Композитний електрод для магнітокерованого електрошлакового плавлення титанових сплавів (варіанти)

1 Композитний електрод для магнітокерованого електрошлакового плавлення титанових сплавів, виконаний у вигляді циліндра і виготовлений із матеріалу на основі титану губчастого і легуючих домішок, який відрізняється тим, що циліндр складається з двох коаксіально розташованих і міцно з'єднаних між собою частин внутрішньої, виготовленої у вигляді стрижня із металургійного флюсу, і зовнішньої, виготовленої із титану губчастого з легуючими домішками 2 Композитний електрод за п 1, який відрізняється тим, що співвідношення діаметра стрижня d c до діаметра електрода d e вибрані ВІДПОВІДНО d c /d e - від 0,15 до 0,35 3 Композитний електрод для магнітокерованого електрошлакового плавлення титанових сплавів, виконаний у вигляді циліндра, виготовленого із матеріалу на основі титану губчастого і легуючих домішок, який відрізняється тим, що циліндр складається із трьох коаксіально розташованих і міцно з'єднаних між собою частин внутрішньої, виготовленої у вигляді стрижня із металургійного флюсу, середньої - із титану губчастого, і зовнішньої - із матеріалу, який має легуючі домішки 4 Композитний електрод за п 3, який відрізняється тим, що співвідношення діаметра стрижня d c , а також внутрішнього діаметра db зовнішньої частини до діаметра електрода d e вибрані ВІДПОВІДНО dc/de - від 0,15 до 0,35, , db/de-від 0,8 до 1 Винахід відноситься до області металурги, а саме до магнітокерованої електрошлакової плавки титанових сплавів, особливо високолегованих титанових сплавів, і може знайти застосування в кольоровій металурги, машинобудуванні, в тому числі, - хімічному машинобудуванні і суднобудуванні Відомий неплавкий електрод для плавлення металевої стружки, виконаний у вигляді полого водоохолоджуваного циліндру з торцем, перекритим графітовим наконечником/авт свід СРСР №1772190, БИ №40, 1992/ По внутрішній поверхні даного електроду за допомогою штовхана в шлакову ванну подається шихта, металева стружка, титан губчастий та ш В процесі плавлення вказаного електроду в розплав попадають частки графіту, що знижує якість отриманого металічного матеріалу Найбільш близьким до передбачуваного винаходу по технічній сутності і досягнутому результату є електрод для вакуумно-дугової плавки титанових сплавів, виконаний у вигляді циліндру, виготовленого із матеріалу на основі титану губчастого і легуючих домішок /Гармата В А и др Металлургия титана, М, 1968, С 464-469/ Зливок, виплавлений методом магнітокерованої електрошлакової плавки з використанням вказаного електроду, не має високої якості із-за шлакових включень, перехватів, напливів Крім того, в верхній частині зливок має підвищений вміст шкідливих домішок - кисню, азоту і водню В основу винаходу поставлена задача створення такого композитного електроду, використання котрого при магнітокерованій електрошлаковій плавці дозволило б отримати зливок однорідного ХІМІЧНОГО складу з високими механічними властивостями металу по всій його довжині, при хорошому його формуванні за рахунок введення в його склад флюсу, який в процесі плавлення електроду поповнював би шлакову ванну, що витрачається на утворення гарнісажної скоринки шлаку на поверхні зливка, і такого розташування в електроді легуючих елементів, при якому вони збільшували б електричний струм плавки, О О ю ю ю 55501 рівномірно розташовуючись в об'ємі зливка ки Це, в свою чергу, дозволяє отримати зливок високої якості з хорошим його формуванням Поставлене завдання вирішується тим, що у композитному електроді для магнітокерованої Конструкція і практичне застосування компоелектрошлакової плавки титанових сплавів, викозитного електроду для магнітокерованого плавнаному у вигляді циліндра, із матеріалу на основі лення титанових сплавів пояснюється фіг 1, 2 і З титану губчастого і легуючих домішок, ВІДПОВІДНО На фіг 1 зображено композитний електрод для винаходу, циліндр складається із двох коаксиальмагнітокерованої електрошлакової плавки титаноно розташованих і міцно з'єднаних між собою часвих сплавів На фіг 2-теж саме, вид А-А На мал З тин, внутрішньої, виготовленої у вигляді стрижня із - схема технологічного процесу використання комметалургійного флюсу і зовнішньої, виготовленої із позитного електроду при магнітокерованій електтитану губчастого з легуючими домішками рошлаковій плавці В кращому прикладі виконання заявленого Композитний електрод (фіг 1,2) виконано у виелектроду співвідношення діаметру стрижня d c до гляді циліндру 1 із титану губчастого Внутрішню діаметру електроду d e вибрані в межах dc/ d e від частинуелектроду виконано у вигляді циліндрич0,15 до 0,35 ного, спів вісьового електроду стрижня 2 із металургійного флюсу, а зовнішня поверхня електрода Поставлене завдання вирішується також і тим, що в композитному електроді для магнітокерова- у вигляді труби 3 із титану губчастого, насиченого ної електрошлакової плавки титанових сплавів, легуючими елементами який виконаний у вигляді циліндру, із матеріалу на Діаметр стрижня d c і внутрішній діаметр труби основі титану губчастого і легуючих домішок, ВІДde знаходяться в таких співвідношеннях з діаметПОВІДНО винаходу, циліндр складається із трьох ром електроду d e коаксиально розташованих і міцно з'єднаних між dc/ d e = 0,15 - 0,35, dB/ d e = 0,8-1,0 собою частин, - внутрішньої, виготовленої у вигляЗапропонований електрод виготовляється ді стрижня із металургійного флюсу, проміжної - із шляхом пресування шихти, яка включає титан губтитану губчастого, і зовнішньої - із матеріалу, який частий, металургійний флюс і легуючі елементи, містить легуючі домішки крізь конусну прохідну прес-форму При цьому, за допомогою спеціальної оснастки металургійний При такому конструктивному виконанні перефлюс подається в центральну частину пресважно співвідношення діаметру стрижня d c , а таформи, а легуючі елементи в и периферійні ділянкож внутрішнього діаметру de зовнішньої частин ки, в результаті чого в центральній частині електдо діаметру електроду d e слід вибрати в межах dc/ рода формується стрижень із металургійного d від 0,15 до 0,35 та d / d - від 0,8 до 1,0 ВІДПОВІфлюсу, а по ЗОВНІШНІЙ поверхні електроду - шар із ДНО титану губчастого, насиченого легуючими компоЦІ співвідношення визначені експериментальнентами не, виходячи із того, що товщина гарнісажної скоринки флюсу на поверхні зливка не перевищує 2 Електричну плавку титанових сплавів з викомм, а зміст легуючих компонентів в титанових ристанням композитного електроду проводять сплавах знаходиться в межах 0-ь37мас % наступним чином (фіг 3) Композитний електрод 1 занурюють із заданою швидкістю в шлакову ванну Виготовлення центральної частини електроду, 5, де він оплавляється Розплавлена частина цичерез яку в процесі плавки проходить незначний ліндру 3 із титану губчастого і циліндричної труби електричний струм, у вигляді циліндричного стри4 із легуючих елементів перетікає в металічну жня із металургійного флюсу сприяє підтриманню ванну 6 і формується у вигляді зливка 7 в кристазаданої глибини шлакової ванни і відновленню її лізаторі 8 Стрижень 2 із металургійного флюсу, рафінуючих властивостей, що дозволяє отримати розплавлюючись, поповнює шлакову ванну 5, яка зливок високої хімічної однорідності, чистоти і забезперервно витрачається на утворення гарнісажданих фізико-механічних властивостей ної скоринки на поверхні зливка Виконання зовнішнього циліндру електрода із Приклад 1 Було виплавлено 6 зливків технічтитану губчастого, насиченого легуючими елеменного титану ВТ1-0 діаметрами 100-500мм В зв'язтами типу алюмінію, МІДІ, заліза, ванадію та ш , які ку з відсутністю легуючих елементів в електродах мають більш високу електропровідність, ніж титан співвідношення dB/ d e = 1 було незмінним в цих губчастий, дозволяє в процесі плавки отримати електродах підвищені значення електричного струму плавки, і, ВІДПОВІДНО, підвищення теплової потужності плавe B e Таблиця 1 ХІМІЧНИЙ склад та механічні властивості зливків N° п/п dзливкa, MM dc/de 1 100 0 2 100 0 35 3 200 0 25 Місце аналізу верх низ верх низ верх низ Зміст газів, мас % 0 N 017 0 05 012 0 04 011 0 04 012 0 04 013 0 03 013 0 04 0 0 0 0 0 0 Н 010 008 009 008 009 009 (Тв, МПа ан, Дж/см2 430 130 190 190 190 200 190 340 330 340 360 360 55501 Продовження таблиці 1 ХІМІЧНИЙ склад та механічні властивості зливків N° п/п dзливкa, MM dc/de 4 300 0 20 5 6 400 500 017 015 Місце аналізу верх низ верх низ верх низ Зміст газів, мас % 0 N 012 0 05 013 0 05 011 0 03 011 0 03 012 0 04 012 0 04 Зливок №1 діаметром 100мм був виплавлений з використанням витратного електроду-прототипу Зливки №2-6 отримані плавленням витратних композитних електродів Як видно із даних, наведених в таблиці 1, використання традиційного (зливок №1) на відміну від заявляемого композитного електроду призводить до суттєвого збільшення в металі верхньої частини зливка змісту таких шкідливих домішок як кисень (на 41%), азот (на 25%) та водень (на 25%) ВІДПОВІДНО, суттєво погіршуються його механічні властивості Це, перш за все, пов'язано зі зниженням рафінуючих властивостей шлакової ванни із-за відсутності добавок в неї свіжих порцій флюсу Зливки №2-6, виплавлені із композитних електродів, характеризуються високою ХІМІЧНОЮ та фізичною однорідністю литого 0 0 0 0 0 0 Н 009 008 009 010 009 008 (Тв, МПа 370 а н , Дж/см 2 170 370 170 340 210 340 210 340 190 330 190 металу, при високому рівні його якості Це досягається безперервним поповненням шлакової ванни свіжими порціями рафінуючого флюсу, за рахунок чого знижується зміст в металі зливка шкідливих домішок (газів) і ВІДПОВІДНО, підвищуються його пластичні властивості і ударна в'язкість Приклад 2 Було виплавлено 8 зливків, по 2 зливка кожного сплаву, з використанням електроду-прототипу і композитного електроду Електроди-прототипи не містять флюс (dc/ de=0), а композитні електроди мають флюсовий стрижень діаметром d c при співвідношенні dc/ d e = 0,35 Зливки з непарними номерами виплавлені із електродів-прототипів, а зливки з парними номерами - із композитних електродів Таблиця 2 Формування зливків титанових сплавів № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 марка Сплав зміст легуючих елементів, мас % ОТ4-0 0 8AL, 0 8Мп ВТ6Ч 6AL, 4V ВТ15 3AL, 7Мо, 11Сг 4201М 37Мо Електрод DB/de Іп,А прототип композитний прототип композитний прототип композитний прототип композитний 10 0 99 10 0 95 10 0 89 10 0 80 3600 3700 3600 3900 3600 4100 3600 4300 Із збільшенням товщини поверхневого шару, збагаченого лігатурою, електричний струм плавки Іп збільшується на 3-20% по мірі зменшення співвідношення dB/ d e від 0,99 до 0,80 (таблиця 2) ВІДПОВІДНО збільшуються тепловкладення в металургійну ванну і поліпшується формування зливка (таблиця 2) Використання заявляемого композитного електроду з поверхневим шаром лігатури забезпечує добре або відмінне формування зливків №2,4,6,8 (таблиця 2) за рахунок поповнення шлакової ванни свіжими порціями флюсу і рівномірного введення в металеву ванну легуючих елементів Використання під час плавки змінного елект Формування зливка незадовільне добре задовільне відмінне задовільне відмінне задовільне відмінне ричного струму супроводжується так званим поверхневим ефектом" - більша частина струму проходить через поверхню електроду В свою чергу легуючі елементи збільшують електропровідність цієї поверхні Збільшується струм плавки, покращується формування зливка, інтенсифікується гідродинамічне змішування легуючих елементів, які поступають в ванну В результаті забезпечується висока однорідність металу зливка і добре його формування В той час коли застосування електродів-прототипів (dB/de=1,0) формує зливки №1,3,5,7 незадовільно, або, в крайньому разі, задовільно (таблиця 2) 55501 Фіг.1 А А Фіг.2 Фіг.З Підписано до друку 05 05 2003 р Тираж 39 прим ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)236-47-24