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眾所周知，我國(guó)的99坦克，完全可以自豪的說是全世界主戰(zhàn)坦克的尖端水平，很多技術(shù)指標(biāo)上更是可以成為全球第一也不為過。舉例來說，99坦克電渣重熔，使用身管自緊技術(shù)的主炮，全世界就沒有幾個(gè)國(guó)家能夠生產(chǎn)。在這里，我們用一些淺薄的知識(shí)來給大家談一談所謂的“電渣重熔技術(shù)”。當(dāng)然，很多方面了解得并不透徹，或者說只停留在書本上。這篇帖子主要起個(gè)拋磚引玉的作用，希望壇子里的大神不吝指正，也能夠提高我們的水平。

 好的，閑話不多說，我們來講一講電渣重熔的前世今生。

當(dāng)然，在這之前要提及一些金屬材料冷熱加工的基本知識(shí)，比較枯燥，希望大家能夠看完。

首先，大家都知道，工業(yè)上想要制造一個(gè)部件，一般是經(jīng)過了原料—毛坯—產(chǎn)品的過程。而影響部件力學(xué)性能的最大因素，可以說就是制造毛坯時(shí)采用的工藝。

制造毛坯的工藝有很多，但最為常見的還是鑄造和鍛造兩種。鑄造，大家想必都很熟悉，先做成一個(gè)模子，然后倒進(jìn)鐵水（或者別的什么，這里就只講鋼鐵了）；鍛造呢，就好像我們看古裝電視劇里面的鐵匠，把原材料燒紅了之后使用氣錘乃至水壓機(jī)進(jìn)行捶打，鍛壓，軋制甚至沖壓，最后成形。那么，這兩種方式到底有什么優(yōu)劣呢？請(qǐng)聽小黑我慢慢道來。

先說鑄造。鑄造的優(yōu)點(diǎn)就是方便快捷，成本低廉，最重要的是易于鑄造一些模樣奇葩的鑄件，也就是說需要進(jìn)一步機(jī)加工的工作量小。但是，鑄造的缺點(diǎn)也非常明顯。

首先，我們都知道有個(gè)“熱脹冷縮”的規(guī)律。金屬液倒進(jìn)模子，我們都知道肯定是靠近外殼的部分冷卻較快（散熱面積比較大），那么等到中央的部分冷卻凝固，金屬的體積肯定不足夠充填鑄件。這樣一來，就在鑄件的內(nèi)部留下了很多小空洞。放在一般的生產(chǎn)中還沒什么，但是若是軍工產(chǎn)品，那么這樣的縮孔就非常危險(xiǎn)了。為此，采用了所謂的“順序凝固”法，也就是在設(shè)計(jì)鑄件的時(shí)候加上一塊無(wú)用的部分（冒口），然后在鑄件上面安置冷鐵。凝固的時(shí)候，先凝固的部分產(chǎn)生的縮孔，可以由后凝固的部分補(bǔ)充，最后所有的縮孔都集中在冒口，只要把冒口切掉就行了。

但是，且慢！這樣一來，雖然減少了縮孔，但是新的問題卻產(chǎn)生了——熱應(yīng)力。也很好理解，先冷卻的部分有一個(gè)收縮的趨勢(shì)，肯定就要“拉扯”后冷卻的部分。舉個(gè)例子吧，兩個(gè)身高相仿的人背靠背綁在一起，其中一人如果要彎腰，那么另外一人要么被背起來，要么就會(huì)扛住那個(gè)人讓他無(wú)法行動(dòng)，這就是所謂的“應(yīng)力”。如果應(yīng)力超過了材料的限度，那么就會(huì)出現(xiàn)裂紋。即使沒有開裂，作為軍品來講，存在應(yīng)力集中點(diǎn)也是極端不安全的。（應(yīng)力集中點(diǎn)非常脆弱，比方說大家平時(shí)撕開塑料包裝袋的時(shí)候總喜歡從那個(gè)“缺口”下手，那個(gè)“缺口”其實(shí)就是一個(gè)應(yīng)力集中點(diǎn)。）

其次，我們都知道純鐵的性能是不能滿足人們要求的。想要更好的力學(xué)性能，就非要添加各種元素做成合金鋼不可。但是，在鑄造過程中，合金元素不見得就會(huì)那么均勻的凝固，非常容易造成元素分布不均，影響鑄件的各項(xiàng)性能。

最后，一般的鑄造都不免要和空氣進(jìn)行接觸，這樣有兩大危害。第一，空氣進(jìn)入鑄件，未必會(huì)及時(shí)排出，那樣就會(huì)造成“氣孔”。和縮孔一樣，這種缺陷對(duì)于性能的影響自不必說。第二，就是所謂的“燒蝕”。比方說，空氣中的氧進(jìn)入鑄件，就要和金屬液里面的元素發(fā)生反應(yīng)。例如重要的合金元素“硅”和“鈦”，就很容易和氧氣反應(yīng)。自不必說，這樣生產(chǎn)出的鑄件，絕對(duì)是達(dá)不到原材料合金的應(yīng)有性能的。當(dāng)然，為了改善這種情況，也有各種真空或者保護(hù)氣鑄造，但是成本一般較高。

鑄造的毛病那么多，鍛造的情況又如何呢？

首先要說，鍛造得到的鍛件，其性能比較鑄造法，是要強(qiáng)出不少的。因?yàn)橹苯邮褂煤辖痄摰哪覆腻懺?，沒有改變?cè)械脑嘏浔龋€通過鍛造細(xì)化了晶粒，性能還有所改善。但是，小黑又要說但是，鍛造的缺點(diǎn)主要有兩個(gè)。

第一個(gè)缺點(diǎn)，就是生產(chǎn)周期長(zhǎng)。鋼鐵，尤其是力學(xué)性能優(yōu)異的合金鋼，可不是能夠捏來捏去的橡皮泥。想要把母材給鍛打成想要的毛坯，就非要花上老長(zhǎng)的時(shí)間不可。比方說我們現(xiàn)在用來鍛造大飛機(jī)機(jī)身部件的2萬(wàn)噸水壓機(jī)，它的生產(chǎn)效率就不是很高。在很多時(shí)候（比如坦克或者軍艦的裝甲），都是先軋制出板材，再焊接或者鉚接成形。

第二，就是成本問題。鍛造設(shè)備的占地和成本先不說，就光說無(wú)法直接得到形狀復(fù)雜的毛坯這一點(diǎn)，就需要使用切削加工。耗時(shí)耗力不說，切下來的部分大多就作為“廢料”處理了。這樣一來，勢(shì)必造成很大的浪費(fèi)。（即使說這些廢料再次利用，消耗掉的能源，時(shí)間和刀具都浪費(fèi)了）  當(dāng)然了，業(yè)內(nèi)的朋友們，大多數(shù)也都知道我國(guó)的激光快速成型（3D打印）技術(shù)比較先進(jìn)，即使不說世界第一，至少也是全球最頂尖的水平。那么，使用3D打印來制造大型部件好不好呢？

問題還是有的。至少說到目前為止，激光快速成型仍然只適用于快速生產(chǎn)出客戶所需要的樣品。對(duì)于該生產(chǎn)工藝的問題，小黑并沒有太多了解，也不敢在大拿面前班門弄斧，只能說3D打印在目前還不能說是一種非?？煽康纳a(chǎn)工藝。當(dāng)然，有我國(guó)和歐美科學(xué)家的努力，相信在不遠(yuǎn)的將來，激光快速成型技術(shù)會(huì)有一個(gè)大發(fā)展。

好了，說了這么多，終歸說道我們的主題——電渣重熔技術(shù)了。

要說電渣重熔的起源，還要說老毛子的巴頓焊接研究所。當(dāng)年，老毛子在搞電弧焊的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)了問題。我們都知道所謂電弧焊，就是拿一根焊條接上電源，然后把你的焊件接上另一頭，然后輕輕一摩擦就能拉出一道高溫的電弧進(jìn)行焊接。但是在1953年，一位毛熊發(fā)現(xiàn)，在電弧焊的過程中電弧熄滅了，但是焊接仍然在繼續(xù)，也就是說焊渣（也可叫做“電渣”）起到了引導(dǎo)電流和發(fā)熱的作用，而且這樣焊接出來的焊件力學(xué)性能優(yōu)良，這一點(diǎn)迅速引起了毛熊技術(shù)專家的注意，他們?cè)陔娀『傅幕A(chǔ)上發(fā)展了電渣焊技術(shù)。

當(dāng)然，當(dāng)時(shí)的毛熊并沒有就此止步。當(dāng)時(shí)鈦合金的應(yīng)用方興未艾，西歐發(fā)達(dá)國(guó)家冶煉特種金屬的主要方法是真空電弧爐。但是電弧爐非常昂貴，當(dāng)時(shí)的毛熊難以負(fù)擔(dān)，所以考慮到電渣焊的原理，毛熊的技術(shù)專家，二毛科學(xué)院院士梅多瓦爾（這位老先生于2000年去世）組織專家組，在1958年攻關(guān)出了電渣爐鑄造金屬錠的技術(shù)。

電渣爐的原理并不復(fù)雜。一個(gè)底端導(dǎo)電的圓筒（當(dāng)然，后來隨著技術(shù)的進(jìn)步，也不止用來鑄造圓筒，也可以鑄造其他形狀的金屬錠），最底下鋪著導(dǎo)電的固體電渣。用于熔煉的母材作為一個(gè)電極伸入圓筒，另一個(gè)電極接在圓筒的底端。一旦接通電源，很大的電流通過熔煉系統(tǒng)，發(fā)出的高熱熔化了電渣（一般熔點(diǎn)較母材為低），然后又熔化了母材。母材穿過電渣沉入容器底部然后迅速冷卻，電渣逐漸上浮，直到整條母材熔煉完畢為止。

當(dāng)然，真正的電渣爐有很多技術(shù)細(xì)節(jié)，不是小黑幾句話能夠說清楚的。我這里只是說個(gè)大概。真正的重點(diǎn)在于，電渣重熔技術(shù)和一般的鑄造比起來，優(yōu)越性在哪里？更進(jìn)一步說，為什么會(huì)有這樣的優(yōu)點(diǎn)？待小黑一點(diǎn)點(diǎn)的給大家分析。

首先，電渣重熔的時(shí)候，我們可以看到熔化的金屬可以說是很快的凝固，所以可以最大程度上保證鑄件的化學(xué)組成和金屬母材一致，而且由于不是像一般的鑄造那樣大量金屬液一次性凝固，也不用擔(dān)心縮孔和縮松問題，熱應(yīng)力自然也就少了；其次，在熔化金屬和空氣之間，存在著電渣的保護(hù)，所以也不必?fù)?dān)心有外界的氣體進(jìn)入造成氣孔或者燒蝕；最后一點(diǎn)，也是電渣重熔技術(shù)的王牌，那就是電渣能夠自發(fā)吸收母材中的雜質(zhì)?？梢宰院赖恼f，這一觀點(diǎn)是由我國(guó)科學(xué)家首先提出的，并且得到了實(shí)驗(yàn)的證實(shí)。那么，電渣重熔鑄造的金屬錠不光質(zhì)量沒有下降，甚至在某種程度上還有提高，甚至可以說是使用鑄造的方法達(dá)到了鍛造的效果。

當(dāng)然了，講到電渣重熔技術(shù)，就不得不提到我國(guó)在這方面的發(fā)展。我國(guó)在這方面的起步，是1958年蘇聯(lián)的大規(guī)模援建。當(dāng)時(shí)的電渣重熔技術(shù)在蘇聯(lián)也是絕密的高新技術(shù)，所以沒有教給中國(guó)。但是其前置的“電渣焊”技能，蘇聯(lián)卻沒那么吝嗇，作為公開技術(shù)給了我們?？吹竭@里，請(qǐng)各位看官回想一下，毛熊是怎么發(fā)明電渣重熔的來著？對(duì)了，我國(guó)的科學(xué)工作者，正是在58年，采用電渣焊解決焊材熱裂縫的問題時(shí)發(fā)現(xiàn)了這一現(xiàn)象，很快的在1959年制造出了簡(jiǎn)單的電渣爐原型，并在1960年制造了我國(guó)的第一個(gè)工業(yè)用電渣爐，容量100千克。在1969年，我國(guó)就已經(jīng)開始使用電渣重熔技術(shù)鑄造榴彈炮的炮管和潛望鏡，可以說在這方面并不落后于潮流。

電渣重熔技術(shù)    

電渣重熔是利用電流通過熔渣時(shí)產(chǎn)生的電阻熱作為熱源進(jìn)行熔煉的方法。其主要目的是提純金屬并獲得潔凈組織均勻致密的鋼錠。經(jīng)電渣重熔的鋼，純度高、含硫低、非金屬夾雜物少、鋼錠表面光滑、潔凈均勻致密、金相組織和化學(xué)成分均勻。

美國(guó)霍普金斯(R.K.Hopkins)于20世紀(jì)40年代首先提出這種精煉方法的原理。其后蘇聯(lián)和美國(guó)相繼建立工業(yè)生產(chǎn)用的電渣爐。一九五八年，烏克蘭德聶泊爾特鋼廠建成了世界第一臺(tái)0.5噸工業(yè)電渣爐，使電渣冶金進(jìn)入了工業(yè)化生產(chǎn)進(jìn)程。60年代中期由于航空、航天、電子、原子能等工業(yè)的發(fā)展，電渣重熔在蘇聯(lián)、西歐、美國(guó)獲得較快的發(fā)展，但爐子容量不大，一般為0.5～2.5噸。。生產(chǎn)的品種包括：優(yōu)質(zhì)合金鋼、高溫合金、精密合金、耐蝕合金以及鋁、銅、鈦、銀等有色金屬的合金。1980年世界電渣重熔鋼生產(chǎn)能力已超過120萬(wàn)噸。

隨著電渣冶金的發(fā)展及金屬材料要求的不斷提高，鋼錠大型化已成為電渣冶金發(fā)展的必然趨勢(shì)。最初各國(guó)工業(yè)電渣爐容量?jī)H為0.5t，大一些的一般也不超過3噸。八十年代中期，很多國(guó)家都有了50噸以上的電渣爐，就連印度這樣的發(fā)展中國(guó)家也建立了88噸電渣爐。

多年來，國(guó)外電渣冶金已不滿足于一般電渣錠的生產(chǎn)，在工業(yè)技術(shù)成熟的基礎(chǔ)上向著更深更廣的領(lǐng)域發(fā)展，形成了一個(gè)跨專業(yè)、跨行業(yè)的新學(xué)科。已開發(fā)出的工藝技術(shù)有：電渣熔鑄、電渣澆注、電渣轉(zhuǎn)注、電渣熱封頂、電渣離心澆注、電渣復(fù)合熔鑄及快速電渣重熔等。尤其值得重視的是電渣熔鑄異形件的發(fā)展，小到幾十克重的不銹鋼假牙齒，大到幾十噸重的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，直至重量超過百噸的水泥回轉(zhuǎn)窯爐圈等，均可不經(jīng)鍛造在異形水冷結(jié)晶器中直接熔鑄成型?，F(xiàn)在電渣熔鑄的主要產(chǎn)品有大型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、水輪機(jī)葉片、船舶柴油機(jī)大型曲軸、各種高壓容器、大型環(huán)件、各類軋輥、模具、透平渦輪盤、厚壁中空管、石油裂化管、齒輪毛坯、三通管、核電站壓水堆主回路管道等。種類規(guī)格之多，形狀之復(fù)雜不勝枚舉。除此之外，實(shí)用性較強(qiáng)，具有發(fā)展前景的還有電渣熱封頂、電渣離心澆注及快速電渣重熔等。

我國(guó)在電渣熔鑄異形件方面工作開展較早，很多廠家及院所在六、七十年代就對(duì)曲軸、炮管、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪盤、軋輥、模塊等異形件進(jìn)行過研制，但是電渣熔鑄異形件這項(xiàng)技術(shù)始終沒有真正發(fā)展起來。目前，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)具有代表性的有西寧特鋼電渣熔鑄軋輥、模塊；沈陽(yáng)鑄造研究所的大型電站用水輪機(jī)葉片、挖掘機(jī)復(fù)合斗齒、氣壓機(jī)連桿；成都冶金硬面技術(shù)加工廠的供無(wú)縫管生產(chǎn)用復(fù)合穿孔頂頭等。武鋼襄陽(yáng)重材生產(chǎn)的電渣鋼錠異軍突起，有較好的市場(chǎng)信譽(yù)。