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            煉40MnB圓鋼高新技術之特殊冶金法
            作者:管理員    發布于:2017-10-26 15:33:33    文字:【】【】【

            包括電渣重熔、真空冶金、等離子冶金、電子束熔煉、區域熔煉等多種煉鋼方法的總稱。某些高新技術或特殊用途要求特高純度鋼,若用普通煉鋼方法加爐外精煉達不到要求時,則可采用特殊冶金方法煉制。
             
              電渣重熔:將冶煉好的鋼鑄造或鍛壓成為電極,通過熔渣電阻熱進行二次重熔的精煉工藝,也稱ESR。它的熱源來自熔渣電阻熱,重熔時自耗電極浸入熔渣中,電流通過電離后的熔渣,使熔渣升溫達到比被熔自耗電極熔點高得多的溫度。插入熔渣中的自耗電極端頭熔化后形成熔滴,并靠自重穿越渣池,得到渣洗精煉而后在減少空氣污染的情況下進入金屬熔池。鋼錠與結晶器壁之間形成薄的渣皮,既減緩了徑向冷卻,也改善了成品鋼錠表面質量,借助結晶器底部水冷,凝固成軸向結晶傾向和偏析少的重熔鋼錠,改善了熱加工塑性。
             
              等離子冶金:以等離子流為熱源的冶金過程,即利用等離子槍將電能轉變為定向等離子射流中的熱能。等離子射流具有電弧穩定、熱量高度集中、可達到非常高的溫度等特點。有的等離子槍的工作溫度高達5000~20000℃。等離子槍可用惰性氣體(Ar)、還原性氣體(H2)等為介質,以達到不同的冶金目的。等離子爐可用于熔煉高熔點金屬和活潑金屬以及金屬或合金的提純。等離子體技術也已用于鋼鐵廠廢塵處理和鐵合金生產工藝。
             
              噴射冶金:為加速液體金屬與物料的物理化學反應,用氣體噴射的方法把粉末物料送入液體金屬,完成冶金反應的工藝,亦稱噴粉冶金。該工藝廣泛用于鐵水予處理和鋼包精煉,以達到脫硫、脫氧、成分微調、使夾雜物變性的目的。此工藝的反應速度快,物料利用率高。
             
              區域熔煉:1952年W.G.Pfann提出的一種利用液固相中雜質元素溶解度不同的特點提煉金屬的工藝。其操作原理是:設一個均勻的固態金屬棒中有一小段金屬被熔化成液體,那么,若這一小段液態區域自左向右緩慢移動,則每移動一次,雜質都會重新分布,其效果就相當于把雜質驅趕到右端。經過多次這樣的重復,左端金屬便可達到很高的純度。

            真空冶金:在低于0.1MPa至超高真空條件下133.3×(<760~10-12)Pa進行的冶金過程,包括金屬及合金的提煉、冶煉、重熔、精煉、成形和熱處理。目的主要在于:
             
              ① 減少金屬受氣相的污染;
             
              ② 降低溶解于金屬中的氣體或易揮發的雜質含量;
             
              ③ 促進有氣態產物的化學反應;
             
              ④ 避免由耐火材料容器帶來的污染。以適應高性能金屬材料及新型金屬材料的需要。隨著生產電熱材料、電工合金、軟磁合金以及高溫鎳基合金等高性能和新型金屬材料的需要,發展了各種真空熔煉方法,主要有真空電阻熔煉、真空感應熔煉、真空電弧重熔、電子束熔煉及電渣重熔等。
             
              真空電弧熔煉:在真空(10-2~10-1Pa)下借助電弧供熱重熔金屬和合金的工藝,也稱VAR法。其過程是:以水冷銅坩堝為正極,被熔自耗電極接在經滑動密封進入爐體的假電極上為負極,輸入低壓直流電流在電極與坩堝底之間引弧,借助電弧供熱重熔金屬和合金。伴隨自耗電極的熔化,通過控制電極的下降速度,將自耗電極重熔為成分均勻、組織致密、純凈度高和偏析少的重熔鋼錠。它不僅用于重熔活性金屬和耐熱難熔金屬,而且也用于重熔使用要求較嚴格的高溫合金和特殊鋼。
             
              真空電子束熔煉:在較高真空(133.3×10-4~133.3×10-8Pa)下用電子槍發射電子束,轟擊被熔煉物料(作為陽極),使之熔化并滴入水冷銅結晶器凝固成錠的熔煉方法。錠由機械裝置連續抽出。此法可以調節能量分布,控制熔化速度。電子束重熔材料的純凈度比其他真空熔煉法的更高。它適于熔煉鎢、鉬等金屬及其合金、高級合金鋼、高溫合金和超純金屬。
             
              真空電阻熔煉:在真空下以電流通過導體所產生的熱為熱源的熔煉方法。一般采取間接加熱,由電熱體把熱能傳給爐中物料。根據需要,電阻爐內的氣氛可以是惰性或保護性的。真空電阻爐可設計成熔煉爐或熱處理爐。
             
              真空感應熔煉:在真空下利用感應電熱效應熔煉金屬和合金的工藝。按爐料和容量選擇電源頻率。它有高頻(>104Hz)和中頻(50~104Hz)以及工頻(50或60Hz)兩類。感應爐又分有芯(閉槽式)和無芯(坩堝式)兩大類。前者電熱效率高,功率因數高,但要有起熔體,熔煉溫度低,適用于單一品種的連續熔煉;后者熔煉溫度高,電熱效率低,適于特殊鋼和鎳基合金等的熔煉。真空感應熔煉在高溫合金、高強度鋼和超高強度鋼等生產中得到廣泛應用。
             
              碳纖維增強塑料與不銹鋼激光焊接解決方案
             
              由于碳纖維增強塑料(CFRP)具有很高的強度對重量比(strength-to-weight ratio)、出色的抗腐蝕性能和優良的疲勞性能,因而受到了極大的關注,上述特點讓這種材料適合用在飛機、汽車和其他產品中。汽車工業對熱塑性碳纖維增強塑料尤其感興趣,因為它有望縮短生產時間。
             
              將塑料或碳纖維增強塑料與金屬接合在一起,通常需要使用膠粘劑或螺栓、鉚釘等機械工具。然而, 這些接合工藝有幾種不足之處,如揮發性有機化合物(VOC)排放的環境限制、粘合時間較長,螺釘或鉚釘也會增加重量。因此,Seiji Katayama教授帶領團隊開發出激光輔助直接焊接金屬和塑料(LAMP)的技術。通過使用連續波(CW)Nd:YAG激光器、半導體激光器、光纖激光器或碟片激光器等,該技術能迅速而牢固地將諸如鋼、不銹鋼、鋁合金在內的金屬與工程熱塑性塑料(例如聚酰胺PA、聚對苯二甲酸乙二醇酯PET和聚碳酸酯PC)接合起來。
             
              LAMP焊接技術可以牢固地將碳纖維增強塑料片材和304不銹鋼板焊接在一起,其中使用CW碟片激光器在金屬上生成不焊透焊縫。圖1顯示了聚丙烯腈(PAN)型PA基材碳纖維增強塑料片材與304不銹鋼板之間的激光搭接接頭在做拉伸剪切試驗前、后的情況。其中,碳纖維增強塑料片材厚度為3mm、寬度為20mm, 具有較長的碳纖維,不銹鋼板厚度為3mm、寬度為30mm。橫截面的照片(見圖1中的插圖)顯示了不銹鋼中淺層小孔形成的激光焊道。此外,熔化區廣泛分布在碳纖維增強塑料片材中靠近接合面的區域。在圖1b中,我們可以觀察到黑色的碳纖維增強塑料片材粘結在304不銹鋼板的底表面。特別是,粘結的碳纖維增強塑料部分主要根據激光焊道下的不銹鋼板而識別出來。在碳纖維增強塑料片材的接合面中也能看到不銹鋼的部分。上述事實表明形成牢固的焊接接頭是可行的。

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