Спосіб одержання злитків в електронно-променевій установці з проміжною ємкістю

Способ получения слитков в электроннолучевой установке с промежуточной емкостью, включающий подачу и плавление расходуемой заготовки в промежуточную емкость, слив жидкого металла из промежуточной емкости в кристалли затор и обогрев поверхности расплава металла в кристаллизаторе, промежуточной емкости и сливном носке, отличающийся тем, что создают металлический барьер в месте перетока жидкого металла из промежуточной емкости в сливной носок, а слив металла производят при достижении температуры поверхности металла в кристаллизаторе равной Ts ± 0,05 Ts, где Ts - температура солидус, путем проплавлення металлического барьера, при этом объем сливаемого металла регулируют продолжительностью паузы между расплавлениями металлического барьера таким образом, чтобы высота сливаемой порции металла по высоте кристаллизатора составила (0,01 0,03)d, где d - диаметр слитка, мм Предполагаемое изобретение относится к области специальной электрометаллургии и может быть использовано для получения высококачественных слитков и литых заготовок из сложнолегированных сталей и сплавов с мелкозернистой структурой Известен способ получения слитков в электронно-лучевой установке, включающей подачу жидкого металла в кристаллизатор с обогревом кристаллизующейся поверхности электронными лучами и последующую кристаллизацию металла, где расплав подают в кристаллизатор по его рабочей поверхности (см авт свид СССР № 663175 от 6 12 1977 г, МКИС21 с 5/56) Известен также способ электронно-лучевой плавки сталей и сплавов, включающий плавление расходуемой заготовки над промежуточным тиглем с формированием слитка в кристаллизаторе и наведение в промежуточном тигле на зеркале металла синтетического шлака (см авт свид СССР № 337021 от 27 04 1970 г, МКИ С21с 5/56) Характерным недостатком указанных способов является то, что формирование слитка происходит в условиях непрерывного слива и обогрева расплава металла в кристаллизаторе, что приводит к увеличению глубины металлической ванны, а в сложнолегированных сплавах - к росту протя женности двухфазной твердо-жидкой зоны металла В таких условиях кристаллизации (протекает при низких скоростях охлаждения на фронте затвердевания) в большей степени получают развитие процессы макро- и микросегрегации, а кристаллическая структура характеризуется наличием последовательных чередующихся зон поверхностной мелких кристаллов, крупных столбчатых кристаллов и осевой зоны (в слитках диаметром более 300 мм) равноосных кристаллов, где степень ликвидации достигает максимальных размеров Зоя Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ, включающий расплавление электронными лучами шихты в промежуточном тигле, слив жидкого металла в кристаллизатор через отверстие в дне тигля или за счет поворота, обогрев поверхности расплава в кристаллизаторе электронным лучем (См Смелянский М Л , "Электронные плавильные печи", Энергия, М , 1971, с 36-39) Существенным недостатком способа является то, что весь жидкий металл, образовавшийся в результате плавления шихты, сразу сливается в кристаллизатор, где непрерывно обогревается электронными лучами В результате обра О го го 43379 зуется жидкая металлическая ванна большого объема, а затвердевание металла в слиток сопровождается развитием процессов избирательной кристаллизации - образованием структурных зон в слитке с различными физико-химическими и механическими свойствами Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения мелкозернистых слитков с высокой структурной и химической однородностью Поставленная задача достигается тем, что в известном способе получения слитков в электронно-лучевой печи с промежуточной емкостью включающем подачу и плавление расходуемой заготовки в промежуточную емкость, слив жидкого металла из промежуточной емкости в кристаллизатор и обогрев поверхности расплава в кристаллизаторе, промежуточной емкости и сливном носке создают металлический барьер в месте перетока жидкого металла из промежуточной емкости в сливной носок, а слив металла производят при достижении температуры поверхности металла в кристаллизаторе равной Ts ± 0,05 Ts, где Ts - температура солидус, путем проплавлення металлического барьера, при этом объем сливаемого металла регулируют продолжительностью паузы между расплавлениями металлического барьера таким образом, чтобы высота сливаемой порции металла по высоте кристаллизатора составила (0,01 0,03) d, где d -диаметр слитка, мм Формирование металлического барьера в месте перетока жидкого металла из промежуточной емкости в сливной носок приводит к постоянному накоплению расплава металла в промежуточной емкости, а периодический слив жидкого металла в кристаллизатор обеспечивает его быстрое затвердевание во всем объеме порции металла с образованием однородной мелкозернистой структуры и гарантированно прочным соединением с основой металла слитка Однородность мелкозернистой структуры в слитке гарантируется поддержанием температуры поверхности металла в кристаллизаторе равной Ts ± 0,05 Ts в момент подачи расплава металла и объемом порции сливаемого металла в пределах (0,01 0,03) ее высоты к диаметру кристаллизатора Пределы указанных параметров и технологические режимы получения мелкозернистых слитков по данному способу определены в результате экспериментальных плавок, численных расчетов с помощью математической модели и исследований структуры металла Температура поверхности металла в кристаллизаторе Ts ± 0,05 Ts в момент очередного слива расплава выбрана с тем, чтобы обеспечить необходимую скорость охлаждения (10 100 К/с), кристаллизацию слоя металла при полном гарантированном сплавлении с основой металла слитка При температуре поверхности металла ниже Ts - 0,05 Ts не обеспечивается гарантированное сплавление металла порции с основой металла слитка, появляется вероятность образования дефектов (непроплавов, неслитин) При температуре поверхности металла выше Ts ± 0,05 Ts снижается интенсивность охлажде ния порции металла и увеличивается объем металлической ванны, а, следовательно, процесс затвердевания протекает аналогично обычному процессу формирования слитка с непрерывной подачей жидкого металла в кристаллизатор Ограничение объема порции сливаемого жидкого металла в пределах (0,01 0,03) ее высоты к диаметру слитка обусловлено тем, чтобы обеспечить свободное растекание и высокую скорость охлаждения во всем объеме кристаллизующегося слоя металла Слив и кристаллизация порции металла более 0,03 диаметра слитка приводит з образованию структурной неоднородности (росту мелких и крупных кристаллов) в пределах отдельно затвердевшего слоя металла Порции металла высотой менее 0,01 диаметра слитка имеют трудности со свободным растеканием по поверхности в зоне затвердевания (из-за быстрого их охлаждения), что требует дополнительного тепловложения Получают мелкозернистые слитки с высокой структурной и химической однородностью следующим образом Переплавляемую заготовку загружают в камеру, оснащенную механизмом подачи Печь герметизируют, вакуумируют и при достижении рабочего вакуума включают источники питания и управление электронных пушек Заготовку подают в зону плавки над промежуточной емкостью Плавление заготовки, наведение жидкой ванны металла в промежуточной емкости и обогрев поверхности металла в кристаллизаторе осуществляют электронными лучами По мере сплавления заготовки и накопления жидкого металла в промежуточной емкости в месте перетока его в сливной носок образуется металлический гарнисаж (барьер),препятствующий сливу металла в кристаллизатор При достижении оптимальной температуры на поверхности металла в кристаллизаторе в диапазоне Ts ± 0,05 Ts электронным лучом проплавляют образовавшийся металлический барьер на сливном носке и сливают порцию жидкого металла После слива порции металла высотой (0,01 0,03) диаметра слитка отключают нагрев электронной пушки, на сливном носке при этом снова образуется металлический гарнисаж и слив металла прекращается Порция металла растекается тонким слоем по поверхности слитка в кристаллизаторе и затвердевает Таким образом периодически сливая жидкий металл из промежуточной емкости в кристаллизатор при достижении заданной температуры поверхности металла ведут процесс формирования слитка требуемой высоты Затем выводят усадочную раковину и охлаждают слиток в печи для предотвращения его растрескивания Пример: Получали мелкокристаллические слитки по данному способу из жаропрочного сложнолегированного сплава на никелевой основе ЭП975 в электронно-лучевой печи УЭ182М В качестве расходуемой заготовки для переплава использовали электроды вакуум но-индукционной 43379 выплавки 0250 мм Получали слитки 0310, 400 мм в соответствии с описанием, изложенным в заявке Величина порций сливаемого металла из промежуточной емкости в кристаллизатор 0310 мм составила 6 + 1 мм, в кристаллизатор 0400 мм - 8 + 1 мм по высоте Температура поверхности металла в кристаллизаторе перед заливкой 1520-1580 К (температура контролировалась цветовым пирометром "ХОТ-ШОТ") Начальная скорость охлаждения порции металла соответствует 102 К/с Продолжительность выплавки слитка длиной 2,0 м составляла 6 часов Исследования макро- и микроструктуры слитка, а также распределение легирующих элементов и примесей показало высокую степень гомогенности металла Структура слитков равноосная, мелкозернистая с размером зерна 200 1000 мкм Плотность дендритной структуры, характеризуемая расстояниями между осями 1-го и 11-го порядков в 4 6 раз выше, чем в слитках полученных по базовому способу, а степень ликвидации элементов значительно ниже В связи с высокой дисперсностью структуры слитки не нуждаются в термостатировании при охлаждении и не склонны к трещинообразованию и обладают удовлетворительной пластичностью при деформации Применение заявляемого способа по сравнению с существующим позволит 1 Улучшить качество металла за счет высокой структурной и химической однородности 2 Повысить служебные характеристики получаемых изделий (дисков, валов для ГТД и пр ) Тираж 50 екз Відкрите акціонерне товариство «Патент» Україна, 88000, м Ужгород, вул Гагаріна, 101 (03122) 3 - 7 2 - 8 9 (03122) 2 - 5 7 - 0 3