Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКОВ ВАКУУМНОЙ ДУГОВОЙ ГАРНИСАЖНОЙ ПЛАВКОЙ

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения однородных по химическому составу слитков из сплавов тугоплавких металлов путем вакуумной дуговой гарнисажной плавки (ВДГП).

Известен способ ВДГП [1], включающий сплавление расходуемого электрода в тигель с разливкой расплава в изложницу, при котором для исключения захолаживания металла в тигле разливку расплава в изложницу осуществляют при горящей дуге, перемещая электрод вслед за уровнем расплава в тигле. Недостатком данного способа является наличие включений в теле слитков при переплаве сплавов, содержащих компоненты, температура плавления которых превосходит температуру плавления сплава, образующихся из-за отсутствия достаточного времени выдержки расплава в тигле для растворения последних порций сплавляемого электрода.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ ВДГП металлов и сплавов, в том числе содержащих компоненты, температура плавления которых превосходит температуру плавления сплава не менее чем в 1,2 раза, включающий сплавление расходуемого электрода в тигель и разливку металла в изложницу при отключенной дуге, при котором обеспечивают максимально быстрый подъем штока электрододержателя после отключения дуги, причем еще до завершения его подъема начинают наклонять тигель и осуществлять разливку практически без выдержки расплава в тигле [2] - прототип.

Недостатком данного способа при переплаве расходуемых электродов, содержащих компоненты, температура плавления которых превосходит температуру плавления сплава не менее чем в 1,2 раза, является невозможность обеспечения однородности слитков по химическому составу из-за недостаточного времени выдержки расплава в тигле после отключения дуги, необходимого для полного растворения тугоплавкого компонента. Так, при ВДГП сплава ниобия с 48 мас.% титана по прототипу в теле слитка обнаружены включения диаметром до 1,5 см, содержащих до 75 мас.% ниобия, что не позволяет получить качественную продукцию, особенно микропрофильную. Увеличение же времени выдержки расплава в тигле перед сливом резко снизило количество сливаемого металла и привело к более быстрому зарастанию гарнисажа в тигле.

Технической задачей, решаемой с помощью данного изобретения является получение однородных по химическому составу слитков из сплавов, содержащих компоненты, температура плавления которых превышает температуру плавления сплава не менее чем в 1,2 раза.

Решение поставленной задачи достигают тем, что проводят вакуумную дуговую гарнисажную плавку расходуемого электрода, состоящую из двух переплавов, при которой на каждом переплаве перед разливкой в изложницу осуществляют выдержку расплава, причем суммарное время выдержки на двух переплавах определяется выражением

где τ_сум - суммарное время выдержки расплава на двух переплавах, с;
K - отношение температур плавления наиболее тугоплавкого компонента к температуре плавления сплава;
m - масса расплава в тигле к моменту отключения дуги, на первом переплаве, кг,
при соотношении времени выдержки расплава перед разливкой на первом переплаве к суммарному времени выдержки расплава на двух переплавах, равном

τ₁ - время выдержки расплава перед разливкой на первом переплаве, с.

Результаты экспериментов по ВДГП сплавов титана с ниобием и вольфрамом, приведенные в таблице, показывают, что при значениях суммарного времени выдержки расплава в тигле перед сливом (τ_сум), больших или меньших рассчитанных по выражению (1) (при соблюдении соотношения 0,35 ≤ τ₁/τ_сум≤ 0,65), приводит соответственно либо к резкому снижению количества сливаемого металла (коэффициента слива металла - α) и быстрому зарастанию гарнисажа в тигле, что ухудшает технико-экономические показатели процесса, либо к появлению в теле слитка включений, обогащенных тугоплавким компонентом. Несоблюдение соотношения 0,35 ≤ τ₁/τ_сум≤ 0,65 при τ_сум в пределах, рассчитанных по выражению (1), приводит к резкому уменьшению коэффициента слива металла.

Примером осуществления предлагаемого способа является получение сплава ниобия с 48 мас.% титана (K= 1,48) в печи 1 ДРВГ 0,025 ПЦ, вакуумной дуговой гарнисажной плавкой, при которой расходуемый электрод для первого переплава формировали из прутка ниобия диаметром 120 мм и прутков титана диаметром 50 мм, которые равномерно размещали по образующей прутка ниобия. Масса электрода - 62 кг. Электрод сплавляли в медный водоохлаждаемый тигель диаметром 360 мм, в котором размещали гарнисаж и подгрузку из сплава того же состава массой 30 кг. Мощность дуги в рабочем режиме составляла примерно 800 кВт (ток дуги ≈ 21 кА, напряжение ≈ 37-39 В). Остаточное давление в печи < 0,13 Па. Время плавки - 10,5 мин. После отключения дуги расплав выдерживали в течение 5 с (τ₁= 5 сек) и производили слив расплава в изложницу через носок тигля путем его поворота. Полученный в результате первого переплава слиток массой 81,5 кг использовали в качестве расходуемого электрода для второй ВДГП с подгрузкой в тигель 17 кг сплава того же состава. Плавку проводили на мощности ≈ 750 кВт (ток дуги ≈ 20 кА, напряжение - 37-39 В). Время плавки - 7 мин. После отключения дуги расплав выдерживали 4 с. Суммарное время выдержки на двух переплавах составило 9 с (τ₁/τ_сум= 0,583). Масса слитка 87,5 кг. Полученный слиток был подвергнут исследованиям на наличие включений. Слиток исследовали методами гаммадефектоскопии и металлографического анализа. Для проведения металлографического анализа от слитка отрезали три поперечных темплета (верх, середина, низ), а из оставшихся частей слитка вырезали продольные темплеты. Все темплеты (поперечные и продольные) подвергались шлифовке и травлению. В результате проведенных исследований каких-либо включений и иных дефектов структуры не обнаружено.

Данные исследования свидетельствуют о решении поставленной задачи и получении нового технического решения при создании способа получения слитков вакуумной дуговой гарнисажной плавкой, обеспечивающего высокую однородность слитков по химическому составу (по сравнению с прототипом). Предложенный способ может найти применение при промышленном производстве высокогомогенных сплавов, предназначенных для получения проката, проволоки, труб, в особенности для производства сверхпроводящих проводов с ультратонкими волокнами (< 1 мкм).

Источники информации:
1. Титановые сплавы. Плавка и литье титановых сплавов. Под ред. Добаткина В.И. - М.: Металлургия, 1978, с. 53.

2. Неуструев А. А., Ходоровский Г.Л. Вакуумные гарнисажные печи. - М.: Металлургия, 1967, с. 81 - прототип.