航空航天材料背后的功臣：真空感應(yīng)熔煉爐

但是，這些尖端設(shè)備對(duì)制造它的材料性能要求非常嚴(yán)格，對(duì)所用的鋼材、合金、毛坯提出高純度、高均勻性、耐高溫、耐高壓、抗沖擊、抗疲勞等一系列特殊嚴(yán)格要求，尤其是對(duì)材料性能的穩(wěn)定性、一致性和可靠性要求非常高。

通過(guò)大量的系統(tǒng)的理論和實(shí)踐研究，以及從熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)等方面研究和探討冶金過(guò)程中的物理化學(xué)反應(yīng)機(jī)理，得出的重要結(jié)論是：唯一能夠滿(mǎn)足上述要求的工藝就是在真空室內(nèi)進(jìn)行宇航材料的冶煉。

就目前國(guó)內(nèi)外工業(yè)水平來(lái)看，能夠圓滿(mǎn)完成冶煉上述材料的設(shè)備主要有以下3種，這就是：真空感應(yīng)熔煉爐、真空自耗電弧爐和電渣重熔爐。即：欲快速發(fā)展航天航空工業(yè)，必須大力開(kāi)發(fā)這3種高級(jí)冶煉設(shè)備及其新工藝。

世界上第一臺(tái)真空感應(yīng)爐是于1917年在德國(guó)誕生的，用于熔煉飛機(jī)和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的引擎。真空感應(yīng)熔煉爐是真空冶金領(lǐng)域中應(yīng)用最廣的設(shè)備之一。

例如，鎳基、鈷基、鐵基高溫合金采用真空感應(yīng)熔煉爐工藝熔煉時(shí)，其熱加工性能和機(jī)械性能明顯提高。像不銹鋼、耐熱鋼、超高強(qiáng)度鋼、工具鋼、軸承鋼，以及磁性材料、彈性合金、膨脹合金等幾乎均采用真空感應(yīng)熔煉爐來(lái)熔煉，以保證材料性能和質(zhì)量。

眾所周知，真空感應(yīng)熔煉爐工藝，對(duì)金屬的熔化、精煉和合金化的整個(gè)過(guò)程，均是在真空狀態(tài)下進(jìn)行的，因而避免了相同氣相的相互作用而污染。其次，在真空條件下，碳具有很強(qiáng)的脫氧能力，其脫氧產(chǎn)物CO不斷被抽至系統(tǒng)之外，克服了采用金屬脫氧劑脫氧的污染問(wèn)題。

真空感應(yīng)熔煉工藝能得到迅速發(fā)展，和航空航天工業(yè)所需高溫合金材料有密切關(guān)系，如宇航、導(dǎo)彈、火箭、原子能等設(shè)備所需的高溫合金。在未采用真空熔煉方法生產(chǎn)的高溫合金，其最高工作溫度一般只有750~810℃；而采用真空熔煉方法生產(chǎn)的高溫合金，其最高工作溫度可達(dá)到980~1090℃的水平。這主要是由于采用真空感應(yīng)熔煉爐熔煉的鎳基、鐵基、鈷基高溫合金時(shí)，降低了間隙元素O2、N2、H2，能徹底清除非金屬夾雜物，以及去除低熔點(diǎn)有害金屬雜質(zhì)，如Pb、Bi、Sb、Cu、Sn、Te等。

綜上所述，真空感應(yīng)熔煉爐具有以下特點(diǎn)：（1）在真空狀態(tài)下，能夠熔煉一些貴重的活潑金屬，如鈦合金等；（2）在真空狀態(tài)下，能夠杜絕被熔煉金屬和合金，同非金屬夾雜物產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。（3）在真空狀態(tài)下，能夠清除液態(tài)熔融金屬中的有害可溶解氣體和污染物。

從產(chǎn)品應(yīng)用上看，主要用于生產(chǎn)宇航、導(dǎo)彈、火箭、原子能和電子工業(yè)所需的高溫合金、超高強(qiáng)度鋼、不銹鋼，以及其他特殊用途的合金。