Электронно-лучевая плавка нового высокопрочного титанового сплава Т120
Проведены комплексные исследовательские работы по получению слитков нового высокопрочного сплава титана Т120 диаметром 150 мм способом электронно-лучевой плавки. Определены технологические параметры плавки слитков в электронно-лучевой установке УЭ208. Показано, что металл слитков нового высокопрочно...
Saved in:
| Date: | 2017 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2017
|
| Series: | Современная электрометаллургия |
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160309 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Электронно-лучевая плавка нового высокопрочного титанового сплава Т120 / С.В. Ахонин, А.Н. Пикулин, В.А. Березос, А.Ю. Северин, А.Г. Ерохин // Современная электрометаллургия. — 2017. — № 1 (126). — С. 15-21. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-160309 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1603092025-02-09T09:43:24Z Электронно-лучевая плавка нового высокопрочного титанового сплава Т120 Електронно-променева плавка нового високоміцного титанового сплаву Т120 Electron beam melting of new high-strength titanium alloy T120 Ахонин, С.В. Пикулин, А.Н. Березос, В.А. Северин, А.Ю. Ерохин, А.Г. Электронно-лучевые процессы Проведены комплексные исследовательские работы по получению слитков нового высокопрочного сплава титана Т120 диаметром 150 мм способом электронно-лучевой плавки. Определены технологические параметры плавки слитков в электронно-лучевой установке УЭ208. Показано, что металл слитков нового высокопрочного титанового сплава Т120, полученного способом электронно-лучевой плавки, характеризуется химической однородностью, отсутствием включений низкой и высокой плотности. Изучение макроструктуры полученных слитков показало, что она имеет однородный характер, с отсутствием различно травящихся зон по сечению слитка, существенной разницы в структурах центральной и периферийной зон слитка не наблюдается, дефекты в виде пор, раковин, трещин и неметаллических включений отсутствуют. Проведено комплексні дослідницькі роботи з отримання зливків нового високоміцного сплаву титану Т120 діаметром 150 мм способом електронно-променевої плавки. Визначено технологічні параметри плавки зливків в електронно-променевій установці УЕ-208. Показано, що метал зливків нового високоміцного титанового сплаву Т120, отриманого способом ЕПП, характеризується хімічною однорідністю, відсутністю включень низької та високої щільності. Вивчення макроструктури отриманих зливків показало, що вона має однорідний характер з відсутністю зон, що по-різному травляться по перетину зливка, суттєвої різниці в структурах центральної та периферійної зон зливка не спостерігається, дефекти у вигляді пор, раковин, тріщин та включень відсутні. Integrated research works were carried out for producing 150 mm diameter ingots of new high-strength titanium alloy T120 by the method of electron beam melting. Technological parameters of ingots melting in electron beam installation UE208 were determined. It is shown that the metal of ingots of the new high-strength titanium alloy T120, produced by the method of electron beam melting, is characterized by a chemical homogeneity, absence of inclusions of low and high density. Study of the macrostructure of produced ingots showed that it has a homogeneous nature, having no different etching zones in ingot section, noticeable difference in structures of central and periphery zones of ingots is not observed, there are no defects in the form of pores, cavities, cracks and nonmetallic inclusions. 2017 Article Электронно-лучевая плавка нового высокопрочного титанового сплава Т120 / С.В. Ахонин, А.Н. Пикулин, В.А. Березос, А.Ю. Северин, А.Г. Ерохин // Современная электрометаллургия. — 2017. — № 1 (126). — С. 15-21. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160309 669.187.526:51.001.57 DOI: doi.org/10.15407/sem2017.01.03 ru Современная электрометаллургия application/pdf Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Электронно-лучевые процессы Электронно-лучевые процессы |
| spellingShingle |
Электронно-лучевые процессы Электронно-лучевые процессы Ахонин, С.В. Пикулин, А.Н. Березос, В.А. Северин, А.Ю. Ерохин, А.Г. Электронно-лучевая плавка нового высокопрочного титанового сплава Т120 Современная электрометаллургия |
| description |
Проведены комплексные исследовательские работы по получению слитков нового высокопрочного сплава титана Т120 диаметром 150 мм способом электронно-лучевой плавки. Определены технологические параметры плавки слитков в электронно-лучевой установке УЭ208. Показано, что металл слитков нового высокопрочного титанового сплава Т120, полученного способом электронно-лучевой плавки, характеризуется химической однородностью, отсутствием включений низкой и высокой плотности. Изучение макроструктуры полученных слитков показало, что она имеет однородный характер, с отсутствием различно травящихся зон по сечению слитка, существенной разницы в структурах центральной и периферийной зон слитка не наблюдается, дефекты в виде пор, раковин, трещин и неметаллических включений отсутствуют. |
| format |
Article |
| author |
Ахонин, С.В. Пикулин, А.Н. Березос, В.А. Северин, А.Ю. Ерохин, А.Г. |
| author_facet |
Ахонин, С.В. Пикулин, А.Н. Березос, В.А. Северин, А.Ю. Ерохин, А.Г. |
| author_sort |
Ахонин, С.В. |
| title |
Электронно-лучевая плавка нового высокопрочного титанового сплава Т120 |
| title_short |
Электронно-лучевая плавка нового высокопрочного титанового сплава Т120 |
| title_full |
Электронно-лучевая плавка нового высокопрочного титанового сплава Т120 |
| title_fullStr |
Электронно-лучевая плавка нового высокопрочного титанового сплава Т120 |
| title_full_unstemmed |
Электронно-лучевая плавка нового высокопрочного титанового сплава Т120 |
| title_sort |
электронно-лучевая плавка нового высокопрочного титанового сплава т120 |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2017 |
| topic_facet |
Электронно-лучевые процессы |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/160309 |
| citation_txt |
Электронно-лучевая плавка нового высокопрочного титанового сплава Т120 / С.В. Ахонин, А.Н. Пикулин, В.А. Березос, А.Ю. Северин, А.Г. Ерохин // Современная электрометаллургия. — 2017. — № 1 (126). — С. 15-21. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| series |
Современная электрометаллургия |
| work_keys_str_mv |
AT ahoninsv élektronnolučevaâplavkanovogovysokopročnogotitanovogosplavat120 AT pikulinan élektronnolučevaâplavkanovogovysokopročnogotitanovogosplavat120 AT berezosva élektronnolučevaâplavkanovogovysokopročnogotitanovogosplavat120 AT severinaû élektronnolučevaâplavkanovogovysokopročnogotitanovogosplavat120 AT erohinag élektronnolučevaâplavkanovogovysokopročnogotitanovogosplavat120 AT ahoninsv elektronnopromenevaplavkanovogovisokomícnogotitanovogosplavut120 AT pikulinan elektronnopromenevaplavkanovogovisokomícnogotitanovogosplavut120 AT berezosva elektronnopromenevaplavkanovogovisokomícnogotitanovogosplavut120 AT severinaû elektronnopromenevaplavkanovogovisokomícnogotitanovogosplavut120 AT erohinag elektronnopromenevaplavkanovogovisokomícnogotitanovogosplavut120 AT ahoninsv electronbeammeltingofnewhighstrengthtitaniumalloyt120 AT pikulinan electronbeammeltingofnewhighstrengthtitaniumalloyt120 AT berezosva electronbeammeltingofnewhighstrengthtitaniumalloyt120 AT severinaû electronbeammeltingofnewhighstrengthtitaniumalloyt120 AT erohinag electronbeammeltingofnewhighstrengthtitaniumalloyt120 |
| first_indexed |
2025-11-25T10:31:47Z |
| last_indexed |
2025-11-25T10:31:47Z |
| _version_ |
1849758014738792448 |
| fulltext |
15ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
УДК 669.187.526:51.001.57 https://doi.org/10.15407/sem2017.01.03
ЭЛЕКтроННо-ЛуЧЕВАя ПЛАВКА
НоВоГо ВыСоКоПроЧНоГо тИтАНоВоГо СПЛАВА т120
С. В. Ахонин1, А. Н. Пикулин1, В. А. Березос1, А. Ю. Северин1, А. Г. Ерохин2
1Институт электросварки им. Е. о. Патона НаН Украины.
03680, г. Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
2ГП «НПЦ «Титан» ИЭС им. Е. о. Патона НаН Украины».
03028, г. Киев, ул. Ракетная, 26. E-mail: titan.paton@gmail.com
Проведены комплексные исследовательские работы по получению слитков нового высокопрочного сплава ти-
тана Т120 диаметром 150 мм способом электронно-лучевой плавки. определены технологические параметры
плавки слитков в электронно-лучевой установке УЭ208. Показано, что металл слитков нового высокопрочного
титанового сплава Т120, полученного способом электронно-лучевой плавки, характеризуется химической од-
нородностью, отсутствием включений низкой и высокой плотности. Изучение макроструктуры полученных
слитков показало, что она имеет однородный характер, с отсутствием различно травящихся зон по сечению
слитка, существенной разницы в структурах центральной и периферийной зон слитка не наблюдается, дефекты
в виде пор, раковин, трещин и неметаллических включений отсутствуют. библиогр. 9, табл. 1. ил. 10.
К л ю ч е в ы е с л о в а : сложнолегированный титановый сплав; слиток; электронно-лучевая плавка; про-
межуточная емкость; технологические режимы; химический состав; ультразвуковой контроль; структура
В настоящее время во всем мире наблюдается
устойчивая тенденция увеличения доли высоко-
прочных материалов, которые обеспечивают вы-
сокий комплекс механических и эксплуатацион-
ных свойств. Сплавы на основе титана являются
конструкционным материалом, который сочетает
ряд уникальных свойств, среди которых, в дан-
ном случае, можно прежде всего выделить высо-
кие значения удельной прочности. Сплавы титана
при нагреве до 500...550 оС сохраняют достаточно
высокую прочность, тогда как другие легкие спла-
вы (алюминиевые и магниевые) могут работать в
качестве конструкционных материалов при более
низких температурах (150...250 оС). Сравнительно
невысокий модуль упругости титана и его спла-
вов в некоторых случаях является значительным
преимуществом, поскольку позволяет снизить
напряжения, возникающие при знакопеременных
нагрузках, а также термические напряжения при
нагреве конструкции. Эти свойства, а также вы-
сокая коррозионная стойкость в ряде сред откры-
вают титановым сплавам пути для самого широ-
кого применения в различных областях техники в
энергетическом и химическом машиностроении,
в авиакосмическом комплексе, а также для произ-
водства защитных элементов, прежде всего броне-
жилетов и бронезащиты. Развитие авиационной и
ракетной техники требует существенного повы-
шения эксплуатационных характеристик титано-
вых сплавов. С целью решения этой задачи прово-
дятся интенсивные работы по созданию новых и
усовершенствованию существующих титановых
сплавов [1–3].
В Институте электросварки им. Е. о. Патона
НаН Украины (ИЭС им. Е. о. Патона НаН Укра-
ины) разработан высокопрочный титановый сплав
Т120 с пределом прочности не менее 1200 МПа
в отожженном состоянии, особенностью которого
является высокая удельная прочность, и по этому
показателю он не уступает известному высоко-
прочному титановому сплаву ВТ22 [4].
одним из наиболее важных требований при по-
лучении слитков высокопрочных титановых спла-
вов является их высокая однородность по химиче-
скому составу. Высокая реакционная способность
титана, его склонность к активному химическому
взаимодействию с кислородом, азотом, углеродом и
другими элементами не позволяют выплавлять ти-
тан и его сплавы в обычных металлургических пе-
чах. Плавка титана должна производиться в услови-
ях, предохраняющих жидкий металл от насыщения
газами и другими вредными примесями. Данные
условия обеспечиваются наличием в печном про-
странстве вакуума либо защитной атмосферы.
Электронно-лучевая плавка (ЭЛП) является
наиболее эффективным способом вакуумной ме-
таллургии и нашла применение в исследователь-
ской практике и промышленности для получения
сплавов, в том числе тугоплавких и высокореак-
ционных, со сверхнизким содержанием газов, ле-
тучих примесей и неметаллических включений
[5]. При ЭЛП возможно регулирование скорости
© С. В. аХоНИН, а. Н. ПИКУЛИН, В. а. бЕРЕЗоС, а. Ю. СЕВЕРИН, а. Г. ЕРоХИН, 2017
16 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
плавления слитка в широких пределах, благода-
ря независимому источнику нагрева, что, в свою
очередь, позволяет регулировать продолжитель-
ность пребывания металла в жидком перегретом
состоянии. ЭЛП является наиболее эффективной
технологией, позволяющей практически полно-
стью обеспечить удаление включений высокой и
низкой плотности [6].
Процесс ЭЛП осуществляется в вакууме
0,1...0,01 Па, что практически исключает допол-
нительное загрязнение титана газовыми примеся-
ми и позволяет использовать в качестве исходной
шихты до 100 % лома и губчатого титана снижен-
ных качеств без его предварительного прессо-
вания в расходуемый электрод. Технология ЭЛП
позволяет также выплавлять слитки титановых
сплавов как круглого, так и квадратного сечения, а
также слитки-слябы [7].
однако в ряде случаев при выплавке слитков
сложнолегированных титановых сплавов способом
ЭЛП возникает проблема обеспечения заданного
химического состава металла. Это вызвано тем, что
при ЭЛП легирующие элементы с упругостью пара,
превышающей упругость пара титана, испаряются
более интенсивно. К таким элементам относятся
алюминий, хром и др. Значительное влияние на
распределение в слитке легкоплавких легирующих
компонентов оказывает нагрев шихты в процессе
плавки. При нагреве шихты до температуры плав-
ления легкоплавкого компонента последний начи-
нает вытекать из ее еще неплавящихся участков.
Для равномерного распределения тугоплавких ле-
гирующих компонентов их можно вводить в соста-
ве лигатур, использовать тугоплавкие компоненты
в виде тонкой стружки или обрези.
На производственных мощностях ИЭС
им. Е. о. Патона НаН Украины разработана тех-
нология получения слитков нового высокопрочно-
го титанового сплава Т120.
Для проведения опытных плавок использова-
лась лабораторная электронно-лучевая установка
УЭ-208 (рис. 1), оснащенная промежуточной ем-
костью [8].
С целью отработки технологических режимов и
создания технологии ЭЛП нового высокопрочного
сплава титана Т120 проведены опытные плавки по
получению слитков диаметром 150 мм.
Слитки получали путем переплава шихты, со-
стоящей из титана марки Grade2, технически чи-
стого ниобия, молибдена, железа и хрома, а также
ванадий–алюминиевой лигатуры. Титан марки
Grade2 представлял собой мерный компактный
кусок слитка-сляба, полученный из переплава
первичной шихты в виде титановой губки мар-
ки ТГ-120. Тугоплавкие элементы в состав ших-
ты вводили в виде тонкой проволоки и стружки.
Элементы с высокой упругостью пара алюминий
и хром шихтовали с учетом потерь на испарение.
Исходную шихту взвешивали на электронных ве-
сах СВП 50-5 и формировали из нее расходуемую
заготовку, которую укладывали в нерасходуемые
короба, изготовленные из листового нелегирован-
ного титана толщиной 2...3 мм.
Для получения слитков перед проведением опыт-
ных плавок осуществляли подготовку оборудова-
ния, которая заключалась в чистке камеры плавки,
плиты пушек, промежуточной емкости и кристал-
лизатора, поддона и лучеводов электронных пушек
от конденсата, пыли и остатков металла предыду-
щих плавок. В обязательном порядке проводилась
замена катодов электронно-лучевых пушек.
Во время проведения экспериментальных пла-
вок осуществляли контроль технологических па-
раметров таких, как производительность процесса
плавки, токи лучей, величина ускоряющего напря-
жения. Численные значения ускоряющего напря-
жения и тока луча измерялись и регулировались
оператором с помощью предназначенных для это-
го приборов. Производительность процесса плав-
ки регулировалась скоростью подачи расходуемой
заготовки в зону плавки, скоростью вытягивания
слитка, величиной одновременно заливаемой пор-
ции расплава в кристаллизатор.
После загрузки расходуемой заготовки уста-
новку герметизировали и вакуумировали. При
достижении рабочего давления в камере плавки
1,33·10–2...6,66·10–3 Па определяли натекание в
рабочий объем камеры, после чего начинали про-
цесс плавки. Допустимое значение натекания не
более 30 мкм·л/с.Рис. 1. Внешний вид лабораторной электронно-лучевой уста-
новки УЭ-208
17ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
Сущность процесса (рис. 2) заключалась в го-
ризонтальной подаче расходуемой заготовки 5 с
заданной скоростью в зону плавки, ее плавлении
электронными лучами над промежуточной емко-
стью 6. По мере наполнения промежуточной ем-
кости жидкий металл сливался в кристаллизатор
7, где происходило формирование слитка 8 необ-
ходимой длины.
В процессе плавки поверхность жидкого ме-
талла в промежуточной емкости и кристаллизато-
ре обогревали электронными лучами пушек 1–4
(рис. 3):
пушками 1 и 2 осуществляли плавление расхо-
дуемой заготовки и обогрев поверхности металла
в промежуточной емкости;
пушкой 3 нагревали металл на сливном носке
промежуточной емкости, слив расплава в кристал-
лизатор, чистку сливного носка промежуточной
емкости от застывшего металла перед вытягива-
нием слитка, нагрев металла в периферийной зоне
кристаллизатора;
пушка 4 обогревала свободную поверхность
металла в кристаллизаторе.
Плавку начинали плавным повышением токов
лучей на пушках 1–4 до значений 0,5 а и уста-
навливали лучи в рабочее положение на пере-
плавляемой заготовке, промежуточной емкости и
кристаллизаторе. Прогревали заготовку в течение
10...15 мин пушками 1 и 2. Устанавливали рабочие
значения токов лучей и начинали плавление рас-
ходуемой заготовки в промежуточную емкость.
После заполнения промежуточной емкости вы-
ставляли рабочий ток пушки 3 и сливали жидкий
металл в кристаллизатор. В момент поступления
металла в кристаллизатор на пушке 4 выставля-
ли ток формирования затравки. Затравка слитка
формировалась за 3...5 сливов жидкого металла.
После формирования затравки устанавливали ра-
бочие токи лучей на пушках 3 и 4. Включали ра-
бочую скорость подачи заготовки. Чистку сливно-
го носка промежуточной емкости и вытягивание
слитка проводили после каждого слива порции
жидкого металла в кристаллизатор. По мере на-
плавки слиток опускали вниз механизмом вытяги-
вания по полунепрерывному режиму: после повы-
шения уровня жидкого металла в кристаллизаторе
на необходимую величину слиток опускали до тех
пор, пока ванна не опустится до прежнего уровня.
В процессе плавки исходная шихта непрерыв-
но подавалась в рабочую область над промежуточ-
ной емкостью, где под действием электронно-лу-
чевого нагрева происходила ее плавка (рис. 4).
В конце плавки производился вывод усадочной
раковины путем постепенного снижения мощно-
сти обогрева верхнего торца слитка в кристалли-
заторе с последующим контрольным проплавле-
нием его центральной части (рис. 5).
Рис. 2. Схема ЭЛП с промежуточной емкостью: 1–4 — элек-
тронно-лучевые пушки; 5 — расходуемая заготовка; 6 — про-
межуточная емкость; 7 — кристаллизатор; 8 — слиток
Рис. 3. Схема расположения и разверток лучей для плавки
слитков диаметром 150 мм
Рис. 4. Процесс плавки слитка высокопрочного сплава титана
Т120 диаметром 150 мм
18 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
После плавки слитки остывали в камере в ус-
ловиях вакуума в течение двух часов. После осты-
вания слитка установку развакуумировали, вы-
гружали слиток и маркировали его. Внешний вид
полученных слитков приведен на рис. 6.
Значения оптимальных технологических па-
раметров плавки для слитков диаметром 150 мм
следующие:
скорость плавки, кг/ч . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
высота одновременно заливаемых порций металла
в кристаллизатор, мм . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
мощность в кристаллизаторе, кВт . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
мощность в промежуточной емкости, кВт . . . . . . . . . . . . . 120.
Для исследования химического состава слит-
ков и оценки их гомогенности на станке отбира-
лись пробы в виде стружки для химического ана-
лиза по схеме, представленной на рис. 7.
Из верхней и нижней частей слитка пробы от-
бирались на расстоянии 30...50 мм от его торцов
для исключения влияния нестационарных режи-
мов плавки, таких как формирование затравочной
части в начале плавки и выведение усадочной ра-
ковины в конце плавки. Вес каждой пробы состав-
лял не менее 20...30 г.
отбор проб производился с боковой поверхно-
сти слитка при его механической обработке следу-
ющим образом: производилась предварительная
проточка или строжка на глубину 2...3 мм, струж-
ка при этом отбрасывалась. Частная проба отбира-
лась при последующей проточке или строжке на
глубину 7...10 мм. Перегрев стружки и примене-
ние смазочно-охлаждающих жидкостей при отбо-
ре проб не допускались. отобранные пробы укла-
дывались в пакеты из бумаги с указанием номера
плавки и места отбора пробы.
Для определения содержания кислорода, азота,
водорода изготавливались образцы цилиндриче-
ской формы диаметром 3 и длиной 3 мм. образцы
изготавливались из колец при снятии фаски с тор-
цов слитка. Содержание легирующих элементов
сплава определяли методом масс-спектрометрии
с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES) на
ICP-спектрометре ICAP 6500 DUO.
Исследование химического состава получен-
ных слитков показало, что по всему сечению со-
став соответствует заданному (таблица). Распре-
деление легирующих элементов как по длине, так
и по поперечному сечению слитков равномерное.
Повышенного содержания газов как в донной, так
и в головной частях слитков не обнаружено.
анализ полученных результатов показал, что
металл слитков нового высокопрочного титано-
вого сплава Т120, полученных способом ЭЛП, ха-
рактеризуется химической однородностью и соот-
ветствует техническому заданию.
Рис. 5. Режим вывода усадочной раковины для слитков тита-
нового сплава диаметром 150 мм
Рис. 6. Внешний вид слитков сплава Т120 диаметром 150 мм
Рис. 7. Схема отбора проб для химического и металлографи-
ческого анализа на слитке круглого сечения
19ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
определение глубины залегания и конфигу-
рации усадочной раковины и других неоднород-
ностей в металле проводилось методом нераз-
рушающего ультразвукового контроля (УЗК) с
использованием дефектоскопа УД4-76 (рис. 8).
Ультразвуковые колебания накладывались кон-
тактным способом с применением промежуточ-
ной среды (глицерина) для улучшения акустиче-
ского контакта. Исследование проводилось путем
последовательного ручного сканирования боковой
поверхности по радиусу вдоль продольной оси
слитков. ось излучения была направлена вдоль
радиуса цилиндра. Расстояние между участками
сканирования равнялось 10...20 мм. ось излуче-
ния соответствовала радиусу цилиндра. Сканиро-
ванию подвергалась половина длины окружности
цилиндра, что обеспечивало охват всего объе-
ма слитка. Для обеспечения охвата всего объема
слитка сканированию подвергалась вся боковая
поверхность слитка (рис. 9).
Макроструктура слитков изучалась на попереч-
ных темплетах, вырезанных на расстоянии 50 мм
от верха и низа слитков, а также из их середины.
Выявление структуры проводилось травлением
темплетов в 15 %-ном растворе фтористой кисло-
ты с добавлением 3 %-ной азотной кислоты при
комнатной температуре [9].
Структура металла слитков титанового сплава
Т120 (рис. 10) плотная, однородная, с отсутстви-
ем различно травящихся зон по сечению слитка.
Существенной разницы в структурах центральной
и периферийной зон слитка не наблюдается. Де-
фекты в виде пор, раковин, трещин и неметалли-
ческих включений не обнаружены. Кристалличе-
ское строение металла одинаковое по всей длине
слитков и характеризуется кристаллами, по форме
близкими к равноосным.
Таким образом, проведенные исследования
показали, что в металле слитков нового высоко-
прочного титанового сплава Т120, полученных
Химический состав слитка сплава титана т120 диаметром 150 мм, полученного способом ЭЛП
Место отбора проб
Содержание химических элементов, мас. %
Al V Mo Nb Zr Fe Cr O N Ti
Верх слитка
центр 4,8 2,2 2,9 4,3 2,4 0,9 1,3 – – основа
край 5,0 2,3 2,8 4,2 2,6 0,8 1,0 0,11 0,010 основа
Средина
слитка
центр 5,3 2,3 2,8 4,2 2,6 1,0 1,1 – – основа
край 5,4 2,5 2,9 4,1 2,7 1,1 1,2 – – основа
Низ слитка
центр 5,1 2,7 2,7 4,0 2,7 1,0 1,3 – – основа
край 5,0 2,6 2,7 4,1 2,6 1,2 1,3 0,13 0,014 основа
Техническое задание 4,5...5,5 1,5...2,5 2,5...3,0 3,5...4,5 2,3...3,0 0,7...1,2 1,0...1,5 0,2 0,05 основа
Рис. 8. Дефектоскоп ультразвуковой УД4-76
Рис. 9. Скан центральной части слитка диаметром 150 мм
Рис. 10. Макроструктура поперечного сечения слитка высо-
копрочного титанового сплава Т120 диаметром 150 мм
20 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
способом ЭЛП, отсутствуют несплошности, не-
металлические включения размером более 1 мм,
а также плотные скопления более мелких включе-
ний. Структура металла плотная, кристаллическая
неоднородность и зональное строение в слитках
не выявлено. Распределение легирующих элемен-
тов как по длине, так и по поперечному сечению
слитков равномерное.
Выводы
1. Проведенный комплекс работ позволил опреде-
лить технологические параметры электронно-луче-
вой плавки слитков нового высокопрочного тита-
нового сплава Т120: производительность процесса
ЭЛП должна составлять 80 кг/ч, мощность элек-
тронно-лучевого нагрева в кристаллизаторе 30 кВт.
2. Металл слитков нового высокопрочного
титанового сплава Т120, полученных способом
ЭЛП, характеризуется химической однородно-
стью, отсутствием включений низкой и высокой
плотности, соответствует техническому заданию.
3. Показано, что структура металла слитков
сплава Т120 плотная, однородная, с отсутствием
различно травящихся зон по сечению слитка, су-
щественной разницы в структурах центральной и
периферийной зон слитка не наблюдается, дефек-
ты в виде пор, раковин, трещин и неметалличе-
ских включений отсутствуют.
Список литературы
1. Глазунов С. Г., Ясинский К. К. Титановые сплавы для ави-
ационной техники и других отраслей промышленности //
Технология легких сплавов. — 1993. — № 7–8. — С. 2–14.
2. Хореев А. И., Хореев М. А. Титановые сплавы, их приме-
нение и перспективы развития // Материаловедение. —
2005. — № 7. — С. 25–34.
3. Титановые сплавы для авиационной промышленности
Украины / С. Л. антонюк и др. // Современная электроме-
таллургия. — 2003. — № 1. — С. 5–10.
4. Разработка нового высокопрочного титанового сплава /
С. В. ахонин и др. // Современная электрометаллур-
гия. — 2016. — № 4. — С. 22–27.
5. Патон Б. Е., Тригуб Н. П., Ахонин С. В. Электронно-лу-
чевая плавка тугоплавких и высокореакционных метал-
лов. — К.: Наукова думка, 2008. — 311 с.
6. Электронно-лучевая плавка титана / б. Е. Патон и др. —
К.: Наукова думка, 2006. — 250 с.
7. Электронно-лучевой переплав титановой губки — новый
способ получения титановых слитков и слябов / а. Л. Ти-
хоновский и др. // Проблемы специальной электрометал-
лургии. — 1993. — № 1. — С. 66−70.
8. Электронно-лучевая установка УЭ-208 / а. Л. Тихонов-
ский и др. // Там же. —1992. — № 1. — С. 71–74.
9. Структура и коррозия металлов и сплавов: атлас /
И. Я. Сокол и др. — М.: Металлургия, 1989. — 400 с.
References
1. Glazunov S. G., Yasinsky K. K. Titanovye splavy dlya aviat-
sionnoy tekhniki i drugikh otrasley promyshlennosti // Tekh-
nologiya legkikh splavov. — 1993. — № 7–8. — S. 2–14.
2. Khoreyev A. I., Khoreyev M. A. Titanovye splavy, ikh prime-
neniye i perspektivy razvitiya // Materialovedeniye. —
2005. — № 7. — S. 25–34.
3. Titanovye splavy dlya aviatsionnoy promyshlennosti
Ukrainy / S. L. Antonyuk i dr. // Sovremennaya elektrometal-
lurgiya. — 2003. — № 1. — S. 5–10.
4. Razrabotka novogo vysokoprochnogo titanovogo splava /
S. V. Akhonin i dr. // Sovremennaya elektrometallurgiya. —
2016. — № 4. — S. 22–27.
5. Paton B. E., Trigub N. P., Akhonin S. V. Elektronno-lucheva-
ya plavka tugoplavkikh i vysokoreaktsionnykh metallov. —
K.: Naukova dumka, 2008. — 311 s.
6. Elektronno-luchevaya plavka titana / B. E. Paton i dr. — K.:
Naukova dumka, 2006. — 250 s.
7. Elektronno-luchevoy pereplav titanovoy gubki — novy
sposob polucheniya titanovykh slitkov i slyabov / A. L. Tik-
honovsky i dr. // Problemy spetsialnoy elektrometallurgii. —
1993. — № 1. — S. 66–70.
8. Elektronno-luchevaya ustanovka UE-208 / A. L. Tikhonovsky
i dr. // Problemy spetsialnoy elektrometallurgii. —1992. —
№ 1. — S. 71–74.
9. Struktura i korroziya metallov i splavov: Atlas / I. Ya. Sokol i
dr. — M.: Metallurgiya, 1989. — 400 s.
ЕЛЕКтроННо-ПроМЕНЕВА ПЛАВКА НоВоГо ВИСоКоМіцНоГо тИтАНоВоГо СПЛАВу т120
С. В. Ахонін1, о. М. Пікулін1, В. о. Березос1, А. Ю. Северин1, о. Г. Єрохін2
1Інститут електрозварювання ім. Є. о. Патона НаН України.
03680, м. Київ-150, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
2ДП «НПЦ «Титан» ІЕЗ ім. Є. о. Патона НаН України».
03028, м. Київ, вул. Ракетна, 26. E-mail: titan.paton@gmail.com
Проведено комплексні дослідницькі роботи з отримання зливків нового високоміцного сплаву титану Т120 діа-
метром 150 мм способом електронно-променевої плавки. Визначено технологічні параметри плавки зливків в
електронно-променевій установці УЕ-208. Показано, що метал зливків нового високоміцного титанового спла-
ву Т120, отриманого способом ЕПП, характеризується хімічною однорідністю, відсутністю включень низької
та високої щільності. Вивчення макроструктури отриманих зливків показало, що вона має однорідний характер
з відсутністю зон, що по-різному травляться по перетину зливка, суттєвої різниці в структурах центральної
та периферійної зон зливка не спостерігається, дефекти у вигляді пор, раковин, тріщин та включень відсутні.
бібліогр. 9, табл. 1, іл. 10.
К л ю ч о в і с л о в а : складнолегований титановий сплав; зливок; електронно-променева плавка; проміжна
ємність; технологічні режими; хімічний склад; ультразвуковий контроль; структура
21ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1 (126), 2017
ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВЫЕ ПРОЦЕССЫ
ELECTRON BEAM MELTING OF NEW HIGH-STRENGTH TITANIUM ALLOY T120
S.V. Akhonin1, A.N. Pikulin1, V.A. Berezos1, A.Yu. Severin1, A.G. Erokhin2
1E.O. Paton Electric Welding Institute, NASU.
11 Kazimir Malevich Str., 03680, Kiev, Ukraine. E-mail: office@paton.kiev.ua
2SE «RPC «Titan» of the E.O. Electric Welding Institute of NASU».
26 Raketnaya Str., 03028, Kiev, Ukraine. E-mail: titan.paton@gmail.com
Integrated research works were carried out for producing 150 mm diameter ingots of new high-strength titanium alloy
T120 by the method of electron beam melting. Technological parameters of ingots melting in electron beam installation
UE208 were determined. It is shown that the metal of ingots of the new high-strength titanium alloy T120, produced
by the method of electron beam melting, is characterized by a chemical homogeneity, absence of inclusions of low
and high density. Study of the macrostructure of produced ingots showed that it has a homogeneous nature, having
no different etching zones in ingot section, noticeable difference in structures of central and periphery zones of ingots
is not observed, there are no defects in the form of pores, cavities, cracks and nonmetallic inclusions. Ref. 9, Table 1,
Figures 10.
K e y w o r d s : complexly-alloyed titanium alloy; ingot; electron beam melting; cold hearth; technological conditions;
chemical composition; ultrasonic testing; structure
Поступила 27.12.2016
Календарь выставок и конференций в 2017 г.
Дата Место проведения Название
4–7 апреля беларусь, Минск Специализированные выставки «Сварка и резка 2017» и «Порошко-
вая металлургия 2017»
11 апреля Украина, Киев XV Всеукраинская научно-практическая конференция «Специальная
металлургия: вчера, сегодня, завтра»
май Украина, Киев,
ИЭС им. Е. о. Патона
Сессия научного совета по новым материалам МааН
23–25 мая Украина, Запорожье 25-я Международная специализированная выставка «Машинострое-
ние. Металлургия – 2017»
23–26 мая Украина, Киев,
ИЭС им. Е. о. Патона
9-я Международная конференция молодых ученых «Сварка и род-
ственные технологии»
12–14 июня Украина, Киев,
ИЭС им. Е. о. Патона
Международная конференция «Роботизация и автоматизация сва-
рочных процессов»
www.pwi-scientists.com/rus/robotweld_2017
13–16 июня Китай, Шанхай Международная выставка металлургической и металлообрабатыва-
ющей промышленности «METAL + METALLURGY CHINA 2017»
21–24 июня Италия, Верона 11-я Международная выставка алюминиевой промышленности
«METEF 2017»
11–15 сентября Украина, одесса
Восьмая международная конференция «Лучевые технологии в свар-
ке и обработке материалов»
http://pwiscientists.com/rus/ltwmp2017
19–21 сентября Германия,
Штутгарт
Европейская выставка и форум по композиционным материалам,
технологиям их производства и применения «Composites Europe
2017»
25–29 сентября Германия,
Дюссельдорф
Эссенская выставка «Сварка и резка»
www.schweissen-schneiden.com
25–27 октября Украина, Киев Специализированные выставки «Машпром, ЛитЭкс-2017»
21–24 ноября Украина, Киев Международный промышленный форум-2017
|