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但是,這些尖端設備對制造它的材料性能要求非常嚴格,對所用的鋼材、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格要求,尤其是對材料性能的穩定性、一致性和可靠性要求非常高。
通過(guò)大量的系統的理論和實(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)反應機理,得出的重要結論是:唯一能夠滿(mǎn)足上述要求的工藝就是在真空室內進(jìn)行宇航材料的冶煉。
就目前國內外工業(yè)水平來(lái)看,能夠圓滿(mǎn)完成冶煉上述材料的設備主要有以下3種,這就是:真空感應熔煉爐、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種高級冶煉設備及其新工藝。
例如,鎳基、鈷基、鐵基高溫合金采用真空感應熔煉爐工藝熔煉時(shí),其熱加工性能和機械性能明顯提高。像不銹鋼、耐熱鋼、超高強度鋼、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,真空感應熔煉爐工藝,對金屬的熔化、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,碳具有很強的脫氧能力,其脫氧產(chǎn)物CO不斷被抽至系統之外,克服了采用金屬脫氧劑脫氧的污染問(wèn)題。
真空感應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、導彈、火箭、原子能等設備所需的高溫合金。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到980~1090℃的水平。這主要是由于采用真空感應熔煉爐熔煉的鎳基、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。(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)品應用上看,主要用于生產(chǎn)宇航、導彈、火箭、原子能和電子工業(yè)所需的高溫合金、超高強度鋼、不銹鋼,以及其他特殊用途的合金。