真空熔煉是在低于常壓下進(jìn)行的特殊冶金方法，它是冶煉優(yōu)質(zhì)鋼材，活性金屬，稀有、難熔金屬的最主要的生產(chǎn)方法。為當(dāng)代的航空、航天、原子能、電子、石油、化工、軍工、船舶、冶金等部門提供了重要的、高性能、優(yōu)質(zhì)的特殊金屬材料。對現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展起著愈來愈重要的作用。

真空熔煉技術(shù)包括:真空的獲得和檢測技術(shù);金屬熔煉熱源的產(chǎn)生和應(yīng)用技術(shù);熔煉過程冶金反應(yīng)的控制技術(shù);水冷銅坩堝(冷坩堝)技術(shù);鑄錠形成及結(jié)晶組織控制技術(shù)等。

真空熔煉與真空技術(shù)的發(fā)展緊密相關(guān)。雖然早在1905年鮑頓(Bolton)就利用自耗電極和水冷銅結(jié)晶器，在低壓氬氣保護(hù)下熔煉鉭獲得成功，人們就了解了在真空狀態(tài)下熔煉金屬，可以防止大氣污染，有利于熔體除氣和除去雜質(zhì)，但是由于當(dāng)時(shí)缺乏大型真空裝備和真空技術(shù)尚屬落后，而遲遲不得發(fā)展。直到20世紀(jì)50年代以后，隨著真空技術(shù)的進(jìn)步，大功率高效真空泵的出現(xiàn)，才有可能利用這些高抽氣率的真空泵所建立的足夠低的壓力條件下，保證將真空熔煉過程中金屬反應(yīng)所析出的氣體迅速抽出。并且成功地解決了真空容器、密封材料、真空檢測儀表和遠(yuǎn)距離控制等問題，使真空熔煉的發(fā)展有了保證。鈦及鈦合金的出現(xiàn)和應(yīng)用，使現(xiàn)代工業(yè)規(guī)模的真空自耗電弧爐得到應(yīng)用，并迅速向大容量發(fā)展。接著用真空電弧爐重熔鋼和鎳基合金，使之得以制造燃?xì)廨啓C(jī)渦輪盤、軸和機(jī)殼的鍛件，其品質(zhì)和性能大大優(yōu)于大氣中熔煉的相應(yīng)材料。特別是近代，由于高新技術(shù)的進(jìn)步，在物理學(xué)、電子學(xué)、半導(dǎo)體材料、火箭技術(shù)、回轉(zhuǎn)加速器、航空技術(shù)及原子能工業(yè)等領(lǐng)域，需要多種高純金屬及合金，耐熱材料、磁性及超導(dǎo)材料，更加推進(jìn)了真空熔煉的突飛猛進(jìn)?，F(xiàn)在，不僅有真空感應(yīng)熔煉，真空電弧爐熔煉，又出現(xiàn)了電子束爐、等離子爐熔煉等多種方法。出現(xiàn)了100t容量的真空感應(yīng)爐，以及能熔煉重達(dá)50t，直徑1.5m鑄錠的真空電弧爐。真空熔煉已成為現(xiàn)代金屬材料生產(chǎn)的一個(gè)重要工業(yè)部門。真空熔煉主要用于熔煉鎢、鉬、鉭、鈮、鋯、鉿等稀有金屬，以及鈦合金、耐熱合金、磁性材料、電真空材料、核材料及高強(qiáng)度鋼等。

鈦及稀有金屬與其他有色金屬相比，有以下三個(gè)特點(diǎn):

①具有較高的熔點(diǎn)，其中鎢、鉬、鉭、鈮被稱為四大難熔金屬;

②具有很高的化學(xué)活性，特別是與氧、氮、氫等間隙元素的親和力都很大，熔煉時(shí)對耐火材料和氣氛的選擇都造成了很大的困難;

③金屬材料純度對其加工和使用性能的影響極其敏感，特別是間隙元素含量多少對稀有金屬的加工和使用性能的影響更大。如鎢由于間隙元素含量的不同，其塑性-脆性轉(zhuǎn)變溫度在-196℃到500℃之間變化。不同純度的鉬其塑性-脆性轉(zhuǎn)變溫度相差達(dá)200℃之多。鈦被發(fā)現(xiàn)后100年左右，由于當(dāng)時(shí)未獲得高純鈦而被誤認(rèn)為鈦是不可加工的金屬。金屬鈮中當(dāng)氧、氮、碳三大間隙元素總含量大于0.035%~0.045%，則難于冷加工開坯。

基于上述特點(diǎn)，活性金屬和稀有金屬采用真空熔煉是最合適的。因?yàn)檎婵杖蹮?

①在真空或惰性氣體保護(hù)下，采用水冷銅結(jié)晶器，防止活性金屬受大氣和耐火材料的污染;

②由于有真空凈化和提純作用，可以獲得含氣量低、夾雜少、偏析小、力學(xué)性能高、加工性能好的高級金屬及合金材料?？梢哉J(rèn)為，它是所有已知的冶金生產(chǎn)方法中，能獲得高純度、高品質(zhì)的最好方法;

③真空電弧可獲得2000℃以上的高溫，電子束和等離子束甚至可以獲得20000℃以上的高溫，保證了高熔點(diǎn)金屬熔煉所需要的溫度和熱量。