Спосіб електронно-променевого лиття плоских злитків сплавів

1. Спосіб електронно-променевого лиття плоских злитків сплавів, який включає порційну пода C2 2 (19) 1 3 78409 розплавленні твердих шматочків, що попадають у розплав. Відомий також спосіб плавки електронним променем для виробництва сплавів реакційних металів, що включає попереднє плавлення основи сплаву, наприклад, губчастого титана або цирконію, із заданою постійною швидкістю у плоску виливницю з наступною присадкою і плавленням летких легуючих елементів, наприклад, алюмінію, хрому й олова [2]. Недоліками способу, як і у попередньому випадку, є хімічна макро- і мікронеоднорідність по довжині і перерізу злитка, низький вихід придатного, висока наскрізна питома витрата електроенергії і низька продуктивність через нестабільність процесу плавки і розбризкування рідкого металу при протіканні процесів дегазації, розчинення в рідкій основі сплаву легуючи х елементів і рафінування у виливниці, що супроводжуються нерівномірним, часто вибуховим, характером газовиділення з металів, що розплавляються, при попаданні холодних шматків матеріалу, що переплавляється. Найближчим за технічною сутністю і результатом, що досягається, до рішення, що заявляється, є спосіб одержання плоских злитків методом електронно-променевої плавки [3]. Спосіб містить у собі порційну подачу вихідного рідкого металу з тигля вакуумної індукційної печі в плоску форму з періодичним нагрівом електронним променем і охолодженням поверхні розплаву між подаванням окремих порцій. Основні недоліки цього способу при його реалізації ті ж, що і для [1] і [2], а саме: хімічна неоднорідність по довжині і перерізу злитка за рахунок порційного нарощування плоского злитка, розвиток усадково-лікваційних процесів при реалізації цього способу, низький вихід придатного металу при переплаві компактної заготовки і висока питома витрата електроенергії. Метою рішення, що заявляється, є одержання плоских злитків сплавів з хімічною макро- і мікрооднорідністю, зниження при цьому енерговитрат, підвищення виходу придатного і вдосконалення всього технологічного процесу. Поставлена мета досягається тим, що у відомому способі електронно-променевого лиття плоских злитків сплавів, що включає в себе порційну подачу ви хідного рідкого металу з тигля індукційної печі в плоску форму з періодичним нагрівом електронним променем та охолодженням поверхні розплаву між подачами окремих порцій, згідно з винаходом розплав подають в плоску форму зі швидкістю, що дорівнює швидкості переміщення фронту кристалізації сплаву, і при цьому підтримують його температур у перед фронтом кристалізації на рівні, що не більше ніж на 6% перевищує температуру ліквідусу сплаву, і по мірі твердіння розплаву його фронтальну поверхню обігрівають електронним променем, спрямованим під гострим кутом до дзеркала розплаву з боку його зливання. При цьому вихідний рідкий метал виплавляють у гарнісажному тиглі з системою електромагнітного перемішування з обігрівом електронним променем поверхні розплаву. 4 Зазначена сукупність ознак пропонованого способу забезпечує оптимальне співвідношення швидкості переміщення фронту кристалізації сплаву і температури перегріву розплаву над температурою ліквідусу сплаву перед фронтом кристалізації й оптимальний обігрів фронтальної поверхні розплаву по мірі його твердіння електронним променем, спрямованим під гострим кутом до дзеркала розплаву з боку його зливання, а плавка вихідного рідкого металу у гарнісажному тиглі з системою електромагнітного перемішування та обігрівом електронним променем поверхні розплаву забезпечує гомогенізацію розплаву, стабільність технологічного процесу, високий вихід придатного металу і низьку питому витрату електроенергії. Лінійна (або масова) швидкість подачі розплаву у плоску ливарну форму повинна дорівнювати швидкості переміщення фронту кристалізації сплаву. У протилежному випадку будуть розвиватися усадково-лікваційні процеси, що призведе до неоднорідності злитка за хімічним складом. Підтримання швидкості подачі розплаву в ливарну форму, що дорівнює швидкості переміщення фронту кристалізації сплаву забезпечують шляхом нагрівання фронтальної поверхні рідкого металу, що надходить у ливарну форму, електронним променем, спрямованим під гострим кутом до дзеркала розплаву з боку його зливання до температури, що не більше ніж на 6% перевищує температуру ліквідусу сплаву. Технологічний режим електронно-променевого лиття плоских злитків сплавів з одержанням вихідного рідкого металу у гарнісажному тиглі з системою електромагнітного перемішування та обігрівом електронним променем поверхні розплаву обраний на основі експериментальних досліджень отриманих злитків. Межа нагрівання розплаву перед фронтом кристалізації до температури, що не більше ніж на 6% перевищує температур у ліквідусу сплаву, обмежує найбільш оптимальні умови перегріву розплаву під час його надходження в ливарну форму і його твердіння й обумовлена економічною доцільністю процесу лиття, тому що перевищення цієї межі веде до невиправданого збільшення витрати електроенергії і втрат металу випаровуванням. Таким чином, сукупність технологічних параметрів і техніки лиття забезпечує одержання однорідних за хімічним складом плоских злитків сплавів з високими техніко-економічними показниками технологічного процесу (вихід придатного металу, питома витрата електроенергії). Сутність винаходу пояснюється кресленням, де на Фіг.1 показана схема реалізації способу, а на Фіг.2 - розподіл легуючи х елементів по перерізу плоского злитка сплаву. Процес електронно-променевого лиття плоского злитка сплаву здійснюють у такий спосіб. Основу ши хти сплаву у виді губчастого матеріалу, листових обрізів або кусків завантажують у гарнісажний плавильний тигель 1. Включають електронну гармату 2 і розплавляють основу сплаву. Потім у розплав основи сплаву вводять у необхідних кількостях лігатури і легуючі компоненти, 5 78409 включають систему 3 електромагнітного перемішування для одержання кондиційного рідкого розплаву 4. Відключають електронну гармату 2 і систему 3 електромагнітного перемішування, нахиляють гарнісажний тигель 1 і здійснюють подачу розплаву 4 у плоску ливарну форму 5. Після початку зливання розплаву 4 у ливарну форму 5 включають електронну гармату 6 і розплав 4 подають у ливарну форму 5 зі швидкістю, що дорівнює швидкості переміщення фронту кристалізації сплаву, і при цьому електронним променем 7 підтримують його температур у перед фронтом кристалізації 8 на рівні, що не більше ніж на 6% перевищує температуру ліквідусу сплаву, і по мірі твердіння розплаву його фронтальну поверхню обігрівають електронним променем 7, спрямованим під гострим кутом до дзеркала розплаву з боку його зливання. Процес лиття закінчують при повному використанні розплаву 4, виключають електронну гармату 6. На цьому технологічний процес електронно-променевого лиття плоского злитка сплаву закінчують. Приклад: Одержання хімічно однорідного плоского злитка сплаву Ті-6Аl-4 V здійснювали в електронно-променевій установці ХЕПП-1 у ФТІМС НАН України в умовах дослідної дільниці. Як шихту для одержання гомогенного злитка використовували листові обрізи і кускові відходи сплаву Ti6Al-4V, ванадіє-алюмінієву лігатур у Вн Ал-1Д (ТУ 48-4-505-88), алюміній марки А-99 (ДСТ 11069-74) і титанову губку марки ТГ-100 (ДСТ 17746-79). Перед плавками листові обрізи, кускові відходи сплаву Ti-6 Al-4V і алюміній попередньо подрібнювали до розміру фракцій титанової губки і лігатури. 6 Одержання плоских злитків сплаву здійснювали з використанням гарнісажного плавильного тигля із системою електромагнітного перемішування розплаву діаметром 0,29м і висотою 0,23м і плоскої ливарної форми, геометричні розміри якої складали: довжина - 0,44м, ширина - 0,25м, висота - 0,105м. Сумарна маса вихідної шихти в середньому складала 65¸67кг, маса плоского злитка 51¸52кг. Для порівняння здійснювали одержання плоских злитків сплаву Тi-6Аl-4V масою 49¸50кг із використанням компактної заготовки зазначеного сплаву із вмістом легуючи х елементів (Аl, V) по верхній межі ДСТ 19807-91 за технологічним процесом прототипу. Експериментальні дані (Фіг.2, таблиця) по одержанню плоских злитків сплаву Ti-6Al-4 V у межах технологічних параметрів, що заявляються, підтверджують досягнення поставленої мети і показують, що в порівнянні з технологічними параметрами, що відрізняються від тих, що заявляються, при повному задоволенні вимогам ДСТ 1980791 на сплав ВТ6 і ASTM B348-83 Grade 5 по вмісту основних домішок і рівномірному розподілу в злитку легуючи х елементів застосування способу дасть змогу: - збільшити наскрізний вихід придатного металу в злиток на 2,5¸2,7%; - знизити наскрізну питому витрату електроенергії в 2 рази; - підвищити стабільність механічних властивостей для особливо відповідальних виробів. Таблиця Техніко-економічна ефективність електронно-променевого лиття плоских злитків сплаву титана марки ВТ6 Спосіб лиття За прототипом Що заявляється Рівень перевищення температури розплаву перед фронтом кристалізації над температурою ліквідусу сплаву, % 8 4 6 8 Література: 1. Заявка Японії №62-156235, С22В 9/22,11.07.87. 2. Заявка Японії №64-79326, С22В 9/22, 24.03.98. Наскрізні техніко-економічні показники Вихід придатного, % 95,0 97,5 97,7 96,5 Питома витрата електроенергії, кВт.год./кг 5,88 2,67 2,89 3,52 3. Электронно-лучевая плавка / Б.Е.Патон, Н.П.Тригуб, Д.А.Козлитин и др.// К.: Наукова думка, 1997. - С.124. 7 Комп’ютерна в ерстка М. Ломалова 78409 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601