Особенности структур ообразования прецизионного сплава 29НК при ЭШП с порционным формированием слитка

Приведены результаты изучения особенностей формирования структуры слитков прецизионного сплава 29НК, полученных способом электрошлакового переплава с порционным формированием. Слитки диаметром 84 и 120 мм выплавляли путем переплава расходуемых электродов в камерной электрошлаковой печи в импульсном...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2019
Автори:	Протоковилов, И.В., Назарчук, А.Т., Петров, Д.А., Порохонько, В.Б.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України 2019
Назва видання:	Современная электрометаллургия
Теми:	Электрошлаковая технология
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167527
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Особенности структур ообразования прецизионного сплава 29НК при ЭШП с порционным формированием слитка / И.В. Протоковилов, А.Т. Назарчук, Д.А. Петров, В.Б. Порохонько // Современная электрометаллургия. — 2019. — № 1. — С. 11-16. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-167527
record_format	dspace
spelling	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1675272025-02-09T14:29:59Z Особенности структур ообразования прецизионного сплава 29НК при ЭШП с порционным формированием слитка Особливості структуроутворення прецизійного сплаву 29НК при ЕШП з порційним формуванням зливка Features of structure formation in the precision alloy 29NK in ESR with a portion ingot formation Протоковилов, И.В. Назарчук, А.Т. Петров, Д.А. Порохонько, В.Б. Электрошлаковая технология Приведены результаты изучения особенностей формирования структуры слитков прецизионного сплава 29НК, полученных способом электрошлакового переплава с порционным формированием. Слитки диаметром 84 и 120 мм выплавляли путем переплава расходуемых электродов в камерной электрошлаковой печи в импульсном режиме, обеспечивающем периодичность процессов плавления и кристаллизации металла. Это достигалось за счет циклического изменения электрического напряжения на ванне от рабочих значений, до значений, при которых плавление электрода прекращалось. Показано, что рациональный выбор режимов электрического питания во время импульсов и пауз плавления металла позволяет сохранить устойчивость электрошлакового процесса и хорошее качество формирования боковой поверхности слитка. При этом открываются дополнительные возможности управления структурообразованием металла ЭШП с получением слитков с плотной структурой, без пористости, включений, крупных столбчатых кристаллов и зоны встречной кристаллизации по оси слитка. Наведено результати вивчення особливостей формування структури зливків прецизійного сплаву 29НК, отриманих способом електрошлакового переплаву з порційним формуванням. Зливки діаметром 84 і 120 мм виплавляли шляхом переплаву витратних електродів в камерній електрошлаковій печі в імпульсному режимі, що забезпечує періодичність процесів плавлення і кристалізації металу. Це досягалося за рахунок циклічної зміни електричної напруги на ванні від робочих значень, до значень, при яких плавлення електрода припинялось. Показано, що раціональний вибір режимів електричного живлення під час імпульсів і пауз плавлення металу дозволяє зберегти стабільність електрошлакового процесу і добру якість формування бокової поверхні зливка. При цьому відкриваються додаткові можливості управління структуроутворенням металу ЕШП з отриманням зливків з щільною структурою, без пористості, включень, великих стовпчастих кристалів і зони зустрічної кристалізації по осі зливка. The results of studying the features of structure formation in the ingots of the precision alloy 29NK are given, produced by electroslag remelting with a portion formation. The ingots with a diameter of 84 and 120 mm were melted by remelting consumable electrodes in a chamber electroslag furnace in a pulsed mode, providing the periodicity of processes of melting and crystallization of metal. This was achieved due to cyclical variation of electric voltage on the pool from the operating values to the values at which the melting of the electrode stopped. It is shown that a rational choice of electric supply modes during pulses and pauses of metal melting allows maintaining the stability of electroslag process and a good quality of the formation of the side surface of the ingot. At the same time, additional possibilities are opened for controlling the structure formation in the ESR metal with producing ingots having a dense structure, without porosity, inclusions, large columnar crystals and a zone of counter crystallization along the axis of the ingot. 2019 Article Особенности структур ообразования прецизионного сплава 29НК при ЭШП с порционным формированием слитка / И.В. Протоковилов, А.Т. Назарчук, Д.А. Петров, В.Б. Порохонько // Современная электрометаллургия. — 2019. — № 1. — С. 11-16. — Бібліогр.: 8 назв. — рос. 0233-7681 DOI: http://dx.doi.org/10.15407/sem2019.01.01 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167527 669.187.56.001.1 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	Электрошлаковая технология Электрошлаковая технология
spellingShingle	Электрошлаковая технология Электрошлаковая технология Протоковилов, И.В. Назарчук, А.Т. Петров, Д.А. Порохонько, В.Б. Особенности структур ообразования прецизионного сплава 29НК при ЭШП с порционным формированием слитка Современная электрометаллургия
description	Приведены результаты изучения особенностей формирования структуры слитков прецизионного сплава 29НК, полученных способом электрошлакового переплава с порционным формированием. Слитки диаметром 84 и 120 мм выплавляли путем переплава расходуемых электродов в камерной электрошлаковой печи в импульсном режиме, обеспечивающем периодичность процессов плавления и кристаллизации металла. Это достигалось за счет циклического изменения электрического напряжения на ванне от рабочих значений, до значений, при которых плавление электрода прекращалось. Показано, что рациональный выбор режимов электрического питания во время импульсов и пауз плавления металла позволяет сохранить устойчивость электрошлакового процесса и хорошее качество формирования боковой поверхности слитка. При этом открываются дополнительные возможности управления структурообразованием металла ЭШП с получением слитков с плотной структурой, без пористости, включений, крупных столбчатых кристаллов и зоны встречной кристаллизации по оси слитка.
format	Article
author	Протоковилов, И.В. Назарчук, А.Т. Петров, Д.А. Порохонько, В.Б.
author_facet	Протоковилов, И.В. Назарчук, А.Т. Петров, Д.А. Порохонько, В.Б.
author_sort	Протоковилов, И.В.
title	Особенности структур ообразования прецизионного сплава 29НК при ЭШП с порционным формированием слитка
title_short	Особенности структур ообразования прецизионного сплава 29НК при ЭШП с порционным формированием слитка
title_full	Особенности структур ообразования прецизионного сплава 29НК при ЭШП с порционным формированием слитка
title_fullStr	Особенности структур ообразования прецизионного сплава 29НК при ЭШП с порционным формированием слитка
title_full_unstemmed	Особенности структур ообразования прецизионного сплава 29НК при ЭШП с порционным формированием слитка
title_sort	особенности структур ообразования прецизионного сплава 29нк при эшп с порционным формированием слитка
publisher	Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
publishDate	2019
topic_facet	Электрошлаковая технология
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/167527
citation_txt	Особенности структур ообразования прецизионного сплава 29НК при ЭШП с порционным формированием слитка / И.В. Протоковилов, А.Т. Назарчук, Д.А. Петров, В.Б. Порохонько // Современная электрометаллургия. — 2019. — № 1. — С. 11-16. — Бібліогр.: 8 назв. — рос.
series	Современная электрометаллургия
work_keys_str_mv	AT protokoviloviv osobennostistrukturoobrazovaniâprecizionnogosplava29nkpriéšpsporcionnymformirovaniemslitka AT nazarčukat osobennostistrukturoobrazovaniâprecizionnogosplava29nkpriéšpsporcionnymformirovaniemslitka AT petrovda osobennostistrukturoobrazovaniâprecizionnogosplava29nkpriéšpsporcionnymformirovaniemslitka AT porohonʹkovb osobennostistrukturoobrazovaniâprecizionnogosplava29nkpriéšpsporcionnymformirovaniemslitka AT protokoviloviv osoblivostístrukturoutvorennâprecizíjnogosplavu29nkpriešpzporcíjnimformuvannâmzlivka AT nazarčukat osoblivostístrukturoutvorennâprecizíjnogosplavu29nkpriešpzporcíjnimformuvannâmzlivka AT petrovda osoblivostístrukturoutvorennâprecizíjnogosplavu29nkpriešpzporcíjnimformuvannâmzlivka AT porohonʹkovb osoblivostístrukturoutvorennâprecizíjnogosplavu29nkpriešpzporcíjnimformuvannâmzlivka AT protokoviloviv featuresofstructureformationintheprecisionalloy29nkinesrwithaportioningotformation AT nazarčukat featuresofstructureformationintheprecisionalloy29nkinesrwithaportioningotformation AT petrovda featuresofstructureformationintheprecisionalloy29nkinesrwithaportioningotformation AT porohonʹkovb featuresofstructureformationintheprecisionalloy29nkinesrwithaportioningotformation
first_indexed	2025-11-26T20:31:30Z
last_indexed	2025-11-26T20:31:30Z
_version_	1849886343323189248
fulltext	11ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1, 2019 ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ УДК 669.187.56.001.1 DOI: http://dx.doi.org/10.15407/sem2019.01.01 ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ ПРЕЦИЗИОННОГО СПЛАВА 29НК ПРИ ЭШП С ПОРЦИОННЫМ ФОРМИРОВАНИЕМ СЛИТКА И. В. Протоковилов, А. Т. Назарчук, Д. А. Петров, В. Б. Порохонько Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины. 03150, г. Киев, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua Приведены результаты изучения особенностей формирования структуры слитков прецизионного сплава 29НК, полученных способом электрошлакового переплава с порционным формированием. Слитки диаметром 84 и 120 мм выплавляли путем переплава расходуемых электродов в камерной электрошлаковой печи в импульсном режиме, обеспечивающем периодичность процессов плавления и кристаллизации металла. Это достигалось за счет циклического изменения электрического напряжения на ванне от рабочих значений, до значений, при которых плавление электрода прекращалось. Показано, что рациональный выбор режимов электрического пи- тания во время импульсов и пауз плавления металла позволяет сохранить устойчивость электрошлакового про- цесса и хорошее качество формирования боковой поверхности слитка. При этом открываются дополнительные возможности управления структурообразованием металла ЭШП с получением слитков с плотной структурой, без пористости, включений, крупных столбчатых кристаллов и зоны встречной кристаллизации по оси слитка. Библиогр. 8, табл. 1, ил. 4. К л ю ч е в ы е с л о в а : электрошлаковый переплав; прецизионные сплавы; ковар; слиток; порционное форми- рование; кристаллизация; макроструктура Сплав 29НК (ковар) относится к классу прецизион- ных сплавов с заданным температурным коэффи- циентом линейного расширения (ТКЛР) и имеет следующий химический состав, мас. %: Fe — ос- нова; Ni — 28,5...29,5; Со — 17,0...18,0 [1–3]. Его ТКЛР близок к ТКЛР стекла и керамики, при этом сплав отличается высокой адгезией к расплавлен- ному стеклу и поэтому широко используется для изготовления вакуумно-плотных электрических выводов, проходящих через стекло и керамику. Применение сплавов такого типа в электро- вакуумной технике и электронике связано с обе- спечением строго заданных физических свойств металла. Поэтому к ним предъявляются повышен- ные требования по химическому составу, гомо- генности, чистоте (отсутвие вредных примесей и включений). Свойства металла, определяющие качество продукции, достигаются, прежде всего, за счет обеспечения химической и структурной однород- ности исходного слитка. В слитках прецизионных сплавов ЭШП различные формы химической не- однородности в большей или меньшей степени связаны с дендритной ликвацией [4]. Поэтому актуальной задачей при выплавке прецизионных сплавов является поиск способов ее снижения. Образование в металле слитков ЭШП дефектов ликвационного характера следует рассматривать во взаимосвязи с условиями формирования их структуры при кристаллизации, зависящими от следующих основных факторов [5–7]: скорости переплава; условий охлаждения жидкой металлической ванны и температурного градиента на фронте за- твердевания; образования перед фронтом затвердевания двухфазной зоны, ширина которой определяется химическим составом и свойствами сплава; структуры и интенсивности гидродинамиче- ских течений в ванне и двухфазной зоне; характера передачи тепла металлической ванне шлаком и каплями жидкого металла. Приведенные выше факторы определяют глу- бину и форму жидкой металлической ванны, а следовательно и теплофизические условия фор- мирования структуры металла слитка. Наиболее благоприятные условия, с точки зре- ния структурообразования металла и снижения ликвационных процессов, создаются при поддер- жании в процессе ЭШП неглубокой жидкой ме- таллической ванны с плоским фронтом кристал- лизации. Однако при классической схеме ЭШП не всегда удается получичь желаемую структуру ме- талла при сохранении стабильности электрошла- кового процесса и качественного формирования боковой поверхности слитка. Так, уменьшение скорости переплава, приводящее к уменьшению глубины металлической ванны и улучшению © И. В. ПРОТОКОВИЛОВ, А. Т. НАЗАРЧУК, Д. А. ПЕТРОВ, В. Б. ПОРОХОНЬКО, 2019 12 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1, 2019 ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ структуры и однородности металла, одновремен- но приводит к недопустимому ухудшению форми- рования поверхности слитка. В связи с этим практический интерес представ- ляет исследование процесса ЭШП, который ведет- ся в импульсном режиме с послойным формирова- нием слитка. Как известно, температуру шлаковой ванны можно изменять в широких пределах путем регу- лирования электрического напряжения на ней. По сути нижний предел температуры шлаковой ван- ны ограничен температурой затвердевания флюса, а верхний — закипания. Температура плавления большинства флюсов для ЭШП сталей и сплавов на основе никеля и ко- бальта находится в пределах 1100...1400 оС, т. е. существенно ниже температуры плавления пере- плавляемого металла [8]. Это дает возможность, снижая напряжение на ванне в процессе ЭШП ниже определенного уровня, создавать такие ус- ловия, при которых будет поддерживаться жидкая электропроводная шлаковая ванна, а расходуе- мый электрод плавиться не будет. За счет этого, циклически изменяя напряжение на ванне и соот- ветствующим образом регулируя скорость подачи расходуемого электрода, можно обеспечить пери- одичность плавления электрода и послойное фор- мирование металла слитка. Следует подчеркнуть, что современные тири- сторные регуляторы с рабочими токами в десятки килоампер позволяют в процессе ЭШП изменять в широких пределах и по заданной программе на- пряжение на ванне и вводимую мощность, расши- ряя тем самым возможности управления процес- сом плавки и кристаллизацией слитка. Цель настоящей работы заключалась в исследо- вании технологических и металлургических осо- бенностей процесса ЭШП прецизионного сплава 29НК с периодическим плавлением расходуемого электрода и порционным (послойным) формиро- ванием слитка и изучении закономерностей струк- турообразования выплавленного металла. Основными параметрами, определяющими пор- ционное формирование слитка ЭШП, являются объем отдельных порций наплавленного металла и продолжительность выдержки, обеспечивающей полную или частичную кристаллизацию ранее рас- плавленной порции. В свою очередь первый пара- метр задается скоростью плавки и продолжитель- ностью соответствующих периодов (импульсов) электрического питания, второй — продолжитель- ностью периодов снижения напряжения на ванне (пауз плавления электрода) и режимами подогрева шлаковой ванны в эти периоды времени. Одной из важных задач при порционном фор- мировании слитка ЭШП является обеспечение на- дежного соединения отдельных порций металла без каких-либо дефектов в зоне сплавления. Свой- ства этой зоны в значительной мере определяются температурными режимами шлаковой ванны при паузах плавления электрода, а также переходными процессами в периоды между паузами и импуль- сами плавления. При этом следует учитывать, что при наплавлении очередной порции металла про- исходит термоциклическое воздействие на ранее наплавленные объемы металла с их частичным рас- плавлением и последующей перекристаллизацией. В целом для обеспечения требуемых свойств переходной зоны желательно, чтобы в процессе порционного переплава на поверхности формиру- ющегося слитка все время оставался слой жидкого металла. Это достигается выбором продолжитель- ности пауз плавления электрода и температуры подогрева шлаковой ванны в эти периоды. При выборе объема отдельных порций наплав- ленного металла следует исходить из условий структурообразования металла и технико-экономи- ческих показателей процесса переплава. При чрез- мерно большом объеме отдельных порций металла характер структурообразования в пределах каждо- го наплавленного слоя может ухудшаться с форми- рованием крупных столбчатых кристаллов, ориен- тированных в направлении теплоотвода. В свою очередь уменьшение объема отдельных порций металла ниже определенного значения также неце- лесообразно, так как оно не приводит к заметному улучшению качества металла, однако существенно снижает производительность процесса переплава. В целом высоту отдельных порций металла можно рассматривать как функцию от диаметра слитка. С учетом изложенных выше положений были проведены экспериментальные исследования про- цесса ЭШП с порционным формированием слит- ков сплава 29НК диаметрами 84 и 120 мм. Плавки осуществляли в печи камерного типа в атмосфере аргона с использованием солевого фторидно-хло- ридного флюса. Плавки проводили следующим образом. После наведения шлаковой ванны и выхода на задан- ные электрические режимы включали аппаратуру управления, изменяющую по заданной программе напряжение в процессе ЭШП. После расплавления порции электродного металла заданного объема напряжение на ванне снижалось до значений, при которых прекращалось плавление электродного металла (7,5...9,0 В). Одновременно прекращали подачу расходуемого электрода. Шлаковую ванну в этот период поддерживали в жидком состоянии 13ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1, 2019 ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ за счет ее подогрева электрическим током, величи- на которого уменьшалась пропорционально элек- трическому напряжению на ванне и увеличению сопротивления межэлектродного промежутка. В экспериментах периоды пауз плавления электрода составляли 180 и 300 с. Затем электрическое на- пряжение на ванне увеличивали до рабочего зна- чения (37...38 В), осуществляли подачу электрода и повторяли описанные выше циклы (рис. 1). Тем самым обеспечивалась периодичность процессов плавления электрода и кристаллизации металла по высоте слитка. Изменение напряжения в процессе переплава происходило автоматически за счет программиру- емого логического модуля и тиристорного регуля- тора, расположенного в первичной цепи силового трансформатора ТШП 10000/1. Изменение скорости подачи расходуемого электрода выполняли в руч- ном режиме. Режимы плавок приведены в таблице. Внешний вид, макроструктура и схема кристалли- зации выплавленных слитков показаны на рис. 2–4. Слиток 1 выплавлен при продолжительности им- пульсов и пауз плавления электрода 60 и 180 с со- ответственно. Процесс плавки проходил стабильно. Слиток характеризовался хорошим формированием боковой поверхности, на которой четко определя- лись шесть слоев кристаллизации (рис. 2, а). Высота отдельного наплавленного слоя составляла в сред- нем 33 мм. При переходе от слоя к слою на поверх- ности слитка имелись незначительные пережимы, глубина которых не превышала 1 мм. Макроструктура слитка, за исключением его головной части, плотная, без пор, шлаковых вклю- чений, несплавлений и прочих дефектов. Она ха- рактеризуется наличием преимущественно столб- чатых кристаллов (рис. 2, в), которые в придонной (1) и осевой (2) частях слитка ориентированы вертикально, а возле боковой стенки (3) — гори- зонтально. При этом ширина зоны горизонтально ориентированных кристаллов циклически изменя- ется по высоте слитка, что является характерным признаком его порционного формирования. Эта зона формируется во время пауз электропитания в условиях интенсивного охлаждения металла стен- ками кристаллизатора. Четко выраженных границ раздела между слоями кристаллизации не наблюда- ется. Необходимо обратить внимание на отсутствие зоны слабины по оси слитка характерной для слит- ков ЭШП малого диаметра. Участок 4 в головной части слитка характеризуется наличием усадочной раковины на глубине до 15 мм, что свидетельствует о необходимости тщательного соблюдения режи- мов ее выведения на заключительном этапе плавки. При выплавке слитка 2 продолжительность пе- риодов плавления электрода была уменьшена до 33 с при паузах плавления составляющих 180 с (таблица). Высота отдельных порций наплавлен- ного металла в данном случае составляла около 20 мм. Выплавленный слиток имел хорошее фор- мирование боковой поверхности с незначитель- ными пережимами в местах перехода от слоя к слою (рис. 3, а). Макроструктура металла плотная, состоит из различных зон, образование которых обусловлено порционным плавлением и кристаллизацией ме- талла с возможностью частичного подплавления, а также перекристаллизацией отдельных его объемов. По высоте слитка (рис. 3, в) четко проявляются горизонтальные участки послойного структурооб- разования, состоящие из зон вертикально ориенти- рованных кристаллов (2), чередующихся с участ- ками с мелкозернистой равноосной структурой (3). Толщина этих мелкокристаллических слоев не- Рис. 1. Условная циклограмма изменения напряжения (U), тока (I) и скорости подачи электрода (Vэл) в процессе плавки: tи, tп — продолжительности импульсов и пауз плавления элек- трода соответственно Режимы выплавки слитков сплава 29НК Номер плавки/ слитка Диаметр, мм Продолжи- тельность, с Скорость подачи электрода, м/ч Напряжение, В Ток, А электрода слитка импульса паузы импульс пауза импульс пауза импульс пауза 1 50 84 60 180 3,3 0 38 7,5 3200...3500 300...500 2 50 84 33 180 3,5 0 38 7,5 3500...4000 300...500 3 80 120 70 300 2,4 0 37 9,0 4500...5500 850...1000 14 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1, 2019 ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ сколько увеличивается по высоте слитка и стабили- зируется на высоте равной его диаметру. Дисперс- ность структуры участков столбчатых кристаллов 2, за исключением придонной зоны 1, существен- Рис. 2. Внешний вид (а), макроструктура (б) и схема кристаллизации (в) слитка сплава 29НК (плавка 1): 1 — придонная зона вертикально ориентированных кристаллов; 2 — центральная (осевая) зона вертикально ориентированных кристаллов; 3 — зоны горизонтально ориентированных кристаллитов у боковой поверхности слитка; 4 — зона в головной части слитка Рис. 3. Внешний вид (а), макроструктура (б) и схема кристаллизации (в) слитка сплава 29НК (плавка 2): 1 — придонная зона вертикально ориентированных кристаллов; 2 — зоны вертикально ориентированных кристаллов в центральной части слитка; 3 — зоны с мелкозернистой равноосной структурой; 4 — зона горизонтально ориентированных кристаллитов у боковой по- верхности слитка; 5 — зона разориентированных кристаллов в головной части слитка 15ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1, 2019 ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ но выше, чем в слитке 1. У боковых поверхностей слитка сформирована зона 4 с горизонтальной ори- ентацией кристаллов, ширина и дисперсность ко- торой мало изменяется по высоте слитка. Головная часть слитка 5 характеризуется разориентирован- ной структурой без усадочной пористости. В целом дисперсность структуры слитка 2 зна- чительно выше, чем у аналогичных слитков, полу- ченных по традиционной технологии ЭШП. Слиток 3 диаметром 120 мм выплавлен при продолжительности импульсов и пауз плавления электрода 70 и 300 с соответственно (см. таблицу). Поверхность слитка сформирована хорошо, глу- бина характерных пережимов на его поверхности не превышает 2 мм (рис. 4, а). Макроструктура металла плотная, каких-либо дефектов в поле ма- крошлифа не обнаружено (рис. 4, б). В централь- ной части слитка кристаллы ориентированы пре- имущественно вертикально, периферийные зоны (около боковой поверхности) характеризуются ро- стом кристаллов, направленных к центру слитка. Дисперсность столбчатых кристаллов в централь- ной части достаточно высока, «прорастания» кри- сталлов от слоя к слою не наблюдается. Границы между отдельными слоями кристаллизации выяв- ляются четко (на рис. 4, в показаны условно в виде черных линий 3). При этом следует отметить отсут- ствие каких-либо дефектов (микропор, шлаковых включений и пр.) по зонам сплавления. Тем не ме- нее наличие выраженных границ раздела между от- дельными порциями наплавленного металла носит, скорее, негативный характер, так как может приво- дить к анизотропии свойств металла в этих зонах. Анализ структуры выплавленных слитков по- казал ряд положительных эффектов, обусловлен- ных порционным плавлением и затвердеванием металла ЭШП. Все слитки имеют плотную струк- туру, без пористости и неметаллических вклю- чений, характеризуются отсутствием крупных столбчатых кристаллов и зоны встречной кристал- лизации по оси слитка. При выборе рациональ- ных режимов порционного формирования слитка «прорастания» кристаллов от слоя к слою не на- блюдается, т. е. максимальная длина кристаллов ограничивается высотой отдельного наплавленно- го слоя. В целом дисперсность структуры металла выплавленных слитков сплава 29НК существенно выше, чем у аналогичных слитков традиционного ЭШП. Следовательно порционное тепловложение дает возможность, в той или иной степени, управ- лять процессом кристаллизации слитков ЭШП. Эффективность такого управления и выбор соот- ветствующих режимов зависит, прежде всего, от химического состава сплава, размеров выплавляе- мого слитка и условий его охлаждения. Таким образом, проведенные эксперименты по- казали широкие возможности управления струк- турообразованием металла слитков при ЭШП за счет ведения процесса в импульсном режиме, обе- спечивающем периодическое порционное плав- ление и затвердевание металла. При этом выбор рациональных режимов электрического питания во время импульсов и пауз плавления металла позволяет сохранить устойчивость электрошлако- вого процесса и хорошее качество формирования боковой поверхности слитка. Дальнейшие работы будут направлены на изу- чение закономерностей структурообразования слитков большего диаметра, отработку режимов изменения параметров процесса на переходных Рис. 4. Внешний вид (а), макроструктура (б) и схема кристаллизации (в) слитка сплава 29НК (плавка 3): 1 — зоны вертикально ориентированных кристаллов; 2 — зона горизонтально ориентированных кристаллов; 3 — линии сплавления 16 ISSN 2415-8445 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ, № 1, 2019 ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ этапах и исследование свойств металла, включая зону сплавления. Список литературы 1. ГОСТ 10994–74. Сплавы прецизионные. Марки. Межго- сударственный стандарт. 2. Молотилов Б. В. (ред.). (1983) Прецизионные сплавы. Справочник. Москва, Металлургия. 3. Грицианов Ю. А., Путимцев Б. Н., Молотилов Б. В. (1975) Металлургия прецизионных сплавов. Москва, Металлургия. 4. Голиков И. Н., Масленков О. Б. (1977) Дендритная ликва- ция в сталях и сплавах. Москва, Металлургия. 5. Медовар Б. И., Цыкуленко А. К., Шевцов В. Л. и др. (1986) Металлургия электрошлакового процесса. Патон Б. Е. (ред.). Киев, Наукова думка. 6. Медовар Б. И., Цыкуленко А. К., Дяченко Д. М. (1990) Качество электрошлакового металла. Патон Б. Е., Медо- вар Б. И. (ред.). Киев, Наукова думка. 7. Митчелл А. (2008) Кристаллизация металла в процессах переплава. Современная электрометаллургия, 2, 4–13. 8. (2016) Выбор оптимального флюса — залог успеха при электрошлаковом переплаве. https://www.wacker.com/ cms/media/publications/downloads/632_RU.pdf References 1. GOST 10994–74: Precision alloys. Grades. Intergovernmen- tal standard [in Russian]. 2. (1983) Precision alloys: Refer. book. Ed. by B.V. Molotilov. Moscow, Metallurgiya [in Russian]. 3. Gritsianov, Yu.A., Putimtsev, B.N., Molotilov, B.V. (1975) Metallurgy of precision alloys. Moscow, Metallurgiya [in Russian]. 4. Golikov, I.N., Maslenkov, O.B. (1977) Dendritic segregation in steels and alloys. Moscow, Metallurgiya [in Russian]. 5. Medovar, B.I., Tsykulenko, A.K., Shevtsov, V.L. et al. (1986) Metallurgy of electroslag process. Ed. by B.E. Paton. Kiev, Naukova Dumka [in Russian]. 6. Medovar, B.I., Tsykulenko, A.K., Dyachenko, D.M. (1990) Quality of electroslag metal. Ed. by B.E. Paton, B.I. Medovar. Kiev, Naukova Dumka [in Russian]. 7. Mitchell, A. (2008) Solidification of metal in remelting pro- cesses. Advances in Electrometallurgy, 2, 3–11. 8. (2016) Selection of optimal flux — guarantee of success in electroslag remelting. https://www.wacker.com/cms/media/ publications/downloads/632_RU.pdf ОСОБЛИВОСТІ СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ ПРЕЦИЗІЙНОГО СПЛАВУ 29НК ПРИ ЕШП З ПОРЦІЙНИМ ФОРМУВАННЯМ ЗЛИВКА І. В. Протоковілов, О. Т. Назарчук, Д. А. Петров, В. Б. Порохонько Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua Наведено результати вивчення особливостей формування структури зливків прецизійного сплаву 29НК, от- риманих способом електрошлакового переплаву з порційним формуванням. Зливки діаметром 84 і 120 мм ви- плавляли шляхом переплаву витратних електродів в камерній електрошлаковій печі в імпульсному режимі, що забезпечує періодичність процесів плавлення і кристалізації металу. Це досягалося за рахунок циклічної зміни електричної напруги на ванні від робочих значень, до значень, при яких плавлення електрода припинялось. Показано, що раціональний вибір режимів електричного живлення під час імпульсів і пауз плавлення металу дозволяє зберегти стабільність електрошлакового процесу і добру якість формування бокової поверхні зливка. При цьому відкриваються додаткові можливості управління структуроутворенням металу ЕШП з отриманням зливків з щільною структурою, без пористості, включень, великих стовпчастих кристалів і зони зустрічної кристалізації по осі зливка. Бібліогр. 8, табл. 1, іл. 4. К л ю ч о в і с л о в а : електрошлаковий переплав; прецизійні сплави; ковар; зливок; порційне формування; кри- сталізація; макроструктура Features oF structure Formation in the precision alloy 29nK in esr with a portion ingot Formation i.V. protokovilov, a. t. nazarchuk, D.a. petrov, V.B. porohonko E.O. Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine. 11 Kazimir Malevich Str., 03150, Kyiv, Ukraine. E-mail: office@paton.kiev.ua The results of studying the features of structure formation in the ingots of the precision alloy 29NK are given, produced by electroslag remelting with a portion formation. The ingots with a diameter of 84 and 120 mm were melted by remelting consumable electrodes in a chamber electroslag furnace in a pulsed mode, providing the periodicity of processes of melting and crystallization of metal. This was achieved due to cyclical variation of electric voltage on the pool from the operating values to the values at which the melting of the electrode stopped. It is shown that a rational choice of electric supply modes during pulses and pauses of metal melting allows maintaining the stability of electroslag process and a good quality of the formation of the side surface of the ingot. At the same time, additional possibilities are opened for controlling the structure formation in the ESR metal with producing ingots having a dense structure, without porosity, inclusions, large columnar crystals and a zone of counter crystallization along the axis of the ingot. Ref. 8, Tabl. 1, Fig. 4. K e y w o r d s : electroslag remelting; precision alloys; kovar; ingot; portion formation; crystallization; macrostructure Поступила 12.11.2018

Особенности структур ообразования прецизионного сплава 29НК при ЭШП с порционным формированием слитка

Репозитарії

Схожі ресурси