Спосіб електронно-проміневого 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 литья металлов, состоящий в последовательном распылении струи жидкого металла вращающимися дисками, при этом падающая струя жидкого металла попадает на первый диск, от которого отражается в форму, где происходит формирование отливки [Заявка Японии № 62107850]. Недостатком способа является структурная неоднородность отливок, которая вызвана, в зависимости от материала дисков, следующими причинами. Если материал дисков смачивается переплавляемым металлом, то неоднородность структуры по толщине осадка определяется нарастанием гарнисажа переплавляемого металла на диск в процессе распыления, что вызывает увеличение эффективного диаметра диска и, как следствие, увеличение центробежных сил, ускоряющих каплю. Изменение величины центробежных сил приводит к изменению размера капель, из которых формируется осадок и которые определяют структур у осадка. Если материал дисков не смачивается переплавляемым металлом, то в результате износа рабочей поверхности диска материал диска будет попадать в формируемый осадок и присутствовать в осадке в виде включений. Кроме того, неоднородность структуры обусловлена попаданием в осадок материала тигля. 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 нестационарности потока диспергированного расплава, вызванной уменьшением в процессе литья диаметра расходуемой заготовки (при снятии с нее слоя) и, следовательно, уменьшением центробежных сил, ускоряющих каплю. 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, изменяют частоту вращения расходуемой заготовки π в процессе распыления в соответствии с формулой q - удельный расход материала заготовки, кг/м 2 с; r - плотность материала, кг/м 3; t - время процесса, с. Сущностью изобретения является изменение частоты вращения расходуемой заготовки η в процессе распыления в соответствии с формулой где а - необходимое ускорение металла на поверхности вращающейся расходуемой заготовки, м/с2; R - начальный радиус заготовки, м; где а - необходимое ускорение металла на поверхности вращающейся расходуемой заготовки, м/с2; R - начальный радиус заготовки, м; q - удельный расход материала заготовки, кг/м с; ρ - плотность материала, кг/м 3; t - время процесса, с. Данное изменение частоты вращения расходуемой заготовки в процессе распыления позволяет при уменьшении диаметра заготовки сохранить неизменной величину центробежных сил., ускоряющих капли расплава и обеспечить стационарность потока диспергированного расплава. Стационарность потока диспергированного расплава обеспечивает однородную по толщине осадка структур у. 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 заданных геометрических размеров. При этом по мере сплавления расходуемой заготовки скорость ее вращения изменяют по формуле где а - необходимое ускорение металла на поверхности вращающейся расходуемой заготовки, м/с2; R - начальный радиус заготовки, м; q - удельный расход материала заготовки, кг/м 2с; ρ - плотность материала, кг/м 3: t - время процесса, с. После окончания процесса камеру развакуумируют 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 вакуумно-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 0,3 кг/м с, плотность сплава - 8300 кг/м. Процесс производства заготовки диска продолжался 0,5 ч. За это время в соответствии с формулой (1) частота вращения заготовки была непрерывно увеличена до 2500 об/мин с помощью программирования привода вращения. 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; повысить служебные характеристики изделий.