Метод расчета испарения алюминия в интерметаллидных системах Ti-Al при электронно-лучевом переплаве
Рассмотрены вопросы контроля испарения алюминия из сплавов на основе интерметаллидов системы Ti-Al при электронно-лучевой выплавке. Определены основные факторы, влияющие на процесс испарения при данном способе плавки. Разработана методика управления составом сплавов, применимость которой доказана эк...
Saved in:
| Date: | 2010 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Series: | Металл и литье Украины |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49948 |
| 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: | Метод расчета испарения алюминия в интерметаллидных системах Ti-Al при электронно-лучевом переплаве / М.М. Ворон // Металл и литье Украины. — 2010. — № 11. — С. 31-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49948 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-499482025-02-09T15:53:47Z Метод расчета испарения алюминия в интерметаллидных системах Ti-Al при электронно-лучевом переплаве Метод розрахунку випаровування алюмінію в інтерметалідних системах Ti-Al при електронно-променевому переплаві The counting method оf aluminum evaporation in electron beam melted Ti-Al-based intermetallic alloys Ворон, М.М. Рассмотрены вопросы контроля испарения алюминия из сплавов на основе интерметаллидов системы Ti-Al при электронно-лучевой выплавке. Определены основные факторы, влияющие на процесс испарения при данном способе плавки. Разработана методика управления составом сплавов, применимость которой доказана экспериментально. Розглянуто питання контролю випаровування алюмінію зі сплавів на основі інтерметалідів системи Ti-Al при електронно-променевій виплавці. Визначено основні чинники, що впливають на процес випаровування при даному способі плавки. Розроблено методику управління складом сплавів, дієвість якої доведено експериментально. The question of aluminum evaporation control from electron-beam melted Ti-Al-based intermetallic alloys are considered. The main factors that have influence on evaporation process are researched. The method of composition control management is developed and its applicability is proved experimentally. Статья написана по материалам VI Международной научно-практической конференции «Литье-2010», состоявшейся 21-23 апреля 2010 года в Запорожье. 2010 Article Метод расчета испарения алюминия в интерметаллидных системах Ti-Al при электронно-лучевом переплаве / М.М. Ворон // Металл и литье Украины. — 2010. — № 11. — С. 31-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49948 621.745.558.669.295 ru Металл и литье Украины application/pdf Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Рассмотрены вопросы контроля испарения алюминия из сплавов на основе интерметаллидов системы Ti-Al при электронно-лучевой выплавке. Определены основные факторы, влияющие на процесс испарения при данном способе плавки. Разработана методика управления составом сплавов, применимость которой доказана экспериментально. |
| format |
Article |
| author |
Ворон, М.М. |
| spellingShingle |
Ворон, М.М. Метод расчета испарения алюминия в интерметаллидных системах Ti-Al при электронно-лучевом переплаве Металл и литье Украины |
| author_facet |
Ворон, М.М. |
| author_sort |
Ворон, М.М. |
| title |
Метод расчета испарения алюминия в интерметаллидных системах Ti-Al при электронно-лучевом переплаве |
| title_short |
Метод расчета испарения алюминия в интерметаллидных системах Ti-Al при электронно-лучевом переплаве |
| title_full |
Метод расчета испарения алюминия в интерметаллидных системах Ti-Al при электронно-лучевом переплаве |
| title_fullStr |
Метод расчета испарения алюминия в интерметаллидных системах Ti-Al при электронно-лучевом переплаве |
| title_full_unstemmed |
Метод расчета испарения алюминия в интерметаллидных системах Ti-Al при электронно-лучевом переплаве |
| title_sort |
метод расчета испарения алюминия в интерметаллидных системах ti-al при электронно-лучевом переплаве |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2010 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49948 |
| citation_txt |
Метод расчета испарения алюминия в интерметаллидных системах Ti-Al при электронно-лучевом переплаве / М.М. Ворон // Металл и литье Украины. — 2010. — № 11. — С. 31-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Металл и литье Украины |
| work_keys_str_mv |
AT voronmm metodrasčetaispareniâalûminiâvintermetallidnyhsistemahtialpriélektronnolučevompereplave AT voronmm metodrozrahunkuviparovuvannâalûmíníûvíntermetalídnihsistemahtialprielektronnopromenevomupereplaví AT voronmm thecountingmethodofaluminumevaporationinelectronbeammeltedtialbasedintermetallicalloys |
| first_indexed |
2025-11-27T18:05:34Z |
| last_indexed |
2025-11-27T18:05:34Z |
| _version_ |
1849967766017146880 |
| fulltext |
31МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 ’2010
УДК 621.745.558.669.295
М. М. Ворон
Физико-технологичеcкий институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
Метод расчета испарения алюминия в интерметаллидных
системах Ti-Al при электронно-лучевом переплаве
Рассмотрены вопросы контроля испарения алюминия из сплавов на основе интерметаллидов системы Ti-Al
при электронно-лучевой выплавке. Определены основные факторы, влияющие на процесс испарения при
данном способе плавки. Разработана методика управления составом сплавов, применимость которой доказана
экспериментально.
Ключевые слова: сплавы, интерметаллиды, система Ti-Al, испарение алюминия, электронно-лучевая плавка,
управление составом
П
роведеные в Физико-технологическом институте
металлов и сплавов НАН Украины исследования
по возможности выплавки сплавов систем Ti-Al
электронно-лучевым способом показали пер-
спективность этой технологии для получения ли-
тых заготовок необходимого качества [1, 2]. В свя-
зи с этим возникла задача максимального использо-
вания отходов (литейных чаш, литниковых каналов,
стояков, бракованных отливок и т. п.) как основной
шихты следующих плавок, для чего необходимо бы-
ло определить поведение алюминия при повторных
переплавах.
Учитывая то, что при электронно-лучевой плав-
ке испарение алюминия осуществляется по молеку-
лярному режиму [3], единственная возможность ре-
шения данной задачи – это применение уравнения
Ленгмюра [3-6]
o
2i i i i
MN
RT
ω = α ρ γ
π
, (1)
где ω – испарение, г/(см2∙сек); αi – коэффициент кон-
денсации; ρi
o – парциальное давление і-го элемен-
та (мм рт. ст.); γi – коэффициент активности; Ni –
мольная доля і-го элемента; M – молярная масса;
R – универсальная газовая постоянная; T – темпе-
ратура (К).
Общим для этих работ является то, что объектом
исследований были сплавы титана с относительно
небольшим содержанием алюминия (3-6 %мас.), ха-
рактерным для большинства серийных титановых
сплавов. Это обстоятельство не дает возможности
использовать их результаты для сплавов интерме-
таллидных систем Ti-Al (с содержанием алюминия
более 15 %мас.).
Keywords rolling, parameter, offset volume, unit volume, residual volume, angle of nip
Поступила 08.09.10
The analysis of the bulk of the material flow was done, specific amounts of the deformation zone were identified, the functional
relationship between them was established, and the mechanism of formation of displaced volume during rolling also analysis
of the linkages between the displaced volume and other characteristics (adjacent) volumes was done. The analysis presented
in the form of graphic dependences of dimensionless variables. The established regularities allow extending the idea of the
physical side of the rolling process and the relationship characteristic of the deformation zone. Using the identified patterns allows
to develop more precise methods of kinematic and energy-force parameters calculation of rolling to solve practical problems.
Oginskyy I.
Offset volume during rollingSummary
Ключові слова прокатка, параметр, зміщений об’єм, одиничний об’єм, остаточний об’єм, кут захоплення
* По материалам VI Международной научно-практической конференции «Литье-2010», состоявшейся 21-23 апреля 2010 года
в Запорожье
32 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 ’2010
Блок-схема расчета представлена на рисунке.
Для проверки адекватности разработанной ме-
тодики провели опытные плавки, в которых исход-
ной шихтой служили сплавы системы Ti-Al с со-
держанием Al соответственно 24 и 60 %мас. Плав-
ки проводились на электронно-лучевой литейной
установке на базе печи ИСВ-004 в медном водо-
охлаждаемом тигле диаметром 120 мм с элек-
тромагнитным перемешиванием. Мощность лу-
ча во время выдержки расплава в жидком состо-
янии составляла 60 кВт. Технико-экономические
показатели плавок, рассчетные и действитель-
ные химические составы представлены в табли-
це. Исследования химического состава проводилось
на рентгено-флуорисцентном анализаторе фирмы
Рhilips в ИЭС им. Е. О. Патона.
Как видно из результатов, различие между рас-
счетными данными и данными химического анализа
составляет ±1 % по составу, что дает основание счи-
тать разработанную методику ведения расчета дей-
ственной и пригодной к применению, ведь она да-
ет возможность с достаточной точностью прогнози-
ровать изменение состава сплава, а следовательно
использовать ее для решения практических вопро-
сов по выплавке сплавов интерметаллидных соеди-
нений системы Ti-Al.
Блок-схема расчета
Введение
начальных
данных
Расчет массовых
процентов
Расчет мольных долей
Расчет изменения состава,
замена мольных долей
τ = τконечное
Вывод данных
нет
да
Введение
начальных
данных
Расчет массовых
процентов
Расчет мольных долей
Расчет изменения состава,
замена мольных долей
τ = τконечное
Вывод данных
нет
да
Представленная для этого случая методика при
выплавке сплавов в условиях электронно-лучевой
гарнисажной плавки базируется на представлени-
ях о поверхности испарения как зоны с двумя от-
личными температурными областями (поверхность
зеркала жидкометаллической ванны и область не-
посредственного действия электронного луча, то
есть фокальное пятно). Кроме того, в методике
учтено непосредственное изменение количествен-
ного соотношения компонентов в процессе плавки.
Для расчетов в упомянутых работах использовали
среднюю температуру расплава, а за величину мо-
лярной доли брали начальное ее значение и счита-
ли его неизменным во времени, что, по нашему мне-
нию, не отвечает реальным условиям электронно-
лучевой гарнисажной плавки.
Чтобы иметь возможность рассчитывать состав
сплава через определенный промежуток времени,
необходимо воспользоваться известным уравнени-
ем (1) с учетом того, что функция изменения массы
есть функцией времени, которое получаем из урав-
нения (1) после умножения его на значение площа-
ди, из которой происходит испарения, и времени, в
течение которого продолжается плавка. Определяем
массу испаряющегося металла по уравнению.
(2)
где S – площадь зеркала жидкого металла, с которого
происходит испарение, см2; τ – время, с.
Приняв во внимание наличие двух отличающих-
ся температурных зон и их различия относительно
парциальных давлений компонентов в них, уравне-
ние примет вид
o
ван ван
ван
o
луча луча
луча
2
2
i i i i
i i i
MS N
RT
m
MS N
RT
α ρ γ + π = ⋅ τ + α ρ γ π
. (3)
Скорость испарения элементов прямо пропорцио-
нальна молярной доли элементов в расплаве. Следо-
вательно, степень изменения содержания элементов
в расплаве является функцией двух переменных (при
условии, что температура не меняется), то есть
Δm = f(N,τ). (4)
Для удобства расчетов были ис-
пользованы методы компьютерного
вычисления в среде математическо-
го программирования MathCad 14.
Решили рассматривать время как
главный фактор изменения количе-
ства металла. Для повышения точ-
ности расчетов применили один из
принципов теоремы Вейерштрасса –
уменьшение шага между итерация-
ми, что в нашем случае составляет
одну секунду.
Но-
мер
плав-
ки
Началь-
ный
состав,
%мас.
Р,
кВт Т1, К Т2, К
τ,
с
Конечный состав
Al, %мас.
Δ, %
Al Ti действи-
тельный
рассчет-
ный
1 24 76 60 1905 1935 122 19,1 18,74 −0,36
2 24 76 60 1905 1935 250 13,4 14,23 +0,83
3 60 40 60 1725 1760 425 57,1 56,7 −0,6
4 60 40 60 1725 1760 857 52,2 52,92 +0,72
Примечание: Т1 – температура зеркала жидкой ванны, Т2 – температура зоны фокального
пятна
o
2i i i i
Mm S N
RT
= α ρ γ ⋅ τ π
,
33МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 ’2010
ЛИТЕРАТУРА
1. Ладохин С. В., Левицкий Н. И. Опыт получения интерметаллидов титана методом электронно-лучевой гарнисажной
плавки // Проблемы современного материаловедения. – Гомель: ИММС НАНБ, 2008. – С. 14-20.
2. Качество литых заготовок из интерметаллидных сплавов Ti-Al, полученых электронно-лучевой плавкой / Н. И. Левиц-
кий, В. И. Мирошниченко, Т. В. Лапшук и др. // Процессы литья. – 2010. – № 1. – С. 33-37.
3. Электронная плавка металлов / Г. Ф. Заборонок, Т. И. Зеленцов, A. С. Ронжин, Б. Г. Соколов. – М.: Металлургия,
1965. – 291 с.
4. Патон Б. Е., Тригуб Н. П., Ахонин С. В. Электронно-лучевая плавка тугоплавких и высокореакционных металлов
– Киев: Наук. думка, 2008. – 312 с.
5. Электронно-лучевая плавка титана / Б. Е. Патон, Н. П. Тригуб, С. В. Ахонин, Г. В. Жук. – Киев: Наук. думка, 2006. – 246 с.
6. Numerical simulation of the EBCHR process / J-P. Bellot, E. Floris, A. Jardy, D. Ablitzer // Proc. Conf. «Electron Beam Melt-
ing and Refining State of Art. 1993», R. Bakish Ed. – Bakish Materials Corp., Englewood, N. J. – 1993. – P. 139-153.
Ворон М. М.
Метод розрахунку випаровування алюмінію в інтерметалідних системах
Ti-Al при електронно-променевому переплаві
Анотація
Розглянуто питання контролю випаровування алюмінію зі сплавів на основі інтерметалідів системи Ti-Al при електрон-
но-променевій виплавці. Визначено основні чинники, що впливають на процес випаровування при даному способі
плавки. Розроблено методику управління складом сплавів, дієвість якої доведено експериментально.
Ключові слова сплави, інтерметаліди, система Ti-Al, випаровування алюмінію, електронно-променева
плавка, управління складом
Voron M.
The counting method оf aluminum evaporation in electron beam melted
Ti-Al-based intermetallic alloys
Summary
The question of aluminum evaporation control from electron-beam melted Ti-Al-based intermetallic alloys are con-
sidered. The main factors that have influence on evaporation process are researched. The method of composition control
management is developed and its applicability is proved experimentally.
Keywords Ti-Al intermetallic systems, aluminum evaporation, electron-beam melting, composition control
Поступила 11.06.10
В Н И М А Н И Е!
Журнал «Металл и литье Украины» практикует выпуск заказных номеров для
экспонирования на международных симпозиумах, выставках-ярмарках и т. п.
Стоимость спецвыпуска, целиком посвященного предприятию/фирме-заказчику,
– 7000 грн.
|