鈦及難熔金屬真空熔煉

前言

序瞻顧人類歷史，人類文明的進(jìn)展無不與金屬材料的使用聯(lián)系在一起。6000年前人類開始使用青銅器，人類歷史就進(jìn)入了青銅器時代。4000年前人類會使用鐵器，而發(fā)展到鐵器時代。可見金屬材料的開發(fā)和應(yīng)用具有劃時代的意義。以后隨著人類社會進(jìn)步，越來越多新的金屬材料不斷地進(jìn)入人類生活。如鋅的應(yīng)用有500多年的歷史，當(dāng)今被廣泛應(yīng)用的輕巧耐用的鋁合金，僅有100年的歷史。每種金屬材料的應(yīng)用，都會給人類文明的發(fā)展做出重要的貢獻(xiàn)。當(dāng)今社會是科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)，社會財富極為豐富，人類高度文明的新時代。人們?nèi)粘?yīng)用的金屬材料有千萬種之多，它們有的以鋼筋鐵骨構(gòu)建成高樓大廈、公路橋梁; 有的身輕如燕飛向藍(lán)天和宇宙; 有的深潛海底，遨游五大洋; 有的載著我們東來西往;有的在我們身邊，隨時傳遞美好的信息。所以說能源、材料和信息科學(xué)是當(dāng)代科技的三大支柱。鈦是金屬材料族群中的一支新秀，鈦合金具有低密度、高比強(qiáng)度和比模量、高熔點、耐腐蝕、在高溫時依然可以維持較高的強(qiáng)度和剛度，并有良好的抗蠕變性和抗氧化能力，是最具有潛力的新一代高溫結(jié)構(gòu)材料，廣泛地應(yīng)用于航空、航天、艦船、石油化工、生物工程等領(lǐng)域，因此被譽為“太空金屬”和“海洋金屬”。難熔金屬均屬于稀有金屬，它們具有高熔點、高密度、高溫強(qiáng)度、高硬度和耐酸堿腐蝕以及優(yōu)秀的核性能等一系列特殊性能，是高溫領(lǐng)域中任何其他材料所不能替代的。因此在航空航天、核工業(yè)、軍事工業(yè)及冶金等領(lǐng)域有廣泛的用途，都是重要的戰(zhàn)略物資。鈦和難熔金屬的生產(chǎn)、儲備及應(yīng)用在一定程度上可以反映出一個國家的科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平和綜合國力。我國鈦及難熔金屬材料的生產(chǎn)，全國解放以后是從零起步，經(jīng)過60年的艱苦奮斗，已取得了輝煌的成就。到今天已形成完整的科研生產(chǎn)體系，基本保證了軍事國防和科技發(fā)展的需求。鈦及難熔金屬的共同特點是熔點高，化學(xué)活性強(qiáng)，純度要求高，所以真空熔煉是最合適的生產(chǎn)方法。雖然早在1905年鮑頓就利用自耗電極和水冷銅坩堝，在低壓氬氣的保護(hù)下熔煉金屬鉭獲得成功，但是真正用于生產(chǎn)還是在20世紀(jì)50年代以后，所以真空熔煉還是一種“年輕”的正在發(fā)展的生產(chǎn)方法。真空熔煉最早只有真空自耗熔煉、電子束熔煉和等離子熔煉，近年來由于真空獲得技術(shù)的進(jìn)步，以及新技術(shù)新工藝對新材料的需求，推動了真空熔煉技術(shù)的發(fā)展。出現(xiàn)了組合冷坩堝感應(yīng)熔煉技術(shù)，冷坩堝磁懸浮熔煉技術(shù)和鈦的冷床熔煉技術(shù)。這些新技術(shù)的出現(xiàn)，又使真空熔煉技術(shù)提高到一個新水平。今后隨著國民經(jīng)濟(jì)和高新技術(shù)的飛躍發(fā)展，對于各種金屬材料需求量會越來越大，品種會越來越多，鈦和難熔金屬的生產(chǎn)必將會有更大的發(fā)展，真空熔煉技術(shù)也必將會得到更加廣泛的應(yīng)用和發(fā)展?！垛伡半y熔金屬真空熔煉》一書，全面系統(tǒng)地介紹了各種真空熔煉方法的工作原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)、工藝流程及各種生產(chǎn)工藝實例。該書系統(tǒng)全面，內(nèi)容翔實，簡明易懂，可做本專業(yè)的工程技術(shù)人員、高校學(xué)生、熟練技術(shù)工人和工程管理人員的參考書，也可作為崗位技術(shù)教育的專業(yè)教材。

內(nèi)容概要

　　本書共分12章，第1章為真空熔煉的技術(shù)基礎(chǔ)，主要分為兩部分，第一部分是真空的獲得，即初步介紹一些真空技術(shù)的基礎(chǔ)知識；第二部分是介紹一些真空熔煉的物理化學(xué)基礎(chǔ)理論知識。第2章到第6章分別介紹了鈦及難熔金屬常用的各種真空熔煉方法包括真空感應(yīng)熔煉、真空電弧熔煉、電子束熔煉、等離子熔煉、冷床(冷坩堝)熔煉等的工作原理、設(shè)備結(jié)構(gòu)和技術(shù)特性。因為真空電弧熔煉目前仍是鈦及難熔金屬的最重要的生產(chǎn)方法，所以本書把真空電弧熔煉作為重點做了較全面系統(tǒng)的闡述。第7章至第11章分別介紹了鈦和各種難熔金屬及其合金的真空熔煉工藝特點和工藝實例。第12章介紹了真空熔煉過程中的生產(chǎn)安全與防護(hù)。

書籍目錄

緒　言
第1章　真空熔煉的技術(shù)基礎(chǔ)
　1.1　真空的獲得
　　1.1.1　概述
　　1.1.2　真空泵
　　1.1.3　真空測量
　　1.1.4　真空系統(tǒng)
　1.2　真空熔煉的熱力學(xué)和動力學(xué)基礎(chǔ)
　　1.2.1　金屬氧化的熱力學(xué)
　　1.2.2　金屬氧化的動力學(xué)
　　1.2.3　壓力對化學(xué)反應(yīng)平衡的影響
　1.3　脫氧
　　1.3.1　碳脫氧
　　1.3.2　氫脫氧
　　1.3.3　活性金屬脫氧
　　1.3.4　金屬和非金屬成分的揮發(fā)脫氧
　1.4　脫氣
　　1.4.1　氣體的溶解度
　　1.4.2　壓力對氣體溶解的影響
　1.5　化合物的分解
　1.6　金屬的揮發(fā)
　　1.6.1　金屬揮發(fā)的熱力學(xué)
　　1.6.2　金屬揮發(fā)的動力學(xué)
　1.7　真空下耐火材料與金屬熔體的相互作用
第2章　真空感應(yīng)熔煉
　2.1　概述
　2.2　感應(yīng)電爐的工作原理
　　2.2.1　感應(yīng)加熱原理
　　……
第3章　真空電?熔煉
第4章　電子束熔煉
第5章　等離子熔煉
第6章　凝殼熔煉
第7章　鈦及鈦合金真空自耗熔煉
第8章　鈦合金的冷床熔煉
第9章　鋯、鉿合金真空熔煉
第10章　鉭、鈮及其合金真空熔煉
第11章　鎢、鉬合金的真空熔煉
第12章　真空熔煉的生產(chǎn)安全
參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：（2）鋯加工過程中的安全上述情況表明，使用微細(xì)鋯粉時必須特別謹(jǐn)慎。鋯粉塵霧極易燃燒，能產(chǎn)生相當(dāng)大的爆炸力。鋯粉薄層即使不像塵霧那樣懸浮于空氣中，一旦條件合適也容易燃燒，并燃燒達(dá)到高溫。這種鋯粉如在密封容器中燃燒，由于容器內(nèi)的空氣和其他氣體的膨脹，壓力迅速增加，也會產(chǎn)生爆炸。所以在加工、運輸和使用過程中一定要特別注意。當(dāng)海綿鋯處理得沒有氧化膜的程度，例如用碘化法精煉成晶條鋯的海綿鋯，一旦與空氣接觸就開始燃燒。當(dāng)切削加工所得的鋯屑和鋯末，在加工過程中發(fā)熱達(dá)到足夠的高溫，也會開始燃燒。一旦燃燒起來，就很難撲滅。海綿鋯、鋯屑燃燒時火焰極小，但金屬燒得閃閃發(fā)光。由于燃燒溫度很高，產(chǎn)生的熱量足以燒毀機(jī)床和燒穿鋼板。因此，.必須采取切實可行的措施盡力防止引起鋯屑、鋯粉和海綿鋯燃燒的危險性。鋯在切削加工時，通常使用切削油、水或油乳濁液作為冷卻劑。這些冷卻劑導(dǎo)熱很快，因此，鋯屑和鋯末不會燃燒。冷卻劑應(yīng)迅速而連續(xù)不斷地供給，要防任何止中斷。在某些情況下，加工表面可以完全浸人冷卻劑中。在機(jī)床附近不得堆積大量鋯屑和鋯末，要少量多次地清除掉這些廢料，并放人帶蓋的金屬容器中，以減少燃燒的危險。如果廢料不多，即使它開始燃燒也可以允許其燒盡而不會損害到機(jī)床。如果在切削加工鋯時，由于某種原因而不能采用冷卻劑時，則應(yīng)采用很小的切削速度和進(jìn)給量，以防止產(chǎn)生足夠得熱量使鋯屑和鋯末燃著。如果鋯屑和鋯末無保存價值，可分批在安全的地方用小小的火焰引燃而使之燒毀。（3）滅火方法當(dāng)少量存放的鋯屑燃燒時，可以用大量的水迅速撲滅，或用市售G-l粉或x－金屬粉，使之熄滅，也可用干砂迅速覆蓋，絕不能把少量的水澆到燃燒的鋯上。當(dāng)大量所澆的水能迅速淹沒整個燒著的熱鋯時，會有效地?fù)錅玟喕?。例如?0kg鋯屑在100L的鐵桶中燃燒時，迅速把水灌滿鐵桶，就能夠滅火。在撲滅鋯火時，只能采用G－1或x－金屬粉的滅火器。必須仔細(xì)地用這種粉末覆蓋住整個鋯，否則會重新燃燒和蔓延開來。普通滅火器，例如，二氧化碳滅火器、泡沫滅火器和四氯化碳滅火器，絕不能用于熄滅鋯火，它們反而會大大增長鋯的燃燒速度。在封閉的容器里的鋯火可以用足夠的氦氣和氬氣撲滅，在燃燒物資完全熄滅及冷卻到室溫之前，不能讓空氣進(jìn)入容器。（4）運輸?shù)陌踩鶕?jù)美國州際商務(wù)委員會的規(guī)定，對于鋯錠、鋯棒和鋯板，以及尺寸大于0.833mm（20目）的其他形式的鋯產(chǎn)品，運輸時無需特殊包裝和處理。對于濕海綿鋯的包裝也無特別要求。當(dāng)然，盛裝濕海綿鋯粉的桶應(yīng)當(dāng)裝滿水，以防海綿鋯干燥，因為運輸干海綿鋯有特別的要求。運輸“濕的或懸浮的金屬鋯粉”的允許質(zhì)量為：用金屬桶盛裝者可達(dá)23kg，中國為20kg。不論何種容器盛裝，都要封閉在木箱里。連木箱重不得超過34kg。

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《鈦及難熔金屬真空熔煉》是“十一五”國家重點圖書出版社規(guī)劃項目。

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