UA78409C2 - Method for electron beam moulding of plane ingots of alloys - Google Patents

Description

Опис винаходу

Винахід стосується області спеціальної електрометалургії і може використовуватись при виробництві плоских 2 злитків сплавів з хімічною макро- і мікрооднорідністю з застосуванням електронно-променевих джерел нагріву.

Відомий спосіб одержання плоских злитків сплавів, що включає подачу губчастого металу разом зі скрапом необхідного хімічного складу у водоохолоджуваний плоский металоприймач і нагрів шихти електронним променем, що проходить по всій поверхні металу |11.

Недоліками способу є: 70 - хімічна неоднорідність по довжині злитка за рахунок нерівномірного розподілу в шихті легуючих компонентів з різною щільністю і пружністю пари при послідовній подачі шихти у водоохолоджуваний металоприймач, що викликає необхідність повторного переплаву отриманого злитка; - хімічна неоднорідність по перерізу злитка через недостатній час перебування металу в рідкому стані і, як наслідок, різниці в протіканні лікваційних явищ при формуванні злитка; 19 - низький вихід придатного внаслідок розбризкування металу через вибухоподібне виділення газів і летких компонентів при швидкому розплавленні дрібних шматочків, що потрапляють у рідкий метал металоприймача і під електронний промінь, та необхідності гомогенізуючого другого переплаву отриманого злитка через хімічну неоднорідність; - висока наскрізна питома витрата електроенергії за рахунок необхідності повторного переплаву отриманого злитка; - низька продуктивність процесу плавки Через необхідність зниження швидкості переплаву внаслідок нестабільності електронного нагріву при вибухоподібному виділенні газів при швидкому розплавленні твердих шматочків, що попадають у розплав.

Відомий також спосіб плавки електронним променем для виробництва сплавів реакційних металів, що с 22 включає попереднє плавлення основи сплаву, наприклад, губчастого титана або цирконію, із заданою постійною Го) швидкістю у плоску виливницю з наступною присадкою і плавленням летких легуючих елементів, наприклад, алюмінію, хрому й олова |21.

Недоліками способу, як і у попередньому випадку, є хімічна макро- і мікронеоднорідність по довжині і перерізу злитка, низький вихід придатного, висока наскрізна питома витрата електроенергії і низька о продуктивність через нестабільність процесу плавки і розбризкування рідкого металу при протіканні процесів ав дегазації, розчинення в рідкій основі сплаву легуючих елементів і рафінування у виливниці, що супроводжуються нерівномірним, часто вибуховим, характером газовиділення з металів, що розплавляються, при попаданні М холодних шматків матеріалу, що переплавляється. Ге)

Найближчим за технічною сутністю і результатом, що досягається, до рішення, що заявляється, є спосіб 3о одержання плоских злитків методом електронно-променевої плавки ІЗ). Спосіб містить у собі порційну подачу в вихідного рідкого металу з тигля вакуумної індукційної печі в плоску форму з періодичним нагрівом електронним променем і охолодженням поверхні розплаву між подаванням окремих порцій.

Основні недоліки цього способу при його реалізації ті ж, що і для (1| і (2), а саме: хімічна « неоднорідність по довжині і перерізу злитка за рахунок порційного нарощування плоского злитка, розвиток З 50 усадково-лікваційних процесів при реалізації цього способу, низький вихід придатного металу при переплаві с компактної заготовки і висока питома витрата електроенергії.

Із» Метою рішення, що заявляється, є одержання плоских злитків сплавів з хімічною макро- і мікрооднорідністю, зниження при цьому енерговитрат, підвищення виходу придатного і вдосконалення всього технологічного процесу.

Поставлена мета досягається тим, що у відомому способі електронно-променевого лиття плоских злитків і сплавів, що включає в себе порційну подачу вихідного рідкого металу з тигля індукційної печі в плоску форму з о періодичним нагрівом електронним променем та охолодженням поверхні розплаву між подачами окремих порцій, згідно з винаходом розплав подають в плоску форму зі швидкістю, що дорівнює швидкості переміщення шк фронту кристалізації сплаву, і при цьому підтримують його температуру перед фронтом кристалізації на рівні, ав | 20 що не більше ніж на 69о перевищує температуру ліквідусу сплаву, і по мірі твердіння розплаву його фронтальну поверхню обігрівають електронним променем, спрямованим під гострим кутом до дзеркала розплаву з боку його с зливання. При цьому вихідний рідкий метал виплавляють у гарнісажному тиглі з системою електромагнітного перемішування з обігрівом електронним променем поверхні розплаву.

Зазначена сукупність ознак пропонованого способу забезпечує оптимальне співвідношення швидкості 29 переміщення фронту кристалізації сплаву і температури перегріву розплаву над температурою ліквідусу сплаву

ГФ) перед фронтом кристалізації й оптимальний обігрів фронтальної поверхні розплаву по мірі його твердіння електронним променем, спрямованим під гострим кутом до дзеркала розплаву з боку його зливання, а плавка о вихідного рідкого металу у гарнісажному тиглі з системою електромагнітного перемішування та обігрівом електронним променем поверхні розплаву забезпечує гомогенізацію розплаву, стабільність технологічного 60 процесу, високий вихід придатного металу і низьку питому витрату електроенергії.

Лінійна (або масова) швидкість подачі розплаву у плоску ливарну форму повинна дорівнювати швидкості переміщення фронту кристалізації сплаву. У протилежному випадку будуть розвиватися усадково-лікваційні процеси, що призведе до неоднорідності злитка за хімічним складом. Підтримання швидкості подачі розплаву в ливарну форму, що дорівнює швидкості переміщення фронту кристалізації сплаву забезпечують шляхом бо нагрівання фронтальної поверхні рідкого металу, що надходить у ливарну форму, електронним променем,

спрямованим під гострим кутом до дзеркала розплаву з боку його зливання до температури, що не більше ніж на 6б9о перевищує температуру ліквідусу сплаву.

Технологічний режим електронно-променевого лиття плоских злитків сплавів з одержанням вихідного рідкого металу у гарнісажному тиглі з системою електромагнітного перемішування та обігрівом електронним променем поверхні розплаву обраний на основі експериментальних досліджень отриманих злитків.

Межа нагрівання розплаву перед фронтом кристалізації до температури, що не більше ніж на 695 перевищує температуру ліквідусу сплаву, обмежує найбільш оптимальні умови перегріву розплаву під час його надходження в ливарну форму і його твердіння й обумовлена економічною доцільністю процесу лиття, тому що 7/0 перевищення цієї межі веде до невиправданого збільшення витрати електроенергії і втрат металу випаровуванням.

Таким чином, сукупність технологічних параметрів і техніки лиття забезпечує одержання однорідних за хімічним складом плоских злитків сплавів з високими техніко-економічними показниками технологічного процесу (вихід придатного металу, питома витрата електроенергії).

Сутність винаходу пояснюється кресленням, де на Фіг.1 показана схема реалізації способу, а на Фіг.2 - розподіл легуючих елементів по перерізу плоского злитка сплаву.

Процес електронно-променевого лиття плоского злитка сплаву здійснюють у такий спосіб.

Основу шихти сплаву у виді губчастого матеріалу, листових обрізів або кусків завантажують у гарнісажний плавильний тигель 1. Включають електронну гармату 2 і розплавляють основу сплаву. Потім у розплав основи сплаву вводять у необхідних кількостях лігатури і легуючі компоненти, включають систему З електромагнітного перемішування для одержання кондиційного рідкого розплаву 4. Відключають електронну гармату 2 і систему З електромагнітного перемішування, нахиляють гарнісажний тигель 1 і здійснюють подачу розплаву 4 у плоску ливарну форму 5. Після початку зливання розплаву 4 у ливарну форму 5 включають електронну гармату 6 і розплав 4 подають у ливарну форму 5 зі швидкістю, що дорівнює швидкості переміщення фронту кристалізації сч ов сплаву, і при цьому електронним променем 7 підтримують його температуру перед фронтом кристалізації 8 на рівні, що не більше ніж на бо перевищує температуру ліквідусу сплаву, і по мірі твердіння розплаву його і) фронтальну поверхню обігрівають електронним променем 7, спрямованим під гострим кутом до дзеркала розплаву з боку його зливання. Процес лиття закінчують при повному використанні розплаву 4, виключають електронну гармату 6. На цьому технологічний процес електронно-променевого лиття плоского злитка сплаву ду зо закінчують.

Приклад: Одержання хімічно однорідного плоского злитка сплаву Ті-6АІ-4М здійснювали в о електронно-променевій установці ХЕПП-1 у ФТІМС НАН України в умовах дослідної дільниці. Як шихту для «г одержання гомогенного злитка використовували листові обрізи і кускові відходи сплаву Ті-6бАЇІ-4М, ванадіє-алюмінієву лігатуру ВнАл-1Д (ТУ 48-4-505-88), алюміній марки А-99 (ДСТ 11069-74) і титанову губку со зв марки тг-100 (ДСТ 17746-79). Перед плавками листові обрізи, кускові відходи сплаву Ті-6АІ-4М і алюміній ї- попередньо подрібнювали до розміру фракцій титанової губки і лігатури.

Одержання плоских злитків сплаву здійснювали з використанням гарнісажного плавильного тигля із системою електромагнітного перемішування розплаву діаметром 0,29м і висотою 0,23м і плоскої ливарної форми, геометричні розміри якої складали: довжина - 0,44м, ширина - 0,25м, висота - 0,105м. Сумарна маса « вихідної шихти в середньому складала 65--67кг, маса плоского злитка - 51--52кг. з с Для порівняння здійснювали одержання плоских злитків сплаву Ті-БАІ-АМ масою 49 -50кг із використанням ц компактної заготовки зазначеного сплаву із вмістом легуючих елементів (АЇї, М) по верхній межі ДСТ 19807-91 за "» технологічним процесом прототипу.

Експериментальні дані (Фіг2, таблиця) по одержанню плоских злитків сплаву Ті-6АІ-4М у межах технологічних параметрів, що заявляються, підтверджують досягнення поставленої мети і показують, що в -І порівнянні з технологічними параметрами, що відрізняються від тих, що заявляються, при повному задоволенні вимогам ДСТ 19807-91 на сплав ВТб і АБТМ 8348-83 Огаде 5 по вмісту основних домішок і рівномірному со розподілу в злитку легуючих елементів застосування способу дасть змогу: «г» - збільшити наскрізний вихід придатного металу в злиток на 2,5-2,7905; о 50 - знизити наскрізну питому витрату електроенергії в 2 рази; - підвищити стабільність механічних властивостей для особливо відповідальних виробів. іЧе) лиття плоских злитків сплаву титана марки ВТб

Спосіблиття Рівень перевищення температури розплаву «В Й айви «А ління) г) Вихід придатного, 95|кВт.год./кг

Запююмюмі 11118150 10001511 60 нини схили и

Пн нини шен ши

Література: 1. Заявка Японії Моб2-156235, С228В 9/22,11.07.87. бо 2. Заявка Японії Моб4-79326, С228 9/22, 24.03.98.

3. Злектронно-лучевая плавка / Б.Е.Патон, Н.П.Тригуб, Д.А.Козлитин и др.// К.: Наукова думка, 1997. - С.124.

Claims (2)

Формула винаходу

1. Спосіб електронно-променевого лиття плоских злитків сплавів, який включає порційну подачу вихідного рідкого сплаву з тигля вакуумної індукційної печі в плоску форму з періодичним нагрівом електронним променем та охолодженням поверхні розплаву між подачами його окремих порцій, який відрізняється тим, що розплав /о подають у плоску форму зі швидкістю, що дорівнює швидкості переміщення фронту кристалізації сплаву, і при цьому підтримують його температуру перед фронтом кристалізації на рівні, що не більше ніж на 6 95 перевищує температуру ліквідусу сплаву.

2. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що у міру твердіння розплаву його фронтальну поверхню обігрівають електронним променем, спрямованим під гострим кутом до дзеркала розплаву з боку його зливання.

З. Спосіб за п.1, який відрізняється тим, що вихідний рідкий сплав виплавляють у гарнісажному тиглі з системою електромагнітного перемішування та обігрівом електромагнітним променем поверхні розплаву. с щі 6) (о) «в) « (ее) і - -

с . и? -І (ее) щ» г ШИ 3е) іме) 60 б5