Спосіб електронно-променевого лиття диспергуванням

Способ электронно-лучевого литья диспергированием, включающий плавление расходуемой заготовки электронным лучом в вакууме, образование потока капель расплава, перенос и равномерное распределение на нагретую формообразующую поверхность и кристаллизацию капель на ней в слиток, заготовку детали или покрытие, отличающийся тем, что формируют направленный поток высокодисперсных капель расплава за счет центробежного распыления жидкого металла с боковой поверхности вращающейся цилиндрической заготовки. (19) (21) 97052157 (22) 12.05.1997 (24) 15.11.2001 (46) 15.11.2001, Бюл. № 10, 2001 р. (72) Патон Борис Євгенович, Тригуб Микола Петрович, Пап Петро Аркадійович, Жук Генадій Віліорович (73) ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОЗВАРЮВАННЯ ІМ. Є.О. П АТОН А H АHУ, U A (56) US 4036568. JP 58052408. DE 4009351 42792 - структурная неоднородность отливок, связанная с дроблением капель расплава при ударе о поверхность торца наплавляемого слитка с образованием "вторичных" капель случайной массы, кристаллизующи хся с различными начальными скоростями охлаждения; - технически сложно управлять формой и направленностью капель расплава; - низкая производительность процесса. Задача изобретения - повышение качества металла путем создания однородной, плотной, мелкокристаллической его структуры. Поставленная задача решается таким образом, что в известном способе вакуумного литья, включающем плавление расходуемой заготовки электронным лучом в вакууме, образование потока капель расплава, перенос и равномерное распределение на нагретую формообразующую поверхность и кристаллизацию капель на ней в слиток, заготовку детали или покрытие, формируют направленный поток высокодисперсных капель расплава за счет центробежного распыления жидкого металла с боковой поверхности вращающейся цилиндрической заготовки. Сущностью изобретения является формирование направленного потока высокодисперсных капель расплава за счет центробежного распыления жидкого металла с боковой поверхности вращающейся цилиндрической заготовки. Таким образом, обеспечивается получение направленного потока высокодисперсных капель расплава, обладающих большой скоростью. При соударении капель с подложкой происходит их быстрое растекание и затвердевание с высокими начальными скоростями охлаждения, что обеспечивает получение в металле однородной, плотной мелкокристаллической его структуры. Экспериментально установлено, что диаметр капель расплава в осаждаемом потоке, по данному способу, составляет около 1 мм, а скорость капель - около 10 м/с. Расчет показал, что способ обеспечивает начальные скорости охлаждения капель при их кристаллизации на формообразующей поверхности, например для никелевого жаропрочного сплава в тридцать раз выше, чем по методу прототипа (табл.). Процесс получения слитков, заготовок или покрытий осуществляют в электронно-лучевых установках следующим образом. Расходуемую заготовку в виде цилиндра в количестве, необходимом для получения конкретного слитка и т.п. помещают в вакуумную камеру, закрепляют на шпинделе устройства, обеспечивающего ее вращение, подложку располагают на каретке устройства, позво ляющего перемещать ее относительно расходуемой заготовки; камеру вакуумируют, электронными пушками осуществляют обогрев поверхности подложки (не ниже 0,6 температуры плавления осаждаемого материала) и наводят жидкую ванну на поверхность вращающейся расходуемой заготовки. Скорость вращения заготовки и мощность электронных пушек задают в зависимости от материала подложки и расходуемой заготовки. При достижении необходимых технологических параметров осаждают диспергированный поток расплава на подложку до Формирования слитка, заготовки детали или покрытия конкретных геометрических размеров. При этом для равномерного съема металла с заготовки электронный луч сканируют параллельно ее оси. После окончания процесса камеру развакуумируют и производят выгрузку готового слитка. Пример. Получение заготовки диска из жаропрочного сплава ЭП698 осуществляли в электронно-лучевой печи Э121 Института электросварки им. Е.О. Патона, снабженной соответствующей те хнологической оснасткой. В качестве расходуемой заготовки использовали заготовку сплава ЭП698 вакуумно-индукционной выплавки диаметром 230 мм, длиной 300 мм, массой 60 кг. Подложка представляла собой диск из сплава ЭП698 диаметром 310 мм, высотой 20 мм. Получение заготовки осуществляли в соответствии с описанием, изложенным выше. Мощность электронной пушки, обогревающей подложку до температуры 1500 К составляла 30 кВт, мощность пушки, обогревающей расходуемую заготовку 60 кВт, частота вращения расходуемой заготовки 1500 об/мин, частота вращения подложки 20 об/мин. Исследования макро- и микроструктуры заготовки диска показали высокую дисперсность и плотность структуры, без дефектов усадочного и ликвационного характера. Расстояния между вторичными осями дендритов составляют 1...2 мкм, что в соответствии с известной зависимостью (Броди X.Д. В кн. Вакуумная металлургия. - М.: Металлургия, 1972) на порядок меньше, чем для жаропрочного никелевого сплава, полученного по способу прототипа. Применение способа электронно-лучевого литья диспергированием позволит: - повысить качество металла путем создания однородной, плотной, мелкокристаллической его структуры; - повысить служебные характеристики изделий (дисков газовых турбин, валков прокатных станов и т.п.). Таблица Способ получения потока капель Прототип Предлагаемый способ Диаметр капель, мм 6...7 0,5 2 Начальная скорость охлаждения, К/с 3500...3900 100000 42792 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3