Спосіб отримання зливка титанового сплаву пошаровою кристалізацією в електронно-променевій установці з проміжною ємністю

Реферат: Винахід належить до галузі спеціальної електрометалургії, а саме - до способу отримання зливка титанового сплаву пошаровою кристалізацією в електронно-променевій установці з проміжною ємністю. Спосіб включає в себе плавлення електронними променями шихтової заготовки титанового сплаву в проміжну ємність, обігрівання утворюваного розплаву електронними променями в проміжній ємності, періодичне зливання порцій цього розплаву в кристалізатор, постійне обігрівання в кристалізаторі поверхні утворюваного зливка електронними променями в його центральній частині та в області його контакту з кристалізатором, періодичне витягування наплавленого зливка з кристалізатора, причому в кристалізатор заливають порцію розплаву на висоту порції 7-14 мм, електронні промені обігрівають поверхню зливка з постійною потужністю в області його контакту з робочою частиною кристалізатора, а в центральній частині зливка - потужність обігрівання зменшують на 10-20 % від попередньої через кожну довжину наплавленого зливка, яка дорівнює його діаметру. Винахід забезпечує однорідність структури утворюваного зливка титанового сплаву за розподілом хімічних елементів, мінімальні витрати розплаву на випаровування, електроенергії на отримання зливку та на термічне навантаження обладнання. UA 100279 C2 (12) UA 100279 C2 UA 100279 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід належить до галузі спеціальної електрометалургії і може бути використаний для одержання зливків титанових сплавів в електронно-променевих установках з проміжною ємністю. Найбільш близьким по суті є відомий спосіб електронно-променевої плавки з проміжною ємністю, який включає в себе плавлення електронними променями шихтової заготовки в проміжну ємність, обігрівання рідкого металу електронними променями в проміжній ємності, періодичне зливання порцій розплаву в кристалізатор, постійне обігрівання в кристалізаторі поверхні зливка електронними променями в його центральній частині та в області його контакту з кристалізатором, періодичне витягування наплавленого зливка з кристалізатора [Электроннолучевая плавка титана/ Патон Б.Е., Тригуб Н.П., Ахонин С.В.и др. - К.: Наукова думка, 2006. - С.16-27, 56-61]. Вказаним способом виплавляють зливки титанових сплавів в електронно-променевій установці. Недоліком даного способу є те, що розвинена ванна розплаву в кристалізаторі під час плавки, викликає структурну та хімічну неоднорідність в готовому зливку. До того ж, розвинена рідка ванна, що наводиться по всій поверхні зливка в кристалізаторі обумовлює великі витрати легуючих компонентів титанового сплаву на випаровування, електроенергії на плавку та термічні навантаження на обладнання. Задачею винаходу є усунення вказаних недоліків і розробка способу виробництва зливка титанового сплаву в електронно-променевій установці з проміжною ємністю однорідних за структурою та розподілом хімічних елементів, а також з мінімальними витратами легуючих компонентів титанового сплаву на випаровування, електроенергії на плавку та мінімальним термічним навантаженням на обладнання. Вказана задача вирішується тим, що у відомому способі, який включає в себе плавлення електронними променями шихтової заготовки з титанового сплаву в проміжну ємність, обігрівання розплаву електронними променями в проміжній ємності, періодичний злив порцій розплаву в кристалізатор, постійне обігрівання в кристалізаторі поверхні зливка електронними променями в його центральній частині та в області його контакту з кристалізатором, періодичне витягування наплавленого зливка з кристалізатора, у кристалізатор заливають порцію розплаву на висоту порції 7-14 мм, електронні промені обігрівають поверхню зливка з постійною потужністю в області його контакту з робочою частиною кристалізатора, а в центральній частині зливка - потужність обігрівання зменшують на 10-20 % від попередньої через кожну довжину наплавленого зливка, яка дорівнює його діаметру. Процес виробництва зливка титанового сплаву в електронно-променевій установці проводять наступним чином. Шихтову заготовку титанового сплаву подають в зону плавлення, сплавляють електронними променями в проміжну ємність, в проміжній ємності обігрівають утворюваний розплав електронними променями, періодично зливають порцію розплаву в кристалізатор на висоту порції 7-14 мм, електронні промені обігрівають поверхню зливка з постійною потужністю в області його контакту з робочою частиною кристалізатора, а в центральній частині зливка - потужність обігрівання зменшують на 10-20 % від попередньої через кожну довжину наплавленого зливка, яка дорівнює його діаметру. Процес продовжують до наплавлення зливка необхідної довжини. Після цього готовий зливок титанового сплаву охолоджується в камері до необхідної температури в умовах вакууму. Приклад. В електронно-променевій установці УЕ5812 проводили виплавку зливка титанового сплаву ВТ6 діаметром 400 і довжиною 2000 мм. Було застосовано спосіб одержання зливка титанового сплаву, що заявляється. Дослідження показало, що отриманий зливок титанового сплаву ВТ6 однорідний за структурою та розподілом хімічних елементів. У всіх експериментах хімічний склад отриманих зливків титанового сплаву ВТ6 відповідав вимогам стандарту ГОСТ 19807-91. Зменшення глибини рідкої ванни в кристалізаторі дозволило досягти більш однорідний розподіл хімічних елементів (див. таблицю), зменшити витрати легуючих компонентів титанового сплаву на випаровування та електроенергії на плавку. 1 UA 100279 C2 Таблиця Порівняння розподілу легуючих елементів в зливках титанового сплаву ВТ6 ГОСТ 19807-91, одержаних як за традиційним способом (найближчий аналог), так і способом, що заявляється. Спосіб одержання зливків Місце відбору проб Верх що заявляється Середина Низ Верх Найближчий аналог Середина Низ ГОСТ 19807-91 5 Центр 1/2R Край Центр 1/2R Край Центр 1/2R Край Центр 1/2R Край Центр 1/2R Край Центр 1/2R Край Значення концентрації елементів, мас. % Al V Fe 5,87 4,82 0,13 5,90 4,80 0,14 5,83 4,81 0,13 5,85 4,79 0,13 5,89 4,82 0,13 5,91 4,78 0,13 5,90 4,77 0,13 5,90 4,83 0,14 5,88 4,82 0,14 5,21 3,39 0,14 5,88 3,80 0,19 5,43 3,51 0,21 5,52 3,99 0,16 5,39 3,91 0,18 5,90 3,88 0,16 6,01 4,01 0,10 5,55 3,93 0,14 5,38 3,65 0,21 5,3-6,8 3,5-5,3 < 0,30 O H N 0,08 0,08 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,07 0,08 0,09 0,08 0,10 0,11 0,06 0,09 0,12