RU2469115C1 - Method of electron-beam melting of product from high-melting metal or alloy, and device for its implementation - Google Patents
Method of electron-beam melting of product from high-melting metal or alloy, and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2469115C1 RU2469115C1 RU2011120759/02A RU2011120759A RU2469115C1 RU 2469115 C1 RU2469115 C1 RU 2469115C1 RU 2011120759/02 A RU2011120759/02 A RU 2011120759/02A RU 2011120759 A RU2011120759 A RU 2011120759A RU 2469115 C1 RU2469115 C1 RU 2469115C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- anode
- crucible
- cathode assembly
- alloy
- product
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к обработке деталей с изменением физико-химических свойств и структуры, и может найти применение в авиационном и энергетическом машиностроении при изготовлении деталей горячего тракта газотурбинных двигателей, используемых в двигателях летательных аппаратов, энергетике, газовой, нефтяной и электронной промышленности.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the processing of parts with a change in physicochemical properties and structure, and can find application in aviation and power engineering in the manufacture of hot-tube parts for gas turbine engines used in aircraft engines, energy, gas, oil and electronic industry.
Детали авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), эксплуатируемых в зоне повышенной запыленности, в морской или промышленной среде, подвержены интенсивному эррозионному, коррозионному износу, особенно рабочие лопатки компрессора вследствие относительно высоких скоростей набегания газоабразивного потока.Parts of aircraft gas turbine engines (GTE), operated in a dusty zone, in a marine or industrial environment, are subject to intense erosion, corrosion wear, especially compressor blades due to the relatively high flow rates of the gas abrasive stream.
Известен способ обработки изделий из жаропрочных никелевых сплавов, при котором для предотвращения разупрочнения поверхностного слоя сплава изделий при высоких температурах, в результате образования вторичной реакционной зоны под защитным покрытием, проводят вакуумную термообработку изделий по режиму, обеспечивающему выравнивание содержания легирующих элементов в дендритных выделениях и междендритных пространствах материала изделий (патент ЕР №1146134, В32В 15/01, C22F 1/10, опуб. 2001-10-17).A known method of processing products from heat-resistant nickel alloys, in which to prevent softening of the surface layer of the alloy of products at high temperatures, as a result of the formation of a secondary reaction zone under a protective coating, vacuum heat treatment of products is carried out according to a regime that ensures equalization of the content of alloying elements in dendritic precipitates and interdendritic spaces material of products (patent EP No. 1146134, B32B 15/01, C22F 1/10, publ. 2001-10-17).
Однако способ не исключает разупрочнения поверхностного слоя и уменьшения несущего сечения изделий при формировании диффузионного защитного покрытия и дальнейшего взаимодействия с жаропрочным никелевым сплавом изделий при их эксплуатации. Кроме того, для достижения результата способ требует длительной вакуумной термообработки изделий при температурах выше температуры растворения упрочняющей γ'-фазы из-за низкой скорости диффузии некоторых легирующих элементов, например рения.However, the method does not exclude softening of the surface layer and reducing the bearing section of the products during the formation of the diffusion protective coating and further interaction with the heat-resistant nickel alloy of the products during their operation. In addition, to achieve the result, the method requires a long vacuum heat treatment of products at temperatures above the dissolution temperature of the strengthening γ'-phase due to the low diffusion rate of some alloying elements, for example rhenium.
Известен способ обработки изделия с равноосной структурой из жаропрочного сплава, включающий нанесение на поверхность изделия покрытия с последующим упрочнением поверхности, отличающийся тем, что на поверхность изделия наносят покрытие из жаропрочного никелевого сплава для монокристального литья, а упрочнение поверхности проводят путем первой вакуумной термообработки изделия с покрытием из жаропрочного никелевого сплава для монокристального литья, последующей пластической деформации поверхности изделия, а затем второй вакуумной термообработки изделия [Патент РФ 22619357, МПК(7) С23С 14/06, С23С 14/58, опуб. 10.10.2005 г.]. Применение изобретения в промышленности при изготовлении рабочих лопаток турбин в 1,5-2 раза продлевает срок службы рабочих лопаток турбин из жаропрочных никелевых сплавов, а также снижает трудоемкость, энергоемкость и стоимость производства ГТД.A known method of processing products with equiaxial structure of a heat-resistant alloy, comprising applying a coating to the surface of the product, followed by surface hardening, characterized in that the surface of the product is coated with heat-resistant nickel alloy for single crystal casting, and surface hardening is carried out by first vacuum heat treatment of the coated product from heat-resistant nickel alloy for single crystal casting, subsequent plastic deformation of the product surface, and then a second vacuum heat treatment of the product [RF Patent 22619357, IPC (7) C23C 14/06, C23C 14/58, publ. 10/10/2005]. The use of the invention in industry in the manufacture of turbine rotor blades 1.5-2 times extends the service life of turbine rotor blades from heat-resistant nickel alloys, and also reduces the complexity, energy intensity and cost of production of gas turbine engines.
Однако возрастающие требования к чистоте, совершенству структуры и геометрии кристаллов заставляют усовершенствовать существующие и разрабатывать новые методы их получения.However, the increasing requirements for the purity, perfection of the structure and geometry of crystals force us to improve existing and develop new methods for their preparation.
Применение монокристаллов тугоплавких металлов и их сплавов могло бы значительно увеличить срок службы указанных выше изделий. Однако их изготовление известными до последнего времени в лабораторной и производственной практике способами требует значительных усилий, так как является трудоемким, энергоемким и трудозатратным.The use of single crystals of refractory metals and their alloys could significantly increase the service life of the above products. However, their manufacture until recently known in laboratory and industrial practice methods requires considerable effort, as it is time-consuming, energy-intensive and time-consuming.
Наиболее распространенным способом получения изделий из тугоплавких материалов является способ бестигельной зонной плавки с применением электронного нагрева (В.Пфан "Зонная плавка", издательство «Мир», Москва, 1970, с.144-145). Указанный способ позволяет выращивать достаточно чистые и совершенные кристаллы вольфрама, рения, тантала, ванадия, ниобия и других металлов.The most common way to obtain products from refractory materials is the method of crucible-free zone melting using electronic heating (V. Pfan "Zone Melting", publishing house "Mir", Moscow, 1970, p.144-145). The specified method allows you to grow quite clean and perfect crystals of tungsten, rhenium, tantalum, vanadium, niobium and other metals.
Устройство для осуществления вышеназванного способа содержит вакуумную охлаждаемую камеру, внутри которой осесимметрично установлены анод и катодный узел с системой кольцевых фокусирующих электродов и нитевидным кольцевым катодом. При этом анод представляет собой обрабатываемый материал, закрепленный на подложке по одной оси с кольцевым катодом так, чтобы последний мог передвигаться вдоль него (В.Н.Вигдорович «Зонная плавка». Металлургия, 1966 г., 206 стр.).A device for implementing the above method comprises a cooled vacuum chamber, inside of which an anode and a cathode assembly with a ring focusing electrode system and a filament ring cathode are mounted axisymmetrically. In this case, the anode is a processed material fixed on a substrate along one axis with an annular cathode so that the latter can move along it (V.N. Vigdorovich “Zone Melting. Metallurgy, 1966, 206 pp.).
Однако этот способ применим лишь для изделий с равноосной структурой.However, this method is applicable only for products with equiaxial structure.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является изготовление и повышение прочности изделий со сложным профилем из тугоплавких материалов, увеличение площади его несущего сечения, увеличение ресурса работы изделия в области высоких температур.The problem to which this invention is directed is to manufacture and increase the strength of products with a complex profile of refractory materials, increase the area of its bearing section, increase the service life of the product in the high-temperature region.
Поставленная задача решается устройством для электронно-лучевой плавки высокопрочных изделий, содержащим вакуумную охлаждаемую камеру, внутри которой осесимметрично установлены анод и катодный узел с системой кольцевых фокусирующих электродов и нитевидным кольцевым катодом, новизна которого заключается в том, что анод выполнен в виде металлической трубы, внутри которой закреплен с возможностью смены, выполненный из инертного по отношению к материалу анода и материалу обрабатываемого изделия, формообразующий тигель, внутренний профиль которого совпадает с профилем обрабатываемого изделия, причем анод расположен внутри катодного узла и они выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга вдоль их общей оси.The problem is solved by a device for electron beam melting of high-strength products, containing a vacuum cooled chamber, inside of which an anode and a cathode assembly with a system of ring focusing electrodes and a filiform ring cathode are mounted axisymmetrically, the novelty of which is that the anode is made in the form of a metal pipe inside which is fixed with the possibility of change, made of an inert in relation to the anode material and the material of the workpiece, forming crucible, internal prof or which coincides with the profile of the workpiece, the anode being located inside the cathode assembly and they are arranged to move relative to each other along their common axis.
При работе такого устройства происходит косвенный нагрев или переплав, что позволяет как сохранить заданную форму, так и получить изделие заданной формы с увеличенной прочностью.During the operation of such a device, indirect heating or remelting occurs, which allows both to maintain a given shape and to obtain a product of a given shape with increased strength.
Наиболее оптимальные условия работы устройства достигаются, когда длина анода превышает длину катодного узла на величину, превышающую длину тигля вдоль их общей оси.The most optimal operating conditions of the device are achieved when the length of the anode exceeds the length of the cathode assembly by an amount exceeding the length of the crucible along their common axis.
Наиболее технологично выполнение анода из материала, выбранного из ряда: вольфрам, молибден, ниобий, тантал или сплавы на их основе.The most technologically advanced implementation of the anode is from a material selected from the range: tungsten, molybdenum, niobium, tantalum or alloys based on them.
Еще одним аспектом изобретения является способ электронно-лучевой плавки изделий из металлов и сплавов с помощью заявляемого устройства, новизна которого заключается в том, что переплавляемый материал помещают внутрь формообразующего тигля, внутренний профиль которого совпадает с задаваемым профилем выплавляемого изделия, затем расплавляют только придонную часть переплавляемого материала в тигле и далее перемещают анод или катодный узел относительно друг друга вдоль их вертикальной оси так, чтобы зона расплавленного материала перемещалась вверх, а кристаллизация начиналась у дна тигля, со скоростью, при которой усадочная полость образуется в верхней части кристаллизующегося материала.Another aspect of the invention is a method for electron beam melting of products from metals and alloys using the inventive device, the novelty of which is that the remelted material is placed inside the forming crucible, the inner profile of which coincides with the set profile of the melted product, then only the bottom part of the remelted is melted material in the crucible and then move the anode or cathode assembly relative to each other along their vertical axis so that the zone of molten material moved upward, and crystallization began at the bottom of the crucible, at a speed at which the shrink cavity forms in the upper part of the crystallizing material.
Чтобы обеспечить условия для одновременного роста множества кристаллитов, вытянутых в направлении вертикальной оси, перед закладкой переплавляемого материала в тигель на его дно помещают монокристаллическую затравку, выполненную из материала, температура плавления которого выше температуры плавления переплавляемого материала, а кристаллическая структура по типу решетки и ее параметрам близка к кристаллической решетке переплавляемого металла или одной из структурных составляющих переплавляемого сплава.In order to provide conditions for the simultaneous growth of many crystallites stretched in the direction of the vertical axis, before laying the melted material in the crucible, a single crystal seed made of a material whose melting point is higher than the melting temperature of the melted material and the crystal structure by the type of lattice and its parameters is placed on its bottom close to the crystal lattice of the remelted metal or one of the structural components of the remelted alloy.
Еще одним аспектом изобретения является способ электронно-лучевой плавки изделий из металлов и сплавов с помощью заявляемого устройства, новизна которого заключается в том, что переплавляемый материал помещают внутрь формообразующего тигля, внутренний профиль которого совпадает с задаваемым профилем выплавляемого изделия, нагревают тигель по всей его длине до полного расплавления находящегося в нем материала и перемещают анод или катодный узел относительно друг друга вдоль их вертикальной оси так, чтобы кристаллизация начиналась у дна тигля, со скоростью, при которой усадочная полость образуется в верхней части кристаллизующегося материала.Another aspect of the invention is a method for electron beam melting of products from metals and alloys using the inventive device, the novelty of which is that the remelted material is placed inside the forming crucible, the inner profile of which coincides with the set profile of the melted product, the crucible is heated over its entire length until the material in it is completely melted and the anode or cathode assembly is moved relative to each other along their vertical axis so that crystallization begins at in the crucible, to the speed at which the shrinkage cavity is formed in the upper portion of the crystallizing material.
Чтобы обеспечить условия для одновременного роста множества кристаллитов, вытянутых в направлении вертикальной оси, перед закладкой переплавляемого материала в тигель на его дно помещают монокристаллическую затравку, выполненную из материала с температурой плавления, превышающей температуру плавления переплавляемого материала, и кристаллической структурой, по типу решетки и ее параметрам близкой к кристаллической решетке переплавляемого металла, или одной из структурных составляющих переплавляемого сплава.In order to provide conditions for the simultaneous growth of many crystallites elongated in the direction of the vertical axis, a single-crystal seed made of a material with a melting temperature higher than the melting temperature of the remelted material and a crystalline structure similar to the lattice and its parameters close to the crystal lattice of the remelted metal, or one of the structural components of the remelted alloy.
Лучше всего для этой цели подходит, с точки зрения типа кристаллической решетки и ее параметра, ниобий.From the point of view of the type of crystal lattice and its parameter, niobium is best suited for this purpose.
На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого устройства в разрезе.Figure 1 shows a General view of the proposed device in section.
На фиг.2 приведен график зависимости кратковременной прочности при испытаниях на 3-точечный изгиб от температуры испытания.Figure 2 shows a graph of the dependence of short-term strength when tested for 3-point bending from the test temperature.
Устройство электронно-лучевой плавки высокопрочных изделий состоит из вакуумной охлаждаемой камеры 1, внутри которой осесимметрично установлены анод 2, выполненный в виде металлической трубы, и катодный узел 3 с системой кольцевых фокусирующих электродов и нитевидным кольцевым катодом. Внутри анода 2 закреплен выполненный с возможностью смены из инертного по отношению материалу анода и материала обрабатываемого изделия формообразующий тигель 4, внутренний профиль которого совпадает с задаваемым профилем обрабатываемого изделия. Анод 2 расположен внутри катодного узла 3, и они выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга вдоль их общей оси.The electron beam melting device of high-strength products consists of a vacuum cooled chamber 1, inside of which an anode 2, made in the form of a metal pipe, and a cathode assembly 3 with a system of ring focusing electrodes and a filament ring cathode are mounted axisymmetrically. Inside the anode 2 is fixed made with the possibility of changing from inert with respect to the material of the anode and the material of the workpiece forming a crucible 4, the inner profile of which coincides with the specified profile of the workpiece. The anode 2 is located inside the cathode assembly 3, and they are arranged to move relative to each other along their common axis.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Обрабатываемое изделие помещают в предварительно изготовленный формообразующий тигель 4, внутренний профиль которого совпадает с заданной формой изготавливаемого изделия, причем тигель выполняют из материала, инертного по отношению, как к материалу анода и материалу обрабатываемого изделия. Формообразующий тигель 4 закрепляют внутри цилиндрического анода 2. После подачи напряжения на анод 2 формообразующий тигель 4 разогревается с помощью катодного узла 3 электронным пучком, сфокусированным нитевидным кольцевым катодом и системой кольцевых фокусирующих электродов. Затем катодный узел 3 начинают перемещать вдоль цилиндрического анода 2, или цилиндрический анод 2 перемещают вдоль катодного узла 3, в результате чего происходит косвенный нагрев или переплав материала обрабатываемого изделия, что позволяет как сохранить заданную форму, так и получить изделие заданной формы с увеличенной прочностью.The workpiece is placed in a prefabricated forming crucible 4, the inner profile of which coincides with the given shape of the manufactured product, and the crucible is made of a material that is inert with respect to both the anode material and the material of the workpiece. The forming crucible 4 is fixed inside the cylindrical anode 2. After applying voltage to the anode 2, the forming crucible 4 is heated using the cathode assembly 3 with an electron beam, a focused filament ring cathode and a system of ring focusing electrodes. Then, the cathode assembly 3 is started to move along the cylindrical anode 2, or the cylindrical anode 2 is moved along the cathode assembly 3, as a result of which the material of the workpiece is indirectly heated or remelted, which allows both to maintain the given shape and to obtain the product of the given shape with increased strength.
Приведенные ниже примеры подтверждают, но не ограничивают предлагаемое изобретение.The following examples confirm, but do not limit, the invention.
Пример 1.Example 1
Исходной заготовкой служил цилиндрический слиток сплава Nb-6 мас.% Si диаметром 8 мм и длиной 50 мм, полученный плавкой во взвешенном состоянии. Этот слиток опускали в цилиндрический тигель из ZrO2 внутренним диаметром 9 мм. Материал тигля инертен по отношению к сплаву Nb-Si. Тигель закрепляли внутри анода, выполненного из вольфрама в виде трубки с внутренним диаметром 14 мм и толщиной стенки 0,5 мм, таким образом, чтобы тигель со слитком ориентировался строго по центральной оси анода. Все это помещали по центру катодного узла, расположенного в вакуумной камере установки для зонной электронно-лучевой плавки вертикального типа. Трубчатый анод закреплялся строго параллельно оси перемещения катодного узла. Катод представлял собой кольцо диаметром 55 мм, изготовленное из вольфрамовой проволоки диаметром 1 мм. Катод разогревался током 40 А.The initial billet was a cylindrical ingot of Nb-6 wt.% Si alloy with a diameter of 8 mm and a length of 50 mm, obtained by melting in suspension. This ingot was lowered into a cylindrical crucible of ZrO 2 with an inner diameter of 9 mm. The crucible material is inert with respect to the Nb-Si alloy. The crucible was fixed inside the anode made of tungsten in the form of a tube with an inner diameter of 14 mm and a wall thickness of 0.5 mm, so that the crucible with the ingot was oriented strictly along the central axis of the anode. All this was placed in the center of the cathode assembly located in the vacuum chamber of the vertical type zone electron beam melting facility. The tubular anode was fixed strictly parallel to the axis of movement of the cathode assembly. The cathode was a ring with a diameter of 55 mm, made of tungsten wire with a diameter of 1 mm. The cathode was heated by a current of 40 A.
Процесс плавки осуществлялся следующим образом. После подачи анодного напряжения электроны разогревали в первую очередь анод, создавая на нем узкую кольцевую горячую зону, которая уже косвенным разогревом доводила до расплавления содержимое тигля. Катодный узел имел способность перемещаться относительно анода в вертикальном направлении с заданной скоростью. В первоначальный момент катодный узел был сориентирован относительно анода таким образом, чтобы горячая зона приходилась на придонную часть слитка Nb-Si сплава. Таким образом, расплавленная зона перемещалась снизу вверх до тех пор, пока слиток не заканчивался. Скорость перемещения катода подбирали таким образом, чтобы усадочная полость образовывалась в верхней части слитка, в данном конкретном случае она составляла 1 мм/мин, потребляемая анодом мощность - 800 Вт. Диаметр полученного слитка - 9 мм, полезная длина после отрезания области с усадочной полостью - 24 мм.The melting process was carried out as follows. After applying the anode voltage, the electrons heated primarily the anode, creating a narrow annular hot zone on it, which by indirect heating brought the contents of the crucible to melting. The cathode assembly was able to move relative to the anode in the vertical direction at a given speed. At the initial moment, the cathode assembly was oriented relative to the anode so that the hot zone fell on the bottom part of the Nb-Si alloy ingot. Thus, the molten zone moved from bottom to top until the ingot ended. The cathode velocity was selected so that a shrink cavity formed in the upper part of the ingot, in this particular case it was 1 mm / min, and the power consumed by the anode was 800 W. The diameter of the obtained ingot is 9 mm, the useful length after cutting off the area with the shrink cavity is 24 mm.
Пример 2.Example 2
То же, что в примере 1, только слиток из сплава Nb-Si имел диаметр 8 мм и длину 55 мм и анод, был изготовлен из танталовой фольги толщиной 0,4 мм.The same as in example 1, only the Nb-Si alloy ingot had a diameter of 8 mm and a length of 55 mm and the anode was made of tantalum foil with a thickness of 0.4 mm.
Скорость перемещения катода составляла 0,2 мм/мин, потребляемая анодом мощность - 800 Вт. Полученный слиток имел диаметр 9 мм, полезная длина после отрезания затравки и усадочной полости - 23 мм.The cathode velocity was 0.2 mm / min, and the power consumed by the anode was 800 W. The obtained ingot had a diameter of 9 mm; the useful length after cutting off the seed and shrink cavity was 23 mm.
Пример 3.Example 3
То же, что в примере 1, только слиток сплава Nb-Si имел диаметр 8 мм и длину 75 мм, а перед опусканием его в тигель на дно тигля помещали цилиндрическую затравку из монокристаллического ниобия высотой 10 мм с температурой плавления больше, чем у переплавляемого сплава, и типом кристаллической решетки, совпадающим с типом кристаллической решетки сплава Nb-Si. В первоначальный момент катодный узел был сориентирован относительно анода таким образом, чтобы горячая зона приходилась на место стыка затравки и слитка.The same as in example 1, only the Nb-Si alloy ingot had a diameter of 8 mm and a length of 75 mm, and before lowering it into the crucible, a cylindrical seed made from single-crystal niobium 10 mm high with a melting point higher than the remelted alloy was placed on the bottom of the crucible and the type of crystal lattice that matches the type of crystal lattice of the Nb-Si alloy. At the initial moment, the cathode assembly was oriented relative to the anode so that the hot zone fell at the junction of the seed and the ingot.
Скорость перемещения катода составляла 1 мм/мин, потребляемая анодом мощность - 800 Вт. Диаметр полученного слитка - 9 мм, полезная длина после отрезания затравки и области с усадочной полостью - 36 мм.The cathode velocity was 1 mm / min, and the power consumed by the anode was 800 W. The diameter of the obtained ingot is 9 mm, the useful length after cutting off the seed and the area with the shrinkage cavity is 36 mm.
Как видно из приведенного на фиг.2 графика зависимости кратковременной прочности при испытаниях на 3-точечный изгиб от температуры испытания кратковременная прочность при изгибе в этом случае составляла от 400 до 300 МПа при увеличении температуры от 1200 до 1350°С.As can be seen from the graph in Fig. 2, the dependence of short-term strength in tests for 3-point bending on the test temperature, short-term bending strength in this case was from 400 to 300 MPa with an increase in temperature from 1200 to 1350 ° C.
Пример 4.Example 4
То же, что в примере 1, только для изготовления овального слитка из сплава Nb-Si, предварительно изготавливали тигель, внутренняя полость которого также имела овальный профиль с длинной и короткой осями, равными соответственно 9 и 5 мм. Ниобиевая монокристаллическая затравка была специально изготовлена также овального профиля с размерами длинной и короткой осей, позволявшими поместить ее на дно тигля. Скорость перемещения анода вдоль оси катода составляла 1 мм/мин, потребляемая анодом мощность - 800 Вт. Полученный слиток имел овальный профиль с длинной и короткой осями, равными соответственно 9 и 5 мм, полезная длина после отрезания затравки и верхней дефектной области - 42 мм.The same as in example 1, only for the manufacture of an oval ingot from an Nb-Si alloy, a crucible was preliminarily made, the inner cavity of which also had an oval profile with long and short axes equal to 9 and 5 mm, respectively. The niobium single crystal seed was also specially made of an oval profile with dimensions of the long and short axes, which made it possible to place it on the bottom of the crucible. The speed of movement of the anode along the axis of the cathode was 1 mm / min, the power consumed by the anode was 800 watts. The obtained ingot had an oval profile with long and short axes equal to 9 and 5 mm, respectively, and the useful length after cutting the seed and the upper defective region was 42 mm.
Пример 5.Example 5
То же, что в примере 1, только в качестве исходного материала был взят вольфрам, формообразующий тигель изготавливали из ZrO2, внутренняя полость которого также имела овальный профиль с длинной и короткой осями, равными соответственно 9 и 5 мм. В первоначальный момент катодный узел был сориентирован относительно анода таким образом, чтобы горячая зона приходилась на придонную часть слитка. Таким образом, расплавленная зона перемещалась снизу вверх до тех пор, пока слиток не заканчивался. Скорость перемещения катода подбирали таким образом, чтобы усадочная полость образовывалась в верхней части слитка, в данном конкретном случае она составляла 1 мм/мин, потребляемая анодом мощность - 800 Вт. Полученный слиток имел овальный профиль с длинной и короткой осями, равными соответственно 9 и 5 мм, полезная длина после отрезания затравки и верхней дефектной области - 32 мм.The same as in example 1, only tungsten was taken as the starting material, the forming crucible was made of ZrO 2 , the inner cavity of which also had an oval profile with long and short axes equal to 9 and 5 mm, respectively. At the initial moment, the cathode assembly was oriented relative to the anode so that the hot zone fell on the bottom part of the ingot. Thus, the molten zone moved from bottom to top until the ingot ended. The cathode velocity was selected so that a shrink cavity formed in the upper part of the ingot, in this particular case it was 1 mm / min, and the power consumed by the anode was 800 W. The obtained ingot had an oval profile with long and short axes equal to 9 and 5 mm, respectively, and the useful length after cutting the seed and the upper defective region was 32 mm.
Пример 6.Example 6
Для изготовления лопатки газовой турбины из сплава ниобий-кремний переплавляемый сплав помещают внутрь формообразующего тигля, выполненного из ZrO2, внутренний профиль которого совпадает с задаваемым профилем изготавливаемого изделия, нагревают тигель по всей его длине до полного расплавления находящегося в нем сплава и перемещают анод, выполненный из вольфрамовой проволоки, вдоль вертикальной оси катода так, чтобы кристаллизация начиналась у дна тигля, со скоростью, при которой усадочная полость образуется в верхней части кристаллизующегося металла или сплава.To make a gas turbine blade from a niobium-silicon alloy, the remelted alloy is placed inside a forming crucible made of ZrO 2 , the internal profile of which coincides with the set profile of the manufactured product, the crucible is heated along its entire length until the alloy in it is completely melted and the anode made from a tungsten wire, along the vertical axis of the cathode so that crystallization begins at the bottom of the crucible, at a speed at which a shrink cavity forms in the upper part of the crystallization curable metal or alloy.
Получаемое изделие имело форму лопатки.The resulting product had the shape of a scapula.
Пример 7.Example 7
Для изготовления овального слитка из сплава ниобий-кремний переплавляемый сплав помещают внутрь формообразующего тигля, внутренний профиль которого совпадает с задаваемым профилем изготавливаемого изделия. Вольфрамовый анод подбирают такой длины, чтобы она превышала длину катодного узла на величину, превышающую длину тигля вдоль их общей оси. Тигель нагревают по всей его длине до полного расплавления находящегося в нем сплава и перемещают анод вдоль вертикальной оси катода так, чтобы кристаллизация начиналась у дна тигля, со скоростью, при которой усадочная полость образуется в верхней части кристаллизующегося металла или сплава. Получаемое изделие имело овальную форму.To make an oval ingot from a niobium-silicon alloy, a remelted alloy is placed inside a forming crucible, the internal profile of which coincides with the specified profile of the manufactured product. The tungsten anode is selected so long that it exceeds the length of the cathode assembly by an amount greater than the length of the crucible along their common axis. The crucible is heated along its entire length until the alloy located in it is completely melted and the anode is moved along the vertical axis of the cathode so that crystallization begins at the bottom of the crucible at a speed at which a shrink cavity forms in the upper part of the crystallizing metal or alloy. The resulting product had an oval shape.
Пример 8.Example 8
То же, что в примере 7, только перед опусканием его в тигель на дно тигля помещали цилиндрическую затравку из монокристаллического ниобия высотой 10 мм с температурой плавления больше, чем у переплавляемого сплава, и типом кристаллической решетки, совпадающим с типом кристаллической решетки сплава Nb-Si. В первоначальный момент катодный узел был сориентирован относительно анода таким образом, чтобы горячая зона приходилась на место стыка затравки и слитка. Полученный слиток сплава Nb-Si имел овальную форму и длину 55 мм.The same as in example 7, only before lowering it into the crucible, a cylindrical seed of monocrystalline niobium 10 mm high with a melting temperature higher than that of the remelted alloy and a type of crystal lattice matching the type of crystal lattice of the Nb-Si alloy was placed on the bottom of the crucible . At the initial moment, the cathode assembly was oriented relative to the anode so that the hot zone fell at the junction of the seed and the ingot. The resulting Nb-Si alloy ingot was oval and 55 mm long.
Как видно из приведенных примеров, предлагаемое изобретение позволяет получать высокопрочные изделия из тугоплавких материалов заданного профиля без дополнительной обработки.As can be seen from the above examples, the present invention allows to obtain high-strength products from refractory materials of a given profile without additional processing.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011120759/02A RU2469115C1 (en) | 2011-05-24 | 2011-05-24 | Method of electron-beam melting of product from high-melting metal or alloy, and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011120759/02A RU2469115C1 (en) | 2011-05-24 | 2011-05-24 | Method of electron-beam melting of product from high-melting metal or alloy, and device for its implementation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2469115C1 true RU2469115C1 (en) | 2012-12-10 |
Family
ID=49255743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011120759/02A RU2469115C1 (en) | 2011-05-24 | 2011-05-24 | Method of electron-beam melting of product from high-melting metal or alloy, and device for its implementation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2469115C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1003530B (en) * | 1954-10-15 | 1957-02-28 | Hans Deckel Dr Ing | Gear for generating any thread pitches |
| JPH01242729A (en) * | 1988-03-24 | 1989-09-27 | Kobe Steel Ltd | Electron beam melting method for refractory high-melting-temperature metal material |
| UA27069C2 (en) * | 1994-09-28 | 2000-02-28 | Олександр Олексійович Тур | Method for electron-beam remelting of spongy titanium and plant for realization the same |
| RU2370552C1 (en) * | 2008-06-26 | 2009-10-20 | Вадим Георгиевич Глебовский | Installation of electron-ray zone melting of refractory and transition metals and alloys for growth of mono crystals |
| RU2370553C1 (en) * | 2008-06-26 | 2009-10-20 | Вадим Георгиевич Глебовский | Installation of electron-ray zone melting of refractory and transition metals and alloys for growth of mono crystals |
-
2011
- 2011-05-24 RU RU2011120759/02A patent/RU2469115C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1003530B (en) * | 1954-10-15 | 1957-02-28 | Hans Deckel Dr Ing | Gear for generating any thread pitches |
| JPH01242729A (en) * | 1988-03-24 | 1989-09-27 | Kobe Steel Ltd | Electron beam melting method for refractory high-melting-temperature metal material |
| UA27069C2 (en) * | 1994-09-28 | 2000-02-28 | Олександр Олексійович Тур | Method for electron-beam remelting of spongy titanium and plant for realization the same |
| RU2370552C1 (en) * | 2008-06-26 | 2009-10-20 | Вадим Георгиевич Глебовский | Installation of electron-ray zone melting of refractory and transition metals and alloys for growth of mono crystals |
| RU2370553C1 (en) * | 2008-06-26 | 2009-10-20 | Вадим Георгиевич Глебовский | Installation of electron-ray zone melting of refractory and transition metals and alloys for growth of mono crystals |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| КРАПУХИН В.В. Печи для цветных и редких металлов. - М.: Металлургия, 1980, с.370-371. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhao et al. | Study on microstructure and mechanical properties of laser rapid forming Inconel 718 | |
| Bewlay et al. | Processing high-temperature refractory-metal silicide in-situ composites | |
| Ren et al. | Microstructure and mechanical properties of a graded structural material | |
| EP2751304B1 (en) | Manufacturing a component of single crystal or directionally solidified material | |
| RU2712323C9 (en) | Ni-BASED FORGED ALLOY ARTICLE AND TURBINE HIGH-TEMPERATURE MEMBER USING SAME | |
| UA120786C2 (en) | Alloy melting and refining method | |
| US6798821B2 (en) | Method and apparatus for solidification-controllable induction melting of alloy with cold copper crucible | |
| CN109182843B (en) | Nickel-tungsten intermediate alloy and method for preparing nickel-tungsten intermediate alloy by electron beam melting | |
| CA3048051C (en) | High gamma prime nickel based weldable superalloy and method of repairing and manufacturing of turbine engine components using the same | |
| Zhang et al. | Study of microstructure evolution and preference growth direction in a fully laminated directional micro-columnar TiAl fabricated using laser additive manufacturing technique | |
| RU2017115945A (en) | MONOCRYSTALLINE MATERIAL OF THE INTERMETALLIC COMPOUND OF TITANIUM AND ALUMINUM AND METHODS OF ITS PRODUCTION | |
| JP4184725B2 (en) | Single crystal semiconductor manufacturing method and single crystal semiconductor manufacturing apparatus | |
| Cardoso et al. | Microstructure of a coated single crystalline René N5 part repaired by epitaxial laser deposition | |
| CN112962013B (en) | Single crystal high temperature alloy diffusion epitaxial growth repair material and repair method | |
| CN105803257A (en) | Method for improving liquid-state fluidity of TiAl-Nb alloy | |
| RU2469115C1 (en) | Method of electron-beam melting of product from high-melting metal or alloy, and device for its implementation | |
| JP6509869B2 (en) | Method for producing parts coated with a protective coating | |
| CN103981372B (en) | A kind of method removing micro impurity element in superalloy | |
| US20100206855A1 (en) | Preheating temperature during remelting | |
| Gurianov et al. | Defects formation features of nickel-based superalloy product obtained by wire-feed electron beam additive manufacturing | |
| CN113927044A (en) | Solid solution treatment method for laser additive manufacturing of high-temperature alloy | |
| US10689741B2 (en) | Ni-based superalloy part recycling method | |
| Hrechaniuk et al. | Electron-beam remelting of Ni-Cr-Al-Y alloys for manufacturing of cathodes for ion-plasma coating | |
| RU2811632C1 (en) | METHOD OF VACUUM ARC FINAL REMELTING OF Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo TITANIUM ALLOY INGOTS | |
| CN115846689B (en) | Solution treatment method for melting GH3230 alloy by laser powder bed and GH3230 alloy |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170525 |