真空熔炼技术.ppt

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1、真空熔炼本章内容要点：真空熔炼技术简介真空熔炼的相关理论真空熔炼设备介绍第七章，真空熔炼本课程内容目录：7.1真空熔炼技术简介7.1.1真空熔炼的特点7.1.2稀有金属熔炼的特点7.1.3真空熔炼对稀有金属的适应性7.2真空熔炼的理论基础7.2.1分解7.2.2脱氧7.2.3金属及非金属成分的挥发7.2.4坩锅与金属间的反应7.3真空感应炉熔炼7.4真空电弧炉熔炼7.4.1真空电弧炉工作原理7.4.2真空电弧炉7.4.3真空自耗电弧熔炼过程7.5电子束炉熔炼7.6等离子炉熔炼7.1真空熔炼技术的发展7.1.1真空熔炼的特点根据

2、熔体中H的溶解度与其分压的平方根关系：式中：S为金属熔体中的气体溶解度；P为金属与气体接触处的气体分压；K为比例常数，与金属、气体及温度条件有关。可见，（1）通过降低外界压力，就可以减少气体在金属熔体中的熔解度，从而减少气体的含量－具有除气作用；（2）同时，根据分压差原理，通过降低压力使溶解在金属熔体中的气体，有强烈的析出倾向－具有除气作用；（3）并且，生成的气泡在上浮过程中，能吸附非金属夹杂物带出金属熔体－具有除杂作用；（4）另外，真空条件下，能减少金属熔体的氧化倾向－具有防止氧化作用。7.1.2稀有金属熔炼的特点（1）具有

3、较高的熔点，其中，钨、钼、钽、铌被称为四大难熔金属(3380℃,2620℃,3410℃,2468℃)，在熔炼时需要较高的加热温度，增加了氧化、吸气、造渣的危险；（2）具有较高的化学活性，特别是与氧、氮和氢等间隙元素的亲和力大，具有很强的氧化和吸气倾向；（3）间隙元素对稀有金属的加工性能和使用性能的影响极其敏感，氧、氮和氢三大元素的含量大于0.035~0.045%时，则难以加工变形。7.1.3真空熔炼对稀有金属的适应性（1）真空熔炼，能防止稀有金属受大气和耐火材料的污染；（2）真空熔炼，可以获得气体与夹杂含量低，机械性能高，加工

4、性好的金属铸锭；（3）采用真空电弧熔炼，可以获得2000°C以上的高温，保证了稀有金属熔炼所需的高温条件。7.2真空熔炼的理论基础除了上述真空熔炼的特点：（1）通过降低外界压力，就可以减少气体在金属熔体中的熔解度，从而减少气体的含量－具有除气作用；（2）同时，根据分压差原理，通过降低压力使溶解在金属熔体中的气体，有强烈的析出倾向－具有除气作用；（3）并且，生成的气泡在上浮过程中，能吸附非金属夹杂物带出金属熔体－具有除杂作用；（4）另外，真空条件下，能减少金属熔体的氧化倾向－具有防止氧化作用。还包括：7.2.1真空

5、对化合物分解特点当气体和夹杂以金属化合物形式存在时，是难以去除的，然而，在真空和高温条件下，它们容易分解形成气体，从而比较好去除。（见图7－1，氧化物生成自由能与温度关系曲线）7.2.2真空的脱氧特点与氮化物、氢化物相比，氧化物的分解压很低，通常是1.33×10-5Pa，远低于真空设备所能达到的真空条件，因此，只能靠加入脱氧剂（还原剂）脱氧。脱氧剂包括：碳脱氧剂、氢脱氧剂和金属脱氧剂。（1）碳脱氧剂－在真空条件下，其脱氧能力是常压下的100倍，是一种真空强脱氧剂，其脱氧反应简式为：[C]+[O]→CO↑由于真空条件下，生成的

6、气体被逐渐的抽走，所以，使反应顺利进行。（2）氢脱氧剂－用氢还原金属氧化物的氧，其反应简式为：H2+[O]→H2O↑当采用碳脱氧形成稳定的化合物的情况，适合采用氢脱氧法，但有一定的危险。（3）金属脱氧剂－加入一种高活性的金属，它与氧的亲合力大，从而使氧化物还原，并形成低熔解度的稳定氧化物，达到脱氧的目的。按合金元素与氧的亲和力的大小，由大到小依次排列为：Be—Li—Mg—Na—Ca—Al—Ti—Si—Mn—Cr—Zn—Fe—Ni—CuAl以上的与氧亲和力大，是表面活性元素7.2.3真空使金属及非金属挥发的特点真空熔炼不仅使易挥

7、发（蒸汽压大）的金属挥发，而且使蒸气压较小的杂质及某些氧化物也能挥发。因此，真空熔炼的重要问题之一是如何控制挥发速率及其损失，可以利用此种特性，去除杂质元素，净化金属熔体，同时，为了控制合金元素的含量不受损失，通常在真空熔炼后期加入易挥发的合金元素，也可以在添加合金元素时，向炉内充入一定压力的惰性气体。7.2.3真空条件下坩锅与金属熔体的反应情况真空条件下，促进了坩锅与熔体的反应，而使耐火材料损坏和金属熔体污染－增氧。例如，熔炼含Ti的金属熔体时，与SiO2及Al2O3耐火材料反应：SiO2＋[Ti]→2SiO↑+TiO2真空

8、条件下，SiO不断溢出，从而促进了反应的进行。同样，Al2O3＋[Ti]→4/3[Al]+TiO2Al2O3＋3[C]→3CO↑+2[Al]……7.3真空感应炉熔炼1－绞盘；2－炉料；3－闸门；4－熔炼室；5－加料斗；6－感应器；7－弹簧；8－卸锭门；9－锭模；10－闸门；1