DE2227521C3

DE2227521C3 - Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Titan oder dessen Legierungen und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE2227521C3
Application number: DE19722227521
Authority: DE
Inventors: Viktor L. Artamanov; Vadim M. Majorenko; Viktor M. Martyn; Boris I. Medovar; Georgij A. Pavlitschuk; Leonid M. Stupak
Original assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Current assignee: Institut Elektrosvarki Imeni E O Patona Akademii Nauk Ukrainskoi Ssr
Priority date: 1971-06-07
Filing date: 1972-06-06
Publication date: 1978-04-27
Also published as: DE2227521A1; DE2227521B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zurr Elektroschlacke-Umschmelzen von Abschmelz-Elektrodein aus Titan oder dessen Legierungen mit dem Ziel der Herstellung von Metallblöcken mit vorgegebener Querschnittsform und vorgegebenen Abmessungen, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Weitgehend bekannt ist ein Vakuumlichtbogen-Verfahren zum Umschmelzen von Abschmelz-Elektroden aus Titan oder dessen Legierungen, welches in Vakuum-Lichtbogenöfen unter Bildung eines Metallbades im Hohlraum der Kokille durchgeführt wird, die das urnzuüchmelzende Metall zu einem Block ausbildet. Dieser teuere und wenig produktive Prozeß beruht auf der Verwendung einer komplizierten Ausrüstung. Es wurden Versuche gemacht, das Elektroschlacke-Umschmdzverfahren für Titan in einer unbeweglich montierten Kokille mit Metall- und Schlackenbad durchzuführen, die sich in einer hermetisch dichten Kammer, die zuvor evakuiert und dann mit inertem Gas gefiillil wurde, befindet (Fachzeitschrift »Automatische Sehw(:ißung«,Nr. 10,1963, S. 37-42, Verlag »Akademie der Wissenschaften der Ukrainischen SSR«, Kiew).

Jedoch erwies sich auch dieses Verfahren nach wie vcir als kompliziert und die zugehörige Vorrichtung als leuer. Der Einsatz von einfacheren bekannten Vorrichtungen zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Abschmclz- Elektroden, beispielsweise aus Stahl und Legierungen auf der Grundlage von Eisen und Nickel, ist unmöglich, da Titan bei hohen Temperaturen mit den Komponenten der Luft (Sauerstoff, Wasserstoff, Stickstoff) aktiv zusammenwirkt Die Vergrößerung des Sauerstoff-, Wasserstoff- und Stickstoffgehaltes im Titan und dessen Legierungen führt zu bedeutenden Beeinträchtigung der mechanischen Eigenschaften des Metalls. Diese Vorrichtungen bestehen aus einer gekühlten Kokille, welche vertikal verschiebbar mon tiert ist und in ihren Wänden Blasformen für die Zuführung des inerten Gases in die Schmelze besitzt

Solche Kokillen sind zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Titan und dessen Legierungen deshalb .ingeeignet, da in ihnen keine Schutzatmosphäre des Kokillenhohlraumes oben, wo die Elektroden im Schlackenbad schmelzen, und unten, wo der Block aus der Kokille austritt, vorgesehen und eine Luftabsaugung in den Hohlraum der Kokille möglich ist !n »Automatic Welding«, H. 12, 1060, S.54-60

,0 (AvtSvarka, 1960, Nr. 12 pp 66-70) ist ein Elektroschlackeumschmelzverfahren für Titan beschrieben, bei dem das Umschmelzen unter Argon erfolgt Die Anlage besteht lediglich aus einer Kokille und einem auf die Kokille aufgesetzten Gaszuleitungsring, der oben offen ist Danach wird nur die Schlackenoberfläche und die Abschmelzelektrode mit Argon umspült.

Nach der US-PS 34 69 968 gehört das Umschmelzen von Titan und Zirkon nach dem ESU-Verfahren zum Stand der Technik, wobei erforderlichenfalls in der Schmelzzone eine Inertgasspülung erfolgt um Rauch, Staub und beim Umschmelzen erzeugte flüchtige Bestandteile zu entfernen.

Der sowjetische Erfinderschein 1 87 907 betrifft das Elektroschlackenschweißen dicker Platten in einer Schutzgasatmosphäre, wobei die Schlackenoberfläche und die Schweißnaht bespült werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Titan oder dessen Legierungen mit einer Schutzatmo sphäre zu entwickeln, welche so erzeugt wird, daß das Verfahren wirtschaftlich und in einer einfachen Vorrichtung realisierbar ist.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Titan oder dessen Legierungen durch Schmelzen von Abschmelzelektroden mit Bildung eines Schlacken- und eines Metallbades in der Kokille unter Schutzatmosphäre, bei dem Ströme inerten Gases auf die Oberfläche des Schlackenbades geleitet werden, erfindungsgernäß durch die Kombina tion folgender Maßnahmen gelöst a) daß das Gas als die Atmosphäre verdrängendes Gas in einer Menge von mindestens 2,5 l/min, auf die Oberfläche des Schlackenbades und die Abschmelzelektrode geleitet wird, b) daß das Gas in einer Menge von mindestens 0,6 l/kg

Schmelzgut in die Metallschmelze oder aber zu gleicher Zeit in die Schlacken- und Metallschmelze eingeleitet

wird und c) daß die Blockoberfläche mit Gas in einer

Menge von mindestens 1 l/kg Schmelzgut bespült wird. Diese Menge inerten Gases gewährleistet die

to Herstellung von vollkommen hochwertigen Blöcken.

Die Oberfläche der Abschmelzelektroden kann zuvor mit einer Aluminium-Schutzschicht von mindestens 0,01 mm Dicke überzogen werden.

Dies wird den zu erwärmenden Teil der Abschmelz-

6s elektrode vor Wechselwirkung mit der Luft zusätzlich schützen.

Das besagte Verfahren kann in einer hierzu geschaffenen Vorrichtung zum Elektroschlacke-Um-

schmelzen von Titan oder dessen Legierungen realisiert werden, die eine gekühlte Kokille enthält, in deren Wänden Kanäle vorhanden sind, welche in die Zone der Schmelze münden und mit einer Quelle inerten Gases in Verbindung stehen, sowie einen Antrieb für eine Relativbewegung zwischen der erwähnten Kokille und dem Block besitzt, bei der er.'indungsgemäßen Sammelrohre vorhanden sind, die an der oberen und der unteren Stirnseite der Kokille befestigt und mit der Quelle inerten Gases verbunden sind. ι ο

Diese Vorrichtung ist in konstruktiver Hinsicht einfach, erfordert kein kompliziertes Evakuierungssystem und besitzt eine genügend hohe Leistungsfähigkeit

Zur Erläuterung der Erfindung wird im folgenden ein Durchführungsbeispiel des Verfahrens mit Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in welcher eine Vorrichtung zur Ausführung des hier beschriebenen Verfahrens im Längsschnitt durch die Vertikalebene dargestellt ist

Die Vorrichtung besteht aus einer gekühlten Kokille ! mit Hohlraum 2 zum Einführen und Schmeißen einer Abschmelzelektrode 3, die an eine in der Zeichnung nicht abgebildete Stromquelle angeschlossen ist.

Während des Elektroschlacke-Umschmelzens der Abschmelzelektrode 3 im Hohlraum 2 der Kokille 1 bildet sich ein Schlackenbad 4 (Schlackenschmelze) und unter ihm ein Metallbad 5 (Metallschmelze), welches in den Block 6 übergeht

Zum Leiten des inerten Gases auf die Oberfläche des Schlackenbades 4 ist an der oberen Stirnseite der Kokille 1 ein Sammelrohr 7 mit Austrittsöffnungen 8 montiert Ein ähnliches Sammelrohr 9 ist unten an der Stirnseite der Kokille 1 befestigt und weist öffnungen 10 für den Austritt des inerten Gases auf.

Das inerte Gas wird der Zone des Metallbades 5 über Kanäle 11 zugeführt, die in den Wänden der Kokille 1 ausgeführt und in deren Hohlraum 2 einmünden.

Zur vertikalen Verschiebung der Kokille 1 ist ein Antrieb (in C^r Zeichnung nicht dargestellt) vorgesehen.

In einer anderen Ausführungsvariante der Vorrichtung kann der der Block 6 aus der unbeweglich befestigten Kokille 1 mittels eines mit einem Antrieb versehenen Untersatzes (in der Zeichnung sind beide nicht dargestellt) entfernt werden.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens arbeitet folgenderweise.

Vor Beginn des Elektroschlacke-Proztsses wird die Kokille 1 auf den Untersatz mit auf diesem starr befestigter Impfscheibe (nicht abgebildet) aufgestellt, in die Kokille 1 die Abschmelz- Elektrode 3 eingeführt und der Abschmelzelektrode 3 und dem Untersatz Spannung zugeführt Dann wird durch die Sammelrohre 7 und 9 und die Kanäle 11 inertes Gas zugeleitet, welches eine Schutzatmosphäre in der Kokille 1 bildet. Alsdann wird in die Kokille 1 Schlacke eingegossen. Hat die Schlackenschmelze 4 die untere Stirnfläche der Abschmelzelektrode 3 berührt, setzt deren Abschmelzen und das Ausbilden des Blocks 6 ein. In dem MaQe, wie der Block 6 aufgeschmolzen wird, wird die Kokille 1 nach oben verschoben oder der Untersatz mit dem Block 6 nach unten abgesenkt

Während des Schmelzens der Abschmelzelektrode 3 werden die Tropfen des flüssigen Metalls 12, indem sie die Schlackenschmelze passieren, einer Behandlung durch den Aufstrom des inerten Ga- ;s 13 unterzogen, welches über die Kanäle 1 i in die Metallschmelze 5 oder aber zu gleicher Zeit in die Schlacken- und die Metallschmelze 5 in einer Menge von mindestens 0,6 l/kg Schmelzgut geleitet wird. Diese Behandlung mittels inerten Gases 13 ermöglicht eine Entgasung des Metalls und erzeugt eine zusätzliche Schutzatmosphäre über dem Schlackenbad 4.

Zur Erzeugung der Schutzatmosphäre über der Oberfläche des Schlackenbades 4 vjrd durch die öffnungen 8 im Sammelrohr 7 inertes Gas in einer Menge von mindestens 2,5 l/min zugeleitet. Um zu verhindern, daß atmosphärische Gase in den Spalt zwischen dem Block 6 und der Innenfläche der Kokille 1 geraten, wird der Block 6 durch die Öffnungen 6 im Sammelrohr 6 mit inertem Gas in einer Menge von mindestens 1 l/kg Schmelzgut bespült.

Versuche zeigten, daß das Elektroschlacke-Umschmelzen von Titan und dessen Legierungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren es ermöglicht, Blöcke von hoher Qualität herzustellen, deren Querschnitt eine bel:bige Form hat (runde, rechteckige, quadratische u. ä.). In der Tabelle sind als Beispiel Angaben über die mechanischen Eigenschaften von technisch reinem Titan, das nach dem oben beschriebenen Verfahren erhalten wurde, im Vergleich mit dem Ausgangsmetall, angeführt.

	Temperatur ⁰C	OB kg/mm²	*OCl* kg/mm²	kgm/crn²	%	V %
Ausgangsmetall Metall nach dem Elektroschlacke- Umschmelzen	20 20	35,0 34,1	23,5 23,2	?8,0 28,4	45,8 49.5	76,8 77.2
	Hierzu 1 Blatt	Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Elektroschlackeumschmelzen von Titan oder dessen Legierungen durch Schmelzen von Abschmelzelektroden mit Bildung eines Schlacken- und eines Metallbades unter Schutzatmosphäre, bei dem Ströme inerten Gases auf die Oberfläche des Schlackenbades geleitet werden, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Maßnahmen a) daß das Gas als die Atmosphäre verdrängendes Gas in einer Menge von mindestens 2,5 l/min, auf die Oberfläche des Schlackenbades und die Abschmelzelektrode geleitet wird, b) daß das Gas in einer Menge von mindestens 0,6 l/kg Schmelzgut in die Metallschmelze oder aber zu gleicher Zeit in die Schlacken- und Metallschmelze eingeleitet wird und c) daß die Blockoberfiache mit Gas in einer Menge von mindestens ί l/kg Schrnclzgui bespült wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Abschmelzelektrode zuvor mit einer Aluminium-Schutzschicht von mindestens 0,01 mm Dicke überzogen wird.

3. Vorrichtung zum Elektroschlacke-Umschmelzen von Titan oder dessen Legierungen gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1—2, die eine gekühlte Kokille enthält, in deren Wänden Kanäle vorhanden sind, welche in die Zone der Schmelze münden und mit einer QucMe inerten Gases in Verbindung stehen, sowie einen Antrieb für eine Relativbewegung zwischen der erwähnten Kokille und dem Block besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß Sammelrohre (7 und 9) vorhanden sind, die an der oberen und der unteren Stirnseite der Kokille (1) befestigt und mit der Quelle inerten Gases verbunden sind.