直空在冶金工業(yè)中的應(yīng)用
在真空中對(duì)金屬及其合金進(jìn)行真空冶金范圍很廣,包括真空蒸餾、礦石及其半產(chǎn)品的真空分離,金屬化合物真空還原、鋼液爐外真空脫氣和精煉、金屬真空熔鑄、真空燒結(jié),真空熱處理、真空釬焊及真空固態(tài)接合等多種工藝方法。真空冶金工業(yè)自二十世紀(jì)五十年代發(fā)展以來(lái)之所以得到極為廣泛地應(yīng)用,是因?yàn)檎婵窄h(huán)境在冶金過(guò)程中具有一系列的特點(diǎn)所致。
首先是真空環(huán)境中物質(zhì)與殘余氣體分子間的化學(xué)作用十分微弱,因此非常適宜對(duì)黑色金屬、稀有金屬,超純金屬及其合金、半導(dǎo)體材料的熔煉和精制。
其次,在真空環(huán)境中可通過(guò)降低單一氣體分子的分壓強(qiáng)、達(dá)到鋼液脫氣精煉、真空碳脫氧的目的。真空環(huán)境的另一個(gè)特點(diǎn)還在于它在較低的溫度下、具有進(jìn)行一定反應(yīng)的能力,例如在同樣溫度下,有些反應(yīng)過(guò)程在大氣中則難以進(jìn)行,但是在低壓下就十分容易。這就是真空化合物分解和有色金屬冶煉的基本原理。
表 4 給出了各種不同真空冶金領(lǐng)域中所采用的各種工藝方法和它們的適用范圍。供讀者參閱。表 4 中給出的真空冶金中,尚應(yīng)包括真空鍍膜工藝,但是由于這一領(lǐng)域,目前已成為真空表面處理技術(shù)中的一個(gè)重要組成部分,因此我們將在下一節(jié)中詳述。
表 5 真空冶金的主要領(lǐng)域、工藝方法及其適用范圍
領(lǐng)域 |
工藝方法 |
運(yùn)用范圍 |
真 空 熔 煉 |
真空感應(yīng)熔煉 |
鐵鎳鈷銅鈹鈾系金屬及其合金 鈦鈹系金屬及其合金、鐵鎳鈷系高級(jí)合金鋼、鈾系合金、硅、鋯、鐵、鈮、鉑的區(qū)域精煉 |
自耗電極真空弧熔煉 |
鐵鎳鈷系高級(jí)合金鋼及低合金鋼,高級(jí)合金鎢鋁銠鉭鈦系金屬及其合金 |
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非 耗電極真空電弧熔煉 |
鈾鈦鋯及碳化鈾熔煉 |
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真空弧熱源在水冷銅坩堝中精煉及鑄造 |
鈦鋯鉬鈮鎢鉭及鈾等金屬合金 |
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真空電子束熔煉同時(shí)在水冷銅坩堝中凝固成錠 |
鎢、鉬、鈮、鉭、鉿、鈹?shù)葼栯y熔金屬及全金高級(jí)合金鋼、超級(jí)合金、起純金屬 |
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電子束熱源在水冷 銅坩堝中皮殼精練然后進(jìn)行離子鑄造或精密鑄造 |
鋁、鉬、鈮、鉭、鋯、鈦等,滾球軸承鋼等,高級(jí)合金鋼 |
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溢流法電子束多重熔床熔煉及冷凝成錠 |
高純金屬、高純合金及高級(jí)合金鋼 |
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等離子弧熔煉 |
合金鋼及工具材料 |
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等離子弧重熔 |
鈦及合金鋼 |
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等離子弧感應(yīng)熔煉 |
耐熱鋼及耐熱合金 |
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真空精練 |
合金鋼精練及脫氣 |
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真 空 脫 氣 及 爐 外 精 煉
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鋼包靜態(tài)真空脫氣 |
處理合金鋼 |
真空澆注 |
碳鋼合金鋼大鍛件鋼錠 |
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倒包脫氣 |
結(jié)構(gòu)鋼 |
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出鋼脫氣 |
與電爐組合處理各種合金鋼 |
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出鋼脫氣加真空澆注 |
大鋼件鋼錠處理澆注 |
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出鋼脫氣加例包脫氣 |
各種鋼 |
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提升處理( DH 法) |
碳鋼、低合金錫、彈簧鋼、軸承鋼、不銹鋼電工鋼 |
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循環(huán)處理( RH 法) |
同上 |
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電磁攪拌真空脫氣 |
軸承鋼、超高強(qiáng)度鋼 |
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真空鋼包吹氬 |
低合金鋼 |
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真空電弧加熱脫氣 |
高合金鋼 |
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真空吹氧脫碳精練 |
不銹鋼及其他合金、高純鐵素體不銹鋼 |
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電弧加熱電磁攪拌真空精煉 |
合金鋼、不銹鋼、軸承鋼 |
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真空吹氧精煉 |
不銹鋼 |
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氬氧精煉 |
不銹鋼、結(jié)構(gòu)鋼、軸承鋼、工具鋼 |
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水蒸氣混氧精煉 |
不銹鋼、猛鉻鋼 |
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真 空 熱 處 理 |
真空退火 |
鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、工具模具鋼、鉬、鋁、鈦、鋯、鈾、銅、鈦合金 |
真空氣體淬火真空高壓氣淬 |
高速鋼、馬氏體鉻鋼、冷作工具鋼、熱處工具鋼、鈦合金鑄件 |
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真空油淬火 |
工具鋼、高速鋇 |
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電子束淬火 |
活塞環(huán)槽脊、汽車(chē)凸輪軸及有關(guān)零件 |
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輝光離子氮化 |
鉻鋼、高速鋼、球未鑄鐵零件 |
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真空滲碳真空離子滲碳 |
軸鑿輪模具等零件 |
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真 空 接 合 |
電子束焊接 |
難熔金屬活性金屬、耐熱鋼、不銹鋼、彈簧鋼、高速鋼 |
真空釬焊 |
不銹鋼、鋁和鋁合金、鈦及其合金鈹與不銹鋼、鈹 - 鈦、鈹 - 鈮、鈹 - 陶瓷 |
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真空固態(tài)結(jié)合(擴(kuò)散焊) |
鎳懸超合金,鈦合金 Cu-Ni , Ti- 鋼 Cu-Nb 、銅 - 鋼 |
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真空燒結(jié) |
真空精類冶金 |
高純度耐熱金屬及合金,復(fù)合金屬、高磁性磁鐵、不銹鋼零件 |
真空蒸餾濃縮和結(jié)晶 |
真空蒸餾 |
有機(jī)油類、合成樹(shù)脂原料、高級(jí)酒精、高級(jí)脂肪酸、維生素 A 、 E 、苯乙烯、香乙醇、制酒、香精分離、鈦給鋯去掉鎂雜質(zhì)和二氧化碳 |
真空濃縮 |
合成氨、合成尿素、制鹽糖、制酸、合成洗滌劑、制堿、浮制品、果汁、果醬 |
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真空結(jié)晶 |
氯化鉀、氯化鈉、合成尿素、合成氨 |