和研制工作，至今已生產(chǎn)出數(shù)十臺(tái)電子束爐，設(shè)備遍布于國(guó)內(nèi)各大有色金屬冶煉企業(yè)當(dāng)中，業(yè)績(jī)斐然。

北京有色金屬研究總院研發(fā)的三槍大功率電子束爐

有研總院機(jī)電中心擁有專業(yè)化的技術(shù)團(tuán)隊(duì)和工藝研究團(tuán)隊(duì)，穩(wěn)定可靠的質(zhì)量保證及售后服務(wù)，種類多樣的研發(fā)設(shè)備，產(chǎn)品價(jià)格優(yōu)惠，較之國(guó)內(nèi)其他的同行業(yè)生產(chǎn)廠家在開發(fā)研制電子束熔煉爐上具有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

真空感應(yīng)爐熔煉

真空感應(yīng)熔煉是一種在真空條件下利用電磁感應(yīng)加熱原理來(lái)熔煉金屬的金屬工藝制程。在電磁感應(yīng)過程中會(huì)產(chǎn)生渦電流，使金屬熔化。此制程可用來(lái)提煉高純度的金屬及合金。

原理：

加熱采用無(wú)鐵芯的感應(yīng)熔煉爐（兩噸以下的真空熔煉爐，通常采用 500~ 4000Hz 的中頻電源，大型電爐多采用三倍工頻或工頻電源）；
熔煉爐裝在一個(gè)真空室中，爐料在真空或惰行氣體中熔煉，真空系統(tǒng)采用初級(jí)真空泵和增壓泵抽取真空，并由真空閥門和檢測(cè)儀表組成，對(duì)于采用油增壓泵和羅茨泵并聯(lián)的真空系統(tǒng)，其真空度可達(dá)0.06Pa；
在水冷條件下，對(duì)感應(yīng)加熱器及結(jié)晶器進(jìn)行冷卻處理；
并在真空條件下，熔煉和澆鑄金屬熔體。

優(yōu)點(diǎn)：

凈化效果好，是熔煉金屬或合金的含氣量低；
合金元素的氧化損失小，氧化夾雜少；
可以不用覆蓋劑，熔體不易被氧化；
能提高金屬或合金的機(jī)械性能和塑性成形能力。

應(yīng)用：

多用于熔煉高強(qiáng)度鋼、超級(jí)高強(qiáng)度鋼以及高溫合金。

真空電弧爐熔煉

電弧熔煉是利用電弧放電產(chǎn)生的高溫來(lái)熔煉金屬，并在真空條件下，實(shí)現(xiàn)熔體的脫氧、雜質(zhì)揮發(fā)和夾雜分解等熔體凈化過程。

產(chǎn)生電弧的電極可以是損耗的(自耗，如鈦等)，也可以是不損耗的(非自耗，如石墨等)。自耗基本過程：金屬電極在直流電弧高溫（5000℃）作用下，迅速熔化、精煉，并在水冷紫銅結(jié)晶器內(nèi)凝固。

優(yōu)點(diǎn)：

真空電弧爐熔煉徹底克服了傳統(tǒng)冶金方法所固有的四大致命缺點(diǎn)：即克服了由爐襯耐火材料、冶金爐渣、爐氣和澆注過程對(duì)產(chǎn)品的沾污而能綜合提高金屬質(zhì)量。
在熔煉過程中自耗電極首先以層狀熔化后呈滴狀進(jìn)入結(jié)晶器首先形成熔池，因此使比重輕的非金屬夾雜物自液體金屬中分離升浮達(dá)到所謂凈化性提純。
具有快速定向程序結(jié)晶過程�？墒菇饘俚恼次叟c夾雜物分布均勻以及通過排除到錠子頭部錠冠和錠子表面。
在合理的選定工藝參數(shù)條件下，特別是供電參數(shù)，可以完全消除一般錠常見的固有缺陷如縮孔、中心疏松、各種典型偏析、裂紋和皮下氣泡等。
過程本身的靈活性可用來(lái)精煉各種不同物理性能的金屬與合金，原則上可熔煉包括最難熔的金屬鎢在內(nèi)的任何金屬材料。