RU2673702C1

RU2673702C1 - Method of electron-beam melting lateral surface ingots of heat-resistant alloys

Info

Publication number: RU2673702C1
Application number: RU2018125613A
Authority: RU
Inventors: Максим Викторович Клочай; Анатолий Данилович Рябцев; Павел Михайлович Явтушенко; Алексей Иванович Амелин
Original assignee: Публичное акционерное общество "Русполимет"
Priority date: 2018-07-11
Filing date: 2018-07-11
Publication date: 2018-11-29

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to special electrometallurgy and can be used to melt the side surface of cylindrical ingots of heat-resistant alloys in metallurgical plants with surface-acting energy sources, such as electron-beam ones. Method includes preheating the ingot surface with a scanning electron beam to a temperature of 600–800 °C, the formation of a bath of liquid metal along its generatrix and the rotation of the ingot around its horizontal axis, and after completion of melting, heating the ingot surface by scanning electron beams for one revolution of the ingot, and the power of electron beam heating is 20–30 % of that during melting.

EFFECT: invention provides the absence of cracks in the melted layer of ingots of heat-resistant alloys on a nickel base during the cooling of the ingot after the completion of the reflow process.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии и может быть использовано для оплавления боковой поверхности цилиндрических слитков жаропрочных сплавов в металлургических установках с источниками энергии поверхностного действия, например электронно-лучевых.The invention relates to the field of special electrometallurgy and can be used to melt the lateral surface of cylindrical ingots of heat-resistant alloys in metallurgical plants with surface energy sources, for example, electron beam.

Известен способ плазменно-дугового нагрева поверхностного слоя слитков жаропрочных сплавов, включающий одновременное вращение слитка относительно горизонтальной продольной оси, перемещение слитка вдоль этой оси и поддержание на боковой поверхности слитка под плазмотроном за счет плазменно-дугового нагрева ванны жидкого металла (Оптимизация режимов ПДРП с целью снижения склонности металла переплавленного слоя к образованию трещин. Лихобаба А.В., Латаш Ю.В. Торхов Г.В. Проблемы специальной электрометаллургии. - 1993, - №4, - с. 62-69.)A known method of plasma-arc heating of the surface layer of ingots of heat-resistant alloys, including the simultaneous rotation of the ingot relative to the horizontal longitudinal axis, moving the ingot along this axis and maintaining on the side surface of the ingot under the plasma torch by plasma-arc heating of a bath of liquid metal (Optimization of the MPLD modes to reduce the tendency of the molten layer metal to crack. Likhobaba AV, Latash Yu.V. Torkhov GV Problems of special electrometallurgy. - 1993, - No. 4, - pp. 62-69.)

Недостатком известного способа является проблема растрескивания металла переплавленного слоя и зоны термического влияния вследствие нагрева локальных объемов металла плазменной дугой. Образование трещин обусловлено соотношением напряжений из-за неоднородного и нестационарного температурного поля и прочностных свойств металла, также зависящих от температуры.The disadvantage of this method is the problem of cracking of the metal of the remelted layer and the heat affected zone due to the heating of local volumes of metal by a plasma arc. The formation of cracks is due to the ratio of stresses due to the inhomogeneous and unsteady temperature field and the strength properties of the metal, which also depend on temperature.

Известен способ электронно-лучевого оплавления поверхности цилиндрических слитков, включающий нагрев электронными лучами поверхности слитка, формирования ванны жидкого металла вдоль его образующей и вращение слитка вокруг его горизонтальной оси. (Патент Украины №46061 С22В 9/04, 9/22. Способ электронно-лучевого оплавления поверхности цилиндрических слитков. Тригуб Н.Л., Дереча А.Я., Калинюк А.Н., Жук Г.В. Бюл. №5 от 15.05.2002).A known method of electron beam fusion of the surface of cylindrical ingots, including heating by electron beams the surface of the ingot, forming a bath of molten metal along its generatrix and rotating the ingot around its horizontal axis. (Ukrainian Patent No. 46061 С22В 9/04, 9/22. Method of electron beam fusion of the surface of cylindrical ingots. Trigub N.L., Derecha A.Ya., Kalinyuk A.N., Zhuk G.V. Bull. No. 5 from 05/15/2002).

Недостатком известного способа является проблема образования трещин в переплавленном слое слитков жаропрочных сплавов на никелевой основе при остывании слитка после завершения процесса оплавления. Образование трещин обусловлено возникновением существенных напряжений в слитке из-за высоких градиентов температур в остывающем слитке и снижения прочностных свойств жаропрочных сплавов в температурном интервале хрупкости этих сплавов.The disadvantage of this method is the problem of cracking in the remelted layer of ingots of heat-resistant nickel-based alloys when the ingot cools down after the reflow process is completed. The formation of cracks is due to the occurrence of significant stresses in the ingot due to high temperature gradients in the cooling ingot and a decrease in the strength properties of heat-resistant alloys in the temperature range of brittleness of these alloys.

Наиболее близким по сути является известный способ электронно-лучевого оплавления поверхности цилиндрических слитков, включающий предварительный нагрев сканирующими электронными лучами поверхности слитка до температуры 600-800°С, формирование ванны жидкого металла вдоль его образующей и вращение слитка вокруг его горизонтальной оси. (Патент Украины №88564 С22В 9/04, 9/22, С22С 33/04. Способ электронно-лучевого оплавления поверхности цилиндрических слитков большого диаметра. Тригуб Н.П., Жук Г.В., Березос В.А. Бюл. №20 от 26.10.2009).The closest in essence is the known method of electron beam melting of the surface of cylindrical ingots, including preliminary heating of the surface of the ingot with scanning electron beams to a temperature of 600-800 ° C, forming a bath of molten metal along its generatrix and rotating the ingot around its horizontal axis. (Patent of Ukraine No. 88564 C22B 9/04, 9/22, C22C 33/04. Method of electron beam fusion of the surface of cylindrical ingots of large diameter. Trigub NP, Zhuk G.V., Berezos V.A. Bull. No. 20 from 10.26.2009).

Недостатком данного способа является проблема образования трещин в переплавленном слое слитков жаропрочных сплавов на никелевой основе при остывании слитка после завершения процесса оплавления. Образование трещин обусловлено возникновением существенных напряжений в слитке из-за высоких градиентов температур в остывающем слитке и снижения прочностных свойств жаропрочных сплавов в температурном интервале хрупкости этих сплавов.The disadvantage of this method is the problem of cracking in the remelted layer of ingots of heat-resistant nickel-based alloys when the ingot cools down after completion of the reflow process. The formation of cracks is due to the occurrence of significant stresses in the ingot due to high temperature gradients in the cooling ingot and a decrease in the strength properties of heat-resistant alloys in the temperature range of brittleness of these alloys.

Задачей и техническим результатом изобретения является удаление указанного недостатка и разработка способа, который сможет обеспечить отсутствие трещин в оплавленном слое слитков жаропрочных сплавов.The objective and technical result of the invention is to remove this drawback and develop a method that can ensure the absence of cracks in the molten layer of ingots of heat-resistant alloys.

Технический результат достигается тем, что после завершения оплавления слитка осуществляют нагрев его поверхности сканирующими электронными лучами в течении одного оборота слитка, причем мощность электронно-лучевого нагрева составляет 20-30% от таковой при оплавлении (фиг. 3).The technical result is achieved by the fact that after the melting of the ingot is completed, its surface is heated by scanning electron beams for one revolution of the ingot, and the power of electron beam heating is 20-30% of that during reflow (Fig. 3).

Сутью изобретения является то, что в известном способе электронно-лучевого оплавления поверхности цилиндрических слитков, включающего предварительный нагрев сканирующими электронными лучами 1 поверхности слитка 2 (фиг. 1) до температуры 600-800°С, формирование ванны жидкого металла вдоль его образующей и вращения слитка вокруг его горизонтальной оси после завершения оплавления слитка осуществляют нагрев его поверхности сканирующими электронными лучами в течении одного оборота слитка, причем мощность электронно-лучевого нагрева составляет 20-30% от таковой при оплавлении.The essence of the invention is that in the known method of electron beam fusion of the surface of cylindrical ingots, including pre-scanning by scanning electron beams 1 the surface of the ingot 2 (Fig. 1) to a temperature of 600-800 ° C, forming a bath of molten metal along its generatrix and rotating the ingot around its horizontal axis after the melting of the ingot is completed, its surface is heated by scanning electron beams for one revolution of the ingot, and the power of electron-beam heating is It is 20-30% of that at melting.

Пример. Оплавление слитков жаропрочных сплавов на никелевой основе марок ЭИ-698 и ЭП-718 осуществляли в электронно-лучевой установке типа УЭ-108.Example. The melting of ingots of heat-resistant nickel-based alloys of the grades EI-698 and EP-718 was carried out in an electron-beam installation of the UE-108 type.

Установка имеет технологическое оборудование (3) и оборудована электроннолучевыми пушками (4) для нагрева и оплавления цилиндрических слитков. (Фиг. 1).The installation has technological equipment (3) and is equipped with electron beam guns (4) for heating and melting cylindrical ingots. (Fig. 1).

Оплавление слитков жаропрочных сплавов осуществляли следующим образом. На поверхность слитка (2), который вращается вокруг горизонтальной оси с помощью технологического оборудования (3), направляли электронные лучи (1). Лучи расфокусировали и проводили сканирование в продольной и поперечной координатах относительно горизонтальной оси слитка. Поверхностный слой слитка за несколько оборотов нагревали электронными лучами до температуры 600-800°С. Далее прекращали сканирование электронных лучей в поперечной координате относительно оси слитка, фокусировали их и проводили сканирование только в продольной координате в виде удлиненного овала (фиг. 2). Лучи фокусировались удовлетворительно, размер фокальных пятен составил 10-20 мм. Поверхностный слой расплавляли по всей длине фокальных пятен, слиток вращали вокруг его горизонтальной оси, в результате чего происходило полное оплавление поверхностного слоя. После завершения процесса оплавления электронными лучами вновь проводили сканирование в продольной и поперечной координатах относительно горизонтальной оси слитка (фиг. 3) в течение одного оборота слитка, причем мощность электронно-лучевого нагрева составляет 20-30% от таковой при оплавлении.Reflow ingots of heat-resistant alloys was carried out as follows. Electron beams (1) were directed onto the surface of the ingot (2), which rotates around a horizontal axis using technological equipment (3). The rays were defocused and scanned in the longitudinal and transverse coordinates relative to the horizontal axis of the ingot. The surface layer of the ingot for several revolutions was heated by electron beams to a temperature of 600-800 ° C. Then, the scanning of electron beams in the transverse coordinate relative to the axis of the ingot was stopped, they were focused and scanning was carried out only in the longitudinal coordinate in the form of an elongated oval (Fig. 2). The rays focused satisfactorily; the size of the focal spots was 10–20 mm. The surface layer was melted along the entire length of the focal spots, the ingot was rotated around its horizontal axis, as a result of which the surface layer was completely melted. After the electron-beam melting process was completed, scanning was again performed in the longitudinal and transverse coordinates relative to the horizontal axis of the ingot (Fig. 3) during one revolution of the ingot, and the power of electron-beam heating is 20-30% of that during fusion.

После оплавления получали поверхность слитков чистую, гладкую, с шероховатостью в пределах 3-4 классов при волнистости поверхности соответственно равной 0,2-0,6 мм и отсутствии трещин.After melting, the surface of the ingots was clean, smooth, with a roughness within 3-4 classes with a surface waviness of 0.2-0.6 mm, respectively, and no cracks.

Таким образом, данный метод позволяет оплавлять боковую поверхность слитков жаропрочных сплавов без образования трещин.Thus, this method allows melt the side surface of ingots of heat-resistant alloys without cracking.

Предлагаемый способ поясняется рисунками:The proposed method is illustrated by drawings:

- фиг. 1 - схема предварительного нагрева поверхности слитков жаропрочных сплавов;- FIG. 1 is a diagram of a preliminary heating of the surface of ingots of heat-resistant alloys;

- фиг. 2 - схема оплавления слитков жаропрочных сплавов;- FIG. 2 is a diagram of the reflow of ingots of heat-resistant alloys;

- фиг. 3 - схема нагрева поверхности слитков жаропрочных сплавов после оплавления.- FIG. 3 is a diagram of heating the surface of ingots of heat-resistant alloys after reflow.

Claims

The method of electron beam melting of the side surface of ingots of heat-resistant alloys, comprising pre-heating the ingot surface with scanning electron beams to a temperature of 600-800 ° C, forming a bath of molten metal along its generatrix and rotating the ingot around its horizontal axis, characterized in that, after the completion of reflow, heating the surface of the ingot by scanning electron beams for one revolution of the ingot, and the power of electron beam heating is 20-30% of that when phenomenon.