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真空电弧熔炼流程

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真空电弧熔炼流程

Vacuum arc melting is a crucial process in the production of high-quality metallic materials. This method involves melting the material

in a vacuum environment using an electric arc to create a pure and

homogeneous alloy. 真空电弧熔炼是生产高质量金属材料的关键过程。这种方法包括在真空环境中使用电弧将材料熔化，从而形成纯净且均匀的合金。

One of the main benefits of vacuum arc melting is the ability to

produce materials with precise chemical compositions and low

impurity levels. This is essential for industries that require high-performance materials for advanced applications. 真空电弧熔炼的主要优点之一是能够生产具有精确化学成分和低杂质水平的材料。这对于需要高性能材料进行先进应用的行业至关重要。

The process begins by placing the raw material in a water-cooled

copper crucible inside the vacuum chamber. An electric arc is then

initiated between the raw material and a non-consumable tungsten

electrode, which heats the material to its melting point. 流程从将原料放入真空室内的水冷铜坩埚开始。然后在原料和不可消耗的钨电极之间启动电弧，使材料加热至熔点。

As the material melts, impurities and gases are removed through the

application of vacuum, resulting in a clean and homogenous molten

metal. The molten metal can then be cast or solidified into ingots for

further processing. 随着材料的熔化，通过施加真空去除杂质和气体，从而产生清洁且均匀的熔融金属。然后可以将熔融金属浇铸或凝固成锭，以进行进一步加工。

One of the challenges of vacuum arc melting is maintaining the

purity and homogeneity of the final product. Any contamination or

variation in the process can result in inferior material properties,

affecting the performance of the end product. 真空电弧熔炼的挑战之一是保持最终产品的纯度和均匀性。流程中的任何污染或变化都可能导致材料性能下降，从而影响最终产品的性能。

Despite these challenges, vacuum arc melting remains a widely used

process in industries such as aerospace, automotive, and electronics

due to its ability to produce high-quality materials with superior

properties. 尽管存在这些挑战，由于真空电弧熔炼能够生产具有优越性能的高质量材料，因此在航空航天、汽车和电子等行业仍被广泛应用。

The advancements in vacuum arc melting technology have enabled

the production of materials with even higher purity levels and

enhanced mechanical properties. This continuous improvement

allows industries to meet the growing demand for innovative and

high-performance materials. 真空电弧熔炼技术的进步使得可以生产具有更高纯度水平和增强机械性能的材料。这种持续改进使得行业可以满足对创新和高性能材料日益增长的需求。

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海绵钛真空自耗电弧熔炼钛(合金)锭工艺与设备---乘钒钛文化之风 创钒钛产业之都

海绵钛真空自耗电弧熔炼钛(合金)锭工艺与设备---乘钒钛文化之风 创钒钛产业之都

1 海绵钛真空自耗电弧熔炼钛（合金）锭工艺与设备---乘钒钛文化之风 创钒钛产业之都

原创 邹建新 孙青竹 教授等

钛和钛合金铸锭生产工艺流程如图4.9.5所示。下面分别按步骤进行介绍。

1. 炉料准备

熔炼钛及钛合金铸锭的炉料包括海绵钛、钛残料、纯金属及中间合金添加剂。（1）海绵钛

生产不同牌号的钛及钛合金锭应选用不同级别的海绵钛。在选用海绵钛级别时，主要是依据铸锭级别和牌号。碘化钛专供生产TA0之用，TAl级基本上使用一级品海绵钛，TA2和TA3则可根据力学性能要求搭配使用。

海绵钛+残钛料+合金元素 → 干燥及处理 → 配料 → 制备电极块 → 电极组焊 →

一次熔炼 → 炉内或炉外焊接 → 二次熔炼 → 钛锭 → 化学分析

图4.9.5 真空自耗电弧炉熔炼铸锭工艺流程

（2）残钛料

为了综合利用和降低成本，就要尽量将未被混料的残钛返回入炉，加以利用。作为钛及钛合金炉料的钛残料，是预先经过净化处理、碎化、严格检验而不带氧化层、低密度及高密度夹杂物的干净 2 残料。其形式有屑状、条状、块状等。块状残料的净化，需根据残钛表面氧化皮的厚度分别处理。对于氧化不严重的残钛，用HF和HN03混合酸液酸洗，然后再水洗；对于氧化严重的残钛，必须先用喷砂等机械加工方法去除氧化皮，接着用HF和HNO，混合酸液酸洗，然后再水洗。

（3）合金添加剂

各种合金元素和钛之间的物理性质(主要是熔点和密度)相差甚大，合金元素的加入可用纯金属和中间合金两种形式。其中锰、铁、铜、铬和锆等可以以纯金属形式加入，钼、锡、硅和铝、钒、硼等常以中间合金形式加入。具体的加入形式需根据不同牌号的合金灵活应用。

2. 原料处理

（1）含钛物料

商品海绵钛尽可能选用粒级合格的。当海绵钛粒度不合格时，应进一步在颚式破碎机上破碎到粒度符合工艺要求为止。随后，在真空烘干箱中干燥，干燥的目的是除去表面吸附的水分。真空烘干条件：温度约120～180℃；真空度约5Pa；保温时间4～6h，然后可直接出炉。

高真空电弧熔炼炉规范操作步骤及注意事项

高真空电弧熔炼炉规范操作步骤及注意事项

真空电弧熔炼炉操作步骤与规范

开机准备

1、 打开循环水阀门，出水口有持续的水流出。检查水路，电路，机械泵油以及分子泵是否正常。检查V6、V4、V2、V7、G1、G2、DF1、DF2是否处于关闭状态。检查氩气储量以及减压阀的气体流量调节是否正常。

2、 开启总电闸（控制箱中的开关）。开启熔炼炉电源（右侧墙壁上配电箱电闸和空开）。开启控制箱中的总电源。

3、 开启V6，观察气压表直至一个大气压。升熔炼室门到适当高度，清洗炉底和样品室，装样品，旋转将电极提高并置海绵钛正上方，降熔炼室门，关闭V6。

【注意事项】

开启熔炼室门前，炉内气压必须为一个大气压强。抽气前必须关闭所有气阀。在未使用氩气时关闭总阀门。关闭熔炼室门的时候注意对齐、对正，以及橡胶垫圈处的清洁。放入的样品不得多于坩埚高度的2/3，不得少于1/3.（粉末或者颗粒可以适当放多一些）。易氧化的样品需要打磨后立刻放入熔炼室抽真空处理。

抽真空、洗气

1、 检查所有气阀是否关闭，打开机械泵（机械泵开关同为电磁阀DF1的开关）。待声音平稳后缓慢开启V7，声音发生改变暂停开启，待声音平稳后继续开启V7直至完全开启。

2、 观察真空计到达-0.1Pa两分钟后，开复合真空计电源（电弧炉）。

3、 复合真空计显示小于10 Pa时，打开G1和前级阀DF2，此时复合真空计示数变大。，待示数恢复10Pa以内后，打开分子泵电源，LED消零后，打开start，马上关闭V7。观察分子泵LED显示400且复合真空计显示1.0E-1Pa后，则认为工作正常。

4、 当复合真空计达到5.5E-3Pa时, 先关闭G1，然后按分子泵控制台stop，同时关闭前级阀DF2防止因气压上升引起的机械泵油的反扩散，半分钟后断开分子泵电源。待分子泵由于惯性泵叶轮转子逐渐停止转动后（大概6分钟，且有一声长鸣），可以认为分子泵已经停止工作。

5、 关复合真空计电源。开氩气（0.05Pa）充氩气到一个大气压（0或－0.05Pa）时，关V2，关氩气。

电弧熔炼操作流程

电弧熔炼操作流程

电弧熔炼操作流程

熔炼炉操作流程

一、通电检查

1、检查水冷系统水位，上管是否浸没。若是，则接通电源，打开水冷电源。

2、按下控制屏“供电电源”的启动按钮

二、清洁

1、检查气压表是否为负压，若是打开V1，平衡腔内压强。

2、按升降机绿色“升”按钮升起炉盖，清洗腔室。

3、检查喷枪头上是否有细小的纤维和污渍。

4、腔内用酒精擦净，注意细小颗粒的清洁；胶圈用干纸巾擦净，不能使用酒精

5、在胶圈上加硅脂，注意是否有颗粒污渍

三、放样品

1、在中间位置放入吸氧Ti样品

2、在对应槽内放入样品，注意不要混乱了编号。（将细小和易挥发的放在下面防止损失）

3、将盖子放下注意把枪提前升高，按红色下降按钮，在将要接近底部时，把盖子右边上

的定位片与熔炼炉紧贴放下

四、抽真空（注意：分子泵只能在＜5Pa开启）

1、关V1，打开控制屏上的“机械泵”

2、打开V3抽真空，打开真空计，可以观看腔内压强大小

3、待真空抽到9*10E0，打开Ar气气瓶阀门，减压阀拧紧指针在0.2左右。

4、关V3，打开V2放Ar气（大慨几十秒），真空计显示10E2左右，或腔室盖上气压表指针

上升一小格 5、关V2开V3，重复洗气5次左右

6、最后等10到15分钟

7、当系统真空度小于5Pa后，打开电磁阀，开启分子泵

8、当分子泵达到10000转以上，关闭V3，打开闸板阀（G）抽高真空开到最大回一圈。停机步骤：

1、关闭闸板阀，然后关闭分子泵

2、当分子泵转速降到零时，关闭电磁阀，关闭机械泵

电弧熔炼实验

1、（先预热10分钟）开机前检查，确保电气连接正确

2、分别检查钨电极与炉盖，真空室与坩埚盘，钨极之间的绝缘是否良好。

2、打开V2充Ar气，到黑线标记位置，关掉V2

3、开照明调节钨电极末端与坩埚中的合金原料之间的距离，一般距离2mm左右；

4、关闭照明及启动弧光防护装置；

5、接通弧焊整流器的电源，按下启动按钮；

6、接通面板上启动开关，引弧；

真空电弧重熔（VAR

真空电弧重熔（VAR

真空电弧重熔（VAR） VAR广泛应用于提高清洁度和细化空气熔炼或真空感应熔炼的钢锭的结构，这些钢锭成为自耗电极。

VAR钢、高温合金、钛锆及其合金用于许多高要求场合，在这些应用中，清洁度、均匀度、抗疲劳和断裂

韧性对于最终产品都是必须考虑的因素。航空、发电、国防、医疗和核工业依靠这些高级重熔材料的性能。 工艺技术和工艺特点

VAR通过真空电弧对电极进行持续重熔。应用直流电源在电极和放于水套中的钢模的底板之间产生电

弧。电弧产生的高热熔化了电极，在水冷模中逐渐形成新的钢锭。整个重熔过程始终保持高真空。

VAR炉的基本设计多年来进行了持续的改进，尤其是在计算机控制方面取得了长足的进步，全自动重熔工

艺日趋成熟。从而使产品冶金学性能的重复性得到了改进。

1. 12吨VAR炉 2. 30吨VAR炉

真空电弧重熔工艺冶金学

VAR钢锭中给定材料的凝固结构受局部凝固速率和在液体/固体界面处的温度梯度影响。为了得到直接

的树枝状的原始结构，在整个重熔工艺中必须在凝固界面处保持较高的温度梯度。蜂窝状枝晶的生长方向

与温度梯度的方向一致，也就是，凝固时在凝固界面处与热流方向一致。热流方向总是垂直于凝固界面，

一旦为曲线界面，则垂直于相关切线。因此，在凝固过程中，枝晶的生长方向受金属熔池的影响。因为熔

池深度与重熔速率一起增长，所以枝晶与钢锭轴线所成的生长角度也在增长。在极端情况下，直接枝晶的

生长可能停止。然后钢锭心部为无方向性的凝固，例如：在等轴晶粒中导致偏析和微缩。甚至在定向凝固

中，微偏析随着枝晶臂间距而增长。

与钢锭轴平行的枝晶凝固结构可产生良好的结构。但是优良的钢锭表面需要一定程度的能量输入，产

生相关的重熔速率。优良的熔化速率和能量输入取决于钢锭直径和材料等级，这就意味着无法总是保持大

直径钢锭所需的低重熔速率，获得与轴平行的结晶。

尽管为定向性凝固，仍可在重熔钢锭上出现缺陷，例如：“年轮”、“斑点”和“白点”等。这些缺陷将导致