高温合金分为三类材料:760℃高温材料、1200℃高温材料和1500℃高温材料,抗拉强度800MPa。或者说是指在760--1500℃以上及一定应力条件下长期工作的高温金属材料,具有优异的高温强度,良好的抗氧化和抗热腐蚀性能,良好的疲劳性能、断裂韧性等综合性能,已成为军民用燃气涡轮发动机热端部件不可替代的关键材料。
按照现有的理论,760℃高温材料按基体元素主要可分为铁基高温合金、镍基高温合金和钴基高温合金。按制备工艺可分为变形高温合金、铸造高温合金和粉末冶金高温合金。按强化方式有固溶强化型、沉淀强化型、氧化物弥散强化型和纤维强化型等。高温合金主要用于制造航空、舰艇和工业用燃气轮机的涡轮叶片、导向叶片、涡轮盘、高压压气机盘和燃烧室等高温部件,还用于制造航天飞行器、火箭发动机、核反应堆、石油化工设备以及煤的转化等能源转换装置。
高温合金使用真空中频熔炼炉进行熔炼。
真空感应熔炼(简称VIM)在密闭真空条件下,电磁感应过程中会产生涡电流,使金属熔化,可用来熔炼高纯度的金属及合金。主要包括真空感应炉熔炼、悬浮熔炼和冷坩埚熔炼。由于在真空下熔炼,容易将熔于钢和合金中的氮、氢、氧和碳去除到远比常压下冶炼为低的水平,同时,对于在熔炼温度下,蒸气压比基体金属高的杂质元素(铜、锌、铅、锑、铋、锡和砷等)可通过挥发去除,而合金中需要加入的铝、钛、硼及锆等活性元素的成分易于控制。因此,经真空感应熔炼的金属材料可明显地提高韧性、疲劳强度、耐腐蚀性能、高温蠕变性能以及磁性合金的磁导率等多种性能。
真空感应炉冶炼的特点:
1)精确控制化学成分。
真空感应炉冶炼的重要功能就是能够精确地控制钢的化学成分,特别是能够准确控制易氧化元素的含量。目前,重要的钢与合金都要求得到理想的目标成分。
2)冶炼钢具有较高的纯净度。
材料的纯净度同样是决定材料工艺性能和使用性能的重要因素。真空感应炉冶炼的钢中气体、非金属夹杂物和微量有害杂质的含量水平远低于其他冶炼方法生产的钢。
3)冶炼工艺的可调性强。
真空感应炉冶炼的工艺条件,如真空度、温度、精炼时间、炉内气氛等,能够在较大的范围内进行调整,从而达到不同的效果。真空感应炉为冶金反应创造了良好的热力学和动力学条件。
◆真空条件下,提高了碳的脱氧能力;
◆在高温和高真空下,脱氮和去除有害杂质的能力得到提高;
◆调整炉内压强,以减少合金元素挥发和氧化损失。
世界上第一台真空感应炉是于1917 年在德国诞生的,用于熔炼飞机和火箭发动机的引擎。真空感应熔炼炉是真空冶金领域中应用最广的设备之一。事实证明:宇航、导弹、火箭、原子能设备和电子工业所需要的合金和特殊钢,占有相当比例的产品是采用真空感应熔炼炉生产出来的,例如,镍基、钴基、铁基高温合金采用真空感应熔炼炉工艺熔炼时,其热加工性能和机械性能明显提高。像不锈钢、耐热钢、超高强度钢、工具钢、轴承钢,以及磁性材料、弹性合金、膨胀合金等几乎均采用真空感应熔炼炉来熔炼,以保证材料性能和质量。此外,随着二次重熔工艺的发展,真空感应熔炼炉的另一用途是为真空自耗电弧炉或电渣重熔炉提供高质量的自耗电极,以及生产母合金供精密铸造用。
众所周知,真空感应熔炼炉工艺,对金属的熔化、精炼和合金化的整个过程均是在真空状态下进行的,因而避免了相同气相的相互作用而污染。其次,在真空条件下,碳具有很强的脱氧能力,其脱氧产物CO 不断被抽至系统之外,克服了采用金属脱氧剂脱氧的污染问题。真空感应熔炼炉工艺可精确地控制合金的化学成分,对于含有和氧、氮亲和力强的活性元素Al、Ti、B、Zr 等,可控制在很少的范围内。对低熔点易挥发的金属杂质,如Pb、Bi、Sn、Sb 等能蒸发去除,这对提高材料性能起到重要作用。强烈的感应搅拌作用,能加速其反应速度,这对于熔池温度均匀、化学成分均匀等方面很有效果。
真空感应熔炼工艺之所以得到迅速发展是和航空航天工业所需高温合金材料有密切关系,如宇航、导弹、火箭、原子能等设备所需的高温合金。在未采用真空熔炼方法生产的高温合金,其最高工作温度一般只有750-810 ℃;而采用真空熔炼方法生产的高温合金,其最高工作温度可达到980-1090 ℃的水平。这主要是由于采用真空感应熔炼炉熔炼的镍基、铁基、钴基高温合金时,降低了间隙元素O2、N2、H2,能彻底清除非金属夹杂物,以及去除低熔点有害金属杂质,如Pb、Bi、Sb、Cu、Sn、Te 等。
真空感应熔炼炉的设备主要由炉壳、感应器、坩埚、倾炉机构、锭模机构、供电装置,以及水冷系统等组成。炉壳上附设有观察、测温、加料、取样、捣料等装置。炉体外配备有真空系统、供电系统和控制系统等。真空感应熔炼炉有间歇式和半连续式两种,可做成立式或卧式。
真空感应熔炼炉在结构设计上需考虑的重要问题是避免真空放电,为此对于炉壳内的所有带电体都需要经过绝缘处理,并且感应器在结构上应没有尖角、毛刺和锐棱。
以下为我司生产的真空熔炼炉型号,如需了解欢迎咨询!
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