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1 绪论1

1.1 真空熔炼、铸造、烧结1

1.2 真空电炉1

1.3 钛及钛合金铸锭、铸件生产的特点及设备与方法2

1.3.1 钛及钛合金铸锭、铸件的冶金特点2

1.3.2 钛及钛合金铸锭、铸件真空熔炼设备2

1.3.3 钛及钛合金铸锭、铸件真空熔炼方法4

参考文献8

2 真空熔炼的物理化学过程9

2.1 真空熔炼热力学9

2.1.1 挥发9

2.1.2 脱气12

2.1.3 分解13

2.1.4 脱氧14

2.2 真空熔炼动力学15

2.2.1 挥发15

2.2.2 脱气20

2.2.3 脱氧21

参考文献22

3 稀有金属真空熔炼、烧结、热处理炉的真空系统的设计与计算23

3.1 真空系统设计概述23

3.2 真空系统设计内容与计算的一般程序23

3.2.1 真空系统设计的内容23

3.2.2 设计计算的一般程序23

3.3 真空系统设计中的主要参数与分析24

3.3.1 真空系统设计依据的主要参数24

3.3.2 真空室内的气源情况24

3.4 真空系统的选泵和配泵计算28

3.4.1 炉室放气量、漏气量的计算28

3.4.2 选择主泵29

3.4.3 主泵的抽速计算30

3.4.4 配泵计算32

3.4.5 维持泵计算34

3.4.6 炉室预真空的抽气时间计算35

3.4.7 预真空泵的抽速计算35

3.5 真空系统的设计36

3.5.1 中真空系统36

3.5.2 高真空系统38

3.6 真空系统的结构设计注意事项41

3.7 真空系统设计中应注意的问题42

3.8 真空系统的工作状态43

3.9 真空管路流导的计算44

3.9.1 真空管道内气体流动状态44

3.9.2 黏滞流、分子流和黏滞-分子流的判别44

3.10 真空系统设计计算举例47

3.10.1 技术要求47

3.10.2 主泵类型和真空系统的确定47

3.10.3 炉室内放气量的计算47

3.10.4 主泵抽速的计算49

3.10.5 配泵计算51

3.10.6 预真空机械泵抽速计算51

3.10.7 维持泵抽速Sw的计算52

3.10.8 抽气时间的计算52

3.11 真空测量54

3.11.1 真空表（计）的选用方法54

3.11.2 常用热传导真空表（计）和电离真空表（计）55

3.12 真空系统中常用结构材料与处理56

3.12.1 对结构材料的基本要求57

3.12.2 常用的金属及其合金57

3.13 真空检漏技术57

3.13.1 概述57

3.13.2 对真空系统密封程度的分析59

3.13.3 真空检漏方法61

3.13.4 检漏的过程63

参考文献63

4 真空电弧炉64

4.1 真空电弧熔炼概论64

4.2 真空非自耗电弧炉64

4.3 真空自耗电弧炉67

4.3.1 VAR法的优缺点68

4.3.2 真空自耗电弧炉结构类型68

4.3.3 真空自耗电弧炉的发展概况69

4.3.4 VAR法的工艺过程73

4.3.5 钛合金铸锭VAR法熔炼的基本工艺过程87

4.3.6 VAR法工艺参数的选择原则93

4.4 真空自耗电弧炉的结构及其设计计算95

4.4.1 概述95

4.4.2 真空自耗电弧炉的结构和作用99

4.4.3 结构设计与计算103

4.5 真空自耗电弧炉的电源与电气控制系统133

4.5.1 真空自耗电弧炉的熔炼电流、电压和炉子功率的计算133

4.5.2 电弧电源145

4.5.3 电源与炉体之间的引线155

4.5.4 电气控制系统设计157

4.5.5 电极杆传动的自动控制160

4.6 真空系统169

4.6.1 真空系统的确定169

4.6.2 真空电弧炉真空系统设计的注意事项171

4.6.3 真空系统的电气自动控制171

4.7 关于真空自耗电弧炉的其他问题174

4.7.1 光学观察装置174

4.7.2 真空自耗电弧熔炼的安全问题175

4.7.3 VAR法熔炼特点和需要解决的技术问题178

参考文献178

5 真空自耗电弧凝壳炉179

5.1 概述179

5.1.1 凝壳炉的类型180

5.1.2 凝壳炉电弧熔炼的优缺点182

5.2 钛及钛合金铸造的发展概况183

5.3 凝壳炉的结构185

5.3.1 炉体185

5.3.2 坩埚及坩埚翻转系统185

5.3.3 电极杆及其升降系统189

5.3.4 光学观察系统190

5.3.5 装料机构190

5.3.6 离心转盘机构190

5.3.7 真空系统190

5.3.8 电源部分191

5.3.9 电气控制系统191

5.3.10 计算机监控系统191

5.3.11 操作车191

5.4 500kg凝壳炉的设计计算实例192

5.4.1 主要技术参数192

5.4.2 基本参数的设计计算192

5.4.3 坩埚直径（D）和深度（H）的选择193

5.4.4 熔化速度及熔化时间的确定195

5.4.5 热平衡计算炉子的功率195

5.4.6 工作电流II与电弧电压U弧的计算198

5.4.7 凝壳炉的热平衡功率及电源输出电压计算199

5.4.8 单位能耗及炉子效率的计算201

5.4.9 坩埚冷却水带走的热量计算201

5.4.10 电极杆冷却水带走的热量计算203

5.4.11 500kg凝壳炉的真空系统设计计算204

5.4.12 电极杆升降传动系统的设计计算221

5.4.13 电源与自动控制225

5.5 真空自耗凝壳炉控制系统的设计概述226

5.5.1 真空自耗凝壳炉控制系统的功能要求226

5.5.2 硬件构成226

5.5.3 软件方案227

5.5.4 系统模块228

5.6 L2000SM—Ti真空凝壳熔化炉229

5.6.1 主要技术参数229

5.6.2 真空凝壳炉的结构组成229

5.6.3 真空凝壳炉的设计特点229

5.7 凝壳炉的熔化浇铸工艺流程231

5.7.1 准备阶段232

5.7.2 熔化、浇铸阶段233

5.7.3 凝壳炉的熔化、浇铸工艺233

5.8 钛铸造工艺设计239

5.8.1 钛及合金的铸造特性239

5.8.2 钛铸造的造型工艺240

5.8.3 确定工艺方案245

5.8.4 浇铸系统的设计245

5.8.5 浇铸系统形式246

5.8.6 钛及钛合金的物理性质、化学性能249

5.9 钛铸件的缺陷及防止方法250

5.9.1 钛铸件常见的内部缺陷250

5.9.2 钛铸件的表面缺陷253

5.10 凝壳炉的安全255

5.10.1 真空凝壳炉产生爆炸的危险255

5.10.2 安全措施255

参考文献256

6 电子束炉257

6.1 电子束熔炼概况257

6.2 电子束炉的工作原理261

6.2.1 电能转换成热能261

6.2.2 电子束熔炼的基本原理263

6.3 电子枪的种类264

6.3.1 远聚焦枪265

6.3.2 近环形枪266

6.3.3 远环形枪266

6.3.4 横向枪267

6.4 120kW电子枪的工作原理267

6.5 电子束炉的结构及其设计计算269

6.5.1 炉体270

6.5.2 电子束发生器（电子枪）结构及设计计算271

6.5.3 进料机构287

6.5.4 坩埚及拖锭机构290

6.5.5 真空系统290

6.5.6 水冷却系统291

6.5.7 观察装置292

6.5.8 高压电源与自动控制系统292

6.6 基本工艺及参数297

6.6.1 熔炼功率的确定297

6.6.2 比电能299

6.6.3 熔化速度299

6.6.4 熔炼真空度300

6.6.5 熔炼次数300

6.6.6 拉锭工艺301

6.7 EB法熔炼铸锭质量301

6.7.1 铸锭组织301

6.7.2 铸锭化学成分301

6.7.3 合金成分的控制301

6.7.4 EB法熔炼铸锭缺陷及防止措施302

6.8 EB法熔炼时炉内的反应302

6.9 电子束冷床炉熔炼技术概况303

6.9.1 2400kW电子束冷床炉303

6.9.2 1800kW电子束冷床炉309

6.9.3 500kW电子束冷炉床熔炼炉311

6.10 60kW电子枪的设计计算实例316

6.10.1 60kW电子枪的设计317

6.10.2 电子束光路系统的计算321

6.10.3 一次聚焦线圈、偏转线圈、二次聚焦线圈的设计325

参考文献329

7 真空感应炉330

7.1 感应加热与熔炼的物理基础331

7.1.1 电磁感应现象与感应加热的物理实质331

7.1.2 集肤效应与透入深度333

7.1.3 邻近效应与圆环效应336

7.1.4 感应加热时的传热及温度分布338

7.1.5 电动力效应与搅拌作用338

7.1.6 感应加热过程中材料物理性能的变化340

7.2 真空感应炉的发展概况341

7.2.1 国内部分341

7.2.2 国外部分342

7.2.3 真空感应熔炼炉在钛工业的发展趋势343

7.3 真空感应熔炼的优点与缺点343

7.3.1 感应熔炼炉的优点343

7.3.2 感应熔炼炉的缺点344

7.4 真空感应熔炼炉的分类345

7.4.1 卧式炉345

7.4.2 立式炉346

7.4.3 炉体倾动式347

7.4.4 下铸式（底漏式）347

7.5 真空感应炉的结构及设计计算348

7.5.1 炉体结构设计计算348

7.5.2 坩埚结构设计计算353

7.5.3 坩埚的制作357

7.5.4 感应器结构设计计算359

7.5.5 感应熔炼炉的电工计算362

7.5.6 真空中频感应熔炼炉感应圈的结构设计计算实例377

7.5.7 能量消耗390

7.5.8 电源设备391

7.5.9 功率因数和补偿电容392

7.5.10 真空系统393

7.5.11 转轴结构设计393

7.6 真空感应熔炼工艺395

7.7 真空感应氧化物坩埚熔炼法396

7.8 真空感应水冷铜坩埚熔炼法401

7.8.1 真空感应水冷铜坩埚熔炼法（钛的悬浮熔炼）的基本原理401

7.8.2 钛悬浮熔炼的特点404

7.8.3 钛的悬浮熔炼与铸造405

7.9 真空吸铸式水冷铜坩埚感应凝壳炉406

参考文献407

8 真空等离子熔炼炉408

8.1 等离子枪基本工作原理408

8.2 真空等离子束炉411

8.2.1 真空等离子束熔炼炉（PA法）411

8.2.2 等离子束炉的工作原理412

8.2.3 等离子束炉的放电过程412

8.3 400kW等离子束熔炼炉413

8.3.1 等离子枪与聚焦线圈415

8.3.2 料仓和加料机构416

8.3.3 坩埚和拉锭机构416

8.3.4 真空系统416

8.3.5 充氩系统417

8.3.6 电源417

8.4 等离子束炉熔炼工艺418

8.4.1 等离子束炉熔炼工艺418

8.4.2 等离子束炉熔炼参数418

8.5 真空等离子束冷床炉420

8.5.1 真空等离子束冷床炉概况420

8.5.2 钛合金等离子束冷床炉熔炼技术的发展420

8.5.3 等离子束冷床炉工作原理421

8.5.4 等离子束冷床炉熔炼技术的优点423

8.5.5 等离子束冷床炉熔炼技术的发展应用423

8.5.6 我国等离子束冷床炉熔炼技术的发展425

8.6 真空等离子弧炉426

参考文献429

9 高真空垂熔烧结炉430

9.1 真空烧结一般理论根据431

9.1.1 电流的集肤效应432

9.1.2 被加热材料截面上温度分布432

9.1.3 加热过程中材料温度随时间的变化433

9.2 直接电阻加热的电热计算433

9.2.1 加热时间的确定433

9.2.2 变压器容量的确定434

9.2.3 供给被加热材料的端电压（变压器的次级电压）的确定434

9.3 600kW高真空垂熔烧结炉436

9.3.1 主要技术参数436

9.3.2 高真空垂熔烧结炉的主要组成部分及其主要功能436

9.4 烧结工艺过程439

9.4.1 烧结439

9.4.2 烧结温度的确定439

参考文献440

10 真空中频感应烧结炉441

10.1 真空中频感应烧结炉频率的选择441

10.2 100kW真空中频感应烧结炉442

10.2.1 主要技术参数及性能442

10.2.2 主要结构及组成443

10.3 真空中频感应氢气烧结炉446

10.3.1 主要技术参数及性能447

10.3.2 主要结构及组成448

10.3.3 控温系统448

10.4 粉末冶金方法449

10.4.1 粉末制坯的成形过程449

10.4.2 预结449

10.4.3 烧结过程449

10.5 真空中频感应烧结钼板坯工艺450

10.5.1 典型工艺流程450

10.5.2 原料450

10.5.3 油静压成形451

10.5.4 坯料预结451

10.5.5 真空烧结452

10.5.6 钼坯料质量检验452

10.5.7 粉末冶金法的优点453

参考文献453

附录454

附录1454

附录2455

附录3456