Спосіб електронно-променевого лиття

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии и может быть использовано для производства слитков, заготовок деталей и покрытий из сложнолегированных сплавов и композиционных материалов. Известен способ получения металлических деталей путем центробежного распыления металла, при котором поверхность расплавленного металла вращается вокруг оси таким образом, чтобы распыляемый металл направлялся наружу от этой поверхности, при этом расплавленные частицы осаждаются на охлаждаемую осесимметричную подложку, формируя на ней деталь [Заявка Франции №2276121]. Недостатками способа являются: - неоднородная структура осажденного металла в направлении, перпендикулярном плоскости осаждения (по толщине осадка) за счет изменения в процессе нанесения расстояния, пролетаемого каплей расплавленного металла в результате нарастания слоя металла на подложке и изменения расстояния от распыляющей поверхности до поверхности осаждения; - отсутствие направленности потока, жидкие капли равномерно летят во всех направлениях, что ограничивает данный способ производством только кольцевых деталей. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является выбранный в качестве прототипа способ электронно-лучевого литья, включающий плавление расходуемой заготовки электронным лучом в вакууме, формирование направленного потока высокодисперсных капель расплава за счет центробежного распыления жидкого металла с боковой поверхности цилиндрической заготовки, осаждение их на нагретую формообразующую поверхность и кристаллизацию капель на ней в слиток, заготовку детали или покрытие [Заявка СССР № 4941885/02/034220]. Основным недостатком данного способа является неоднородная по толщине формируемого осадка структура за счет изменения в процессе нанесения осадка расстояния, пролетаемого каплями расплавленного металла. Задача изобретения - повышение качества слитков путем создания однородной их структуры. Поставленная задача решается таким образом, что в известном способе электронно-лучевого литья, включающем плавление расходуемой заготовки электронным лучом в вакууме, формирование направленного потока высокодисперсных капель расплава за счет центробежного распыления жидкого металла с боковой поверхности цилиндрической заготовки, осаждение их на нагретую формообразующую поверхность и кристаллизацию капель на ней в слиток, заготовку детали или покрытие, формообразующую поверхность перемещают вдоль оси потока в направлении от расходуемой заготовки со скоростью V, определяемой из выражения Q V= , rS где Q - расход материала заготовки, кг/с; ρ - плотность материала, кг/м 3; S - площадь формообразующей поверхности, м 2. Сущностью изобретения является перемещение формообразующей поверхности вдоль оси потока в направлении от расходуемой заготовки со скоростью, определяемой из выражения [1]. Таким образом, обеспечивается повышение качества слитков путем создания однородной их стр уктуры. Процесс электронно-лучевого литья осуществляется следующим образом, расходуемую заготовку, выполненную в виде цилиндра с массой, необходимой для получения конкретного слитка и т. п., помещают в вакуумную камеру, закрепляют на шпинделе устройства, обеспечивающего ее вращение, подложку располагают на каретке устройства, обеспечивающего ее перемещение, камеру вакуумируют, электронными лучами осуществляют наведение жидкой ванны на поверхности расходуемой заготовки и подогрев подложки Скорость вращения заготовки и мощность лучей задают в зависимости от материала расходуемой заготовки и подложки. При достижении заданных те хнологических параметров поток диспергированного расплава осаждают на подложку до формирования слитка заготовки детали или покрытия заданны/ геометрических размеров. При этом по мере нарастания нанесенного слоя подложку перемещают вдоль оси потока диспергированного расплава в направлении от расходуемой заготовки со скоростью [1]. После окончания процесса камеру раз вакуумируют и производят выгрузку полученного изделия. Пример. Получение заготовки диска из никелевого жаропрочного сплава осуществляли на электроннолучевой установке УЭ-182 конструкции Института электросварки имени Е. О Патона, оснащенной специальной технологической оснасткой. В качестве расходуемой заготовки использовали заготовку сплава вакуумио-индукционной выплавки диаметром 230 мм, длиной 300 Мм, массой 80 кг. Подложка представляла из себя диск из стали Ст. 3 диаметром 100 мм. Получение заготовки осуществляли в соответствии с описанием, изложенным выше. Мо щность электронной пушки, обогревающей подложку составляла 30 кВт, обогревающей заготовку - 60 кВ, начальная частота вращения расходуемой заготовки -1500 об/мин, частота вращения подложки -20 об/мин. Расход материала заготовки составил 0,1 кг/м с. Учитывая, что плотность 8300 кг/м и площадь подложки 0,008 м, вертикальная скорость перемещения подложки вдоль оси потока составила 1,6 мм/с и была обеспечена программным устройством на приводе. Исследование макро- и микроструктуры заготовки диска показали высокую ее однородность вдоль направления, перпендикулярного подложке, 100%-ную плотность заготовки. Применение заявляемого способа электронно-лучевого литья позволит улучшить качество металла за счет высокой однородности структуры и повысить служебные характеристики изделий.