Особенности выплавки титановых сплавов в электронно-лучевой гарнисажной установке в зависимости от вида шихтовых материалов
Проведены исследования по выплавке титановых сплавов из шихтовых материалов разного вида (кусковые и листовые отходы, стружка и губка). Показана необходимость учета этого фактора при выборе режима плавки, в частности степени концентрированности электронного пучка и темпа поднятия мощности на начальн...
Saved in:
| Published in: | Металл и литье Украины |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49949 |
| 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: | Особенности выплавки титановых сплавов в электронно-лучевой гарнисажной установке в зависимости от вида шихтовых материалов / Н.И. Левицкий, В.И. Мирошниченко, Е.А. Матвиец, Т.В. Лапшук // Металл и литье Украины. — 2010. — № 11. — С. 34-36. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860028689342791680 |
|---|---|
| author | Левицкий, Н.И. Мирошниченко, В.И. Матвиец, Е.А. Лапшук, Т.В. |
| author_facet | Левицкий, Н.И. Мирошниченко, В.И. Матвиец, Е.А. Лапшук, Т.В. |
| citation_txt | Особенности выплавки титановых сплавов в электронно-лучевой гарнисажной установке в зависимости от вида шихтовых материалов / Н.И. Левицкий, В.И. Мирошниченко, Е.А. Матвиец, Т.В. Лапшук // Металл и литье Украины. — 2010. — № 11. — С. 34-36. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Металл и литье Украины |
| description | Проведены исследования по выплавке титановых сплавов из шихтовых материалов разного вида (кусковые и листовые отходы, стружка и губка). Показана необходимость учета этого фактора при выборе режима плавки, в частности степени концентрированности электронного пучка и темпа поднятия мощности на начальной стадии плавки.
Проведено дослідження з виплавки титанових сплавів із шихтових матеріалів різного виду (кускові та листові відходи, стружка та губка). Показано необхідність врахування цього фактора при виборі режиму плавки, зокрема ступеню концентрованості електронного пучка та темпу підйому потужності на початковій стадії плавки.
The titanium alloys melting with the use of charge materials kinds of different (scrap, sheet edges, scobs and sponge) is investigated. The degree of electron beam density and rate of power increasing on the initial stage of melting are necessary to consider different kinds of charge.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:50:57Z |
| format | Article |
| fulltext |
34 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 ’2010
УДК 669.187.2:621.745
Н. И. Левицкий, В. И. Мирошниченко, Е. А. Матвиец, Т. В. Лапшук
Физико-технологичеcкий институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
Особенности выплавки титановых сплавов
в электронно-лучевой гарнисажной установке
в зависимости от вида шихтовых материалов*
Проведены исследования по выплавке титановых сплавов из шихтовых материалов разного вида (кусковые и
листовые отходы, стружка и губка). Показана необходимость учета этого фактора при выборе режима плавки,
в частности степени концентрированности электронного пучка и темпа поднятия мощности на начальной ста-
дии плавки.
Ключевые слова: интерметаллиды, система Ti-Al, электронно-лучевая плавка, режимы плавки, шихтовые ма-
териалы
В качестве шихтовых материалов использовали ку-
сковые, листовые отходы и прессованную стружку тех-
нического титана ВТ1-0 и титановую губку ТГ-110 разных
фракций. Опытные плавки проводили в электронно-
лучевой установке ЭЛЛУ-4, смонтированной на базе
серийной печи ИСВ-004, в гарнисажных тиглях ТП20
(∅ 280 мм, h 220 мм) и ТП23 (∅ 75 мм, h 70 мм) [4].
Слив расплава осуществляли путем поворота тигля
на 90º в первом случае в графитовую форму ∅ 65
мм, во втором – форму для получения отливки «ко-
локольчик». Из всех возможных диаметров фокаль-
ного пятна выбрали для первого тигля ∅ 40 и 120 мм,
для второго – 20 и 40 мм как такие, которые обеспе-
чивают достаточно плавный процесс плавки и при-
емлемую длительность ее по сравнению с преды-
дущими экспериментами. Заметим, что речь идет о
стадии предварительного расплавления и наведе-
ния поверхностной металлической ванны к момен-
ту включения электромагнитного перемешивания
(ЭМП) расплава, в результате которого пучок диаме-
тром ∼ 10 мм устанавливается в центре тигля и его
размер практически не поддается регулированию.
Режим плавок в тиглях ТП20 и ТП23 представлен
соответственно на рис. 1-4, а технико-экономические
показатели – в табл. 1 и 2. Как видно из получен-
ных результатов, выплавка сплавов из компактной
шихты может осуществляться как при больших, так
и меньших темпах поднятия мощности и концентри-
рованности электронного нагрева без особых отли-
чий в значениях массы слива и удельной мощности
(пл. 1, 2, табл. 1 и пл. 1, 2, табл. 2).
Относительно выплавки сплава из титановой губ-
ки, то здесь особенно чувствуется необходимость пра-
вильного выбора этих параметров для обеспечения за-
данных масс сливаемого расплава при приемлемых
для этих масс удельных расходах электроэнергии. Не-
достаточная выдержка при относительно небольших
удельных мощностях нагрева на начальной стадии
плавки приводит к бурному кипению на стадии на-
копления расплава с помощью ЭМП, при котором,
как уже упоминалось, степень концентрированности
О
дно из преимуществ выплавки титановых спла-
вов в электронно-лучевых гарнисажных установ-
ках – возможность использования шихтовых ма-
териалов разного вида без специальной их под-
готовки как, например, изготовление электродов в
случае вакуумно-дуговой плавки или расходных за-
готовок для капельного переплава при электронно-
лучевой плавке с промежуточной емкостью.
Разработка рациональной технологии электрон-
но-лучевой гарнисажной плавки (ЭЛГП) предусма-
тривает оптимальный набор основных параметров
процесса, из которых определяющими являются
мощность электронного пучка и время выдержки при
заданной мощности. Поэтому режимы плавки во всех
известных работах по этому вопросу представляют
в виде зависимости мощности электронно-лучевого
нагрева Р от времени τпл. При выплавке титановых
сплавов характерным является ступенчатый режим
регулирования мощности, который заключается в пе-
риодическом ее повышении с определенной времен-
ной выдержкой на каждой ступеньке [1]. Это обуслов-
лено интенсивным газовыделением из шихты по ме-
ре ее прогрева и плавления, повышением давления
остаточных газов в плавильной камере и межэлек-
тродном пространстве электронной пушки, что при-
водит к ее отключению. Другими словами, мощность
нагрева и длительность выдержки на каждой из сту-
пенек являются производными от уровня вакуума в
плавильной камере, что, в свою очередь, зависит и
от вида материалов шихты.
Относительно еще одного параметра электрон-
но-лучевой плавки – диаметра фокального пятна,
то есть степени концентрированности электронно-
го нагрева, то он чаще всего рассматривается как
эффективное средство рафинирования расплава [2]
и возможный фактор влияния на формирование
структуры и свойств литого материала [3].
В данной работе представлены результаты ис-
следований связи диаметра фокального пятна с
технико-экономическими показателями плавки при
выплавке титановых сплавов из разной шихты.
* По материалам VI Международной научно-практической конференции «Литье-2010», состоявшейся 21-23 апреля 2010 года
в Запорожье
35МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 ’2010
электронного пучка не контролируется. Частые
пробои на этой стадии, как следствие, приводят
как к незапланированным потерям энергии, так
и к проблеме обеспечения необходимой массы
расплава. В случае простого переплава шихты
в виде отходов сплава ВТ1-0 либо губки мас-
са слива может и не иметь существенного зна-
чения (например, для получения образцов), от-
клонение ее от заданных параметров при вы-
плавке более сложных сплавов безусловно
представляет фактор риска, поскольку расчет
процентного содержания легирующих элемен-
тов привязывается как раз к этой массе. Поэ-
тому при выплавке многокомпонентных спла-
вов на основе титана в условиях электронно-
лучевой гарнисажной плавки, где основной
шихтой является титановая губка, самым ра-
циональным способом является ее предва-
рительный переплав со сливом в литейную
форму и последующим использованием полу-
ченной компактной заготовки.Это дает возмож-
ность при получении сплавов применять более
«жесткий» режим на начальных стадиях плав-
ки, что необходимо и для расплавления таких
тугоплавких добавок, как молибден, ниобий, ва-
надий, вольфрам и др.
Как пример в табл. 3 представлен химический со-
став (среднее значение) слитков сплава титана α-
и β-класса Т1100 (Ti-6 Al-2,7 Sn-4 Zr-0,4 Mo-0,4 Si),
ИMИ 834 (Ti-5,5 Al-4 Sn-4 Zr-1 Nb-0,4 Mo-0,35 Si),
T1008 (Ti-6 Al-3,5 Sn-6 Zr-4 Mo-5,5 Nb-0,35 Si-2 V) и
сплава на основе интерметаллида γ-TiAl (Ti-33,4 Al-5
Nb-2,6 Cr) массой 6-8 кг, полученных с учетом ре-
зультатов предыдущих опытов.
Легкоплавкие компоненты (алюминий, олово,
кремний) в трех первых плавках размещали на дне
гарнисажа и обогащение расплава происходило
Номер
плавки
Масса
шихты,
кг
Мощность,
кВт Время
плавки,
мин
Масса
слива,
кг
Удельные
затраты
электро-
энергии,
кВт·ч/кгЭЛО ЭМП
1 0,6 5,77 0,3 20 0,58 10,46
2 0,6 4,05 0,3 18 0,54 8,05
3 0,6 6,70 0,15 27 0,41 17,12
4 0,6 5,85 0,15 23 0,50 12,0
Таблица 2
Технико-экономические показатели выплавки сплава
ВТ1-0 в тигле ТП23
P, кВт
30
20
10
0 10 20 τ,мин.
1
2
Режим выплавки сплава ВТ1-0 из губки ТГ-110 в тиг-ле ТП23:
1 – диаметр фокального пятна 40 мм; 2 – диаметр фокального пятна
20 мм; – плавка № 3; – плавка № 4; – ЭМП
Рис. 4.
Режим выплавки сплава ВТ1-0 из губки ТГ-110 в тигле
ТП20: 1 – диаметр фокального пятна 40 мм; 2 – диаметр фокаль-
ного пятна 120 мм; – плавка № 3; – плавка № 4; – ЭМП
Рис. 2.
20 40 τ,мин.
P, кВт
60
40
20
0
1
2
P, кВт
30
20
10
0 10 τ,мин.
1
2
Режим выплавки сплава ВТ1-0 из кусковой шихты в тигле
ТП23: 1 – диаметр фокального пятна 40 мм; 2 – диаметр фокаль-
ного пятна 20 мм; – плавка № 1; – плавка № 2; – ЭМП
Рис. 3.
P, кВт
60
40
20
0 20 40 τ,мин.
2
1
Режим выплавки сплава ВТ1-0 из отходов производст-
ва в тигле ТП20 при диаметре фокального пятна 40 мм: 1 – пе-
реплав стружки; 2 – переплав листовых отходов; – плавка № 1;
– плавка № 2; – ЭМП
Рис. 1.
Номер
плавки
Масса
шихты,
кг
Мощность,
кВт Время
плавки,
мин
Масса
слива,
кг
Удельные
затраты
электро-
энергии,
кВтּч/кгЭЛО ЭМП
1 8 25,8 10,5 53 7,8 4,65
2 8 24,95 10,5 38 7,3 4,85
3 8 32,65 12,25 46 6,5 6,9
4 8 26,73 9,91 57 7,1 5,16
Таблица 1
Технико-экономические показатели выплавки сплава
ВТ1-0 в тигле ТП20
36 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ № 11 ’2010
путем растворения их по мере работы системы ЭМП,
а тугоплавкие (молибден, ниобий, ванадий) разме-
щали сверху основной шихты и сплавляли непосред-
ственно электронным пучком и за счет ЭМП рав-
номерно распределяли в расплаве. Использовали
куски разной величины (в соответствии с массой до-
бавок), хотя, как свидетельствуют результаты ана-
лиза пл. № 6 и особенно № 7, молибден желатель-
но вводить измельченным, чтобы предотвратить его
оседание на дно гарнисажа в силу того, что основная
шихта переходит в жидкое состояние раньше, чем
расплавляются куски молибдена.
ЛИТЕРАТУРА
1. Влияние электромагнитного перемешивания на электронно-лучевую гарнисажную плавку титана и его сплавов /
С. В. Ладохин, Н. И. Левицкий, Б. Дамкрогер, Р. Вильямсон // Металл и литье Украины. – 1996. – № 11-12. – С. 39-43.
2. Ладохин С. В., Корнюшин Ю. В. Анализ процессов рафинирования при электронно-лучевой плавке с учетом потерь
энергии излучением и на испарение металла: Препринт. – Киев: ИПЛ АН УССР, 1985. – 33 с.
3. Левицкий Н. И., Аникин Ю. Ф., Лапшук Т. В. Факторы качества литых титановых сплавов и отливок при электронно-
лучевой плавке // Процессы литья. – 2002. – № 7. – С. 65-70.
4. Электронно-лучевая плавка в литейном производстве / Под ред. С. В. Ладохина – Киев: Сталь, 2007. – С. 111-120.
Номер
плавки Сплав
Содержание элементов, %мас.
Al Sn Zr Mo Nb Si V Cr
5 Т1100 6/7,1 2,7/2,66 4,0/4,6 0,4/0,37 – 0,4/0,37 – –
6 ІМІ834 5,5/6,06 4,0/3,3 4,0/4,7 0,4/0,12 1,0/1,02 0,35/0,41 – –
7 Т1008 6,06/6,7 3,5/3,46 6,0/6,8 4,0/0,47 5,5/4,98 0,35/0,57 2,0/2,1 –
8 γ-TiAl 33,4/32,7 – – – 5,0/4,14 – – 2,6/2,55
Примечания: Ті – основа; числитель – рассчитан, знаменатель – полученное содержание
Таблица 3
Химический состав слитков сплавов титана, полученных в тигле ТП20
Levitskiy N., Miroshnichenko V., Matviets E., Lapshuk T.
Features of electron-beam skull melting of titanium alloys, depending on the
charge materials
Summary
The titanium alloys melting with the use of charge materials kinds of different (scrap, sheet edges, scobs and sponge) is in-
vestigated. The degree of electron beam density and rate of power increasing on the initial stage of melting are necessary to
consider different kinds of charge.
Keywords intermetallics, Ti-Al system, electron-beam melting, melting modes, charge materials
Поступила 16.06.10
Проведено дослідження з виплавки титанових сплавів із шихтових матеріалів різного виду (кускові та листові
відходи, стружка та губка). Показано необхідність врахування цього фактора при виборі режиму плавки, зо-
крема ступеню концентрованості електронного пучка та темпу підйому потужності на початковій стадії плавки.
Анотація
Левицький М. І., Мірошниченко В. І., Матвієць Є. О., Лапшук Т. В.
Особливості виплавки титанових сплавів в електронно-променевій
гарнісажній установці в залежності від виду шихтових матеріалів
Ключові слова
інтерметаліди, система Ti-Al, електронно-променева плавка, режими плавки, шихтові
матеріали
Относительно интерметаллидного сплава γ-TiAl
(пл. № 8), то обеспечить необходимое содержание Al
в таких концентрациях удалось лишь благодаря его
введению из манипулятора в уже наведенную метал-
лическую ванну расплава Ti-Nb-Cr на заключитель-
ной стадии плавки.
Таким образом, проведенные исследования по
выплавке титановых сплавов из материалов шихты
разного вида показали необходимость учета этого
фактора при выборе режима плавки.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49949 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2077-1304 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:50:57Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Левицкий, Н.И. Мирошниченко, В.И. Матвиец, Е.А. Лапшук, Т.В. 2013-09-30T22:56:03Z 2013-09-30T22:56:03Z 2010 Особенности выплавки титановых сплавов в электронно-лучевой гарнисажной установке в зависимости от вида шихтовых материалов / Н.И. Левицкий, В.И. Мирошниченко, Е.А. Матвиец, Т.В. Лапшук // Металл и литье Украины. — 2010. — № 11. — С. 34-36. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 2077-1304 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49949 669.187.2:621.745 Проведены исследования по выплавке титановых сплавов из шихтовых материалов разного вида (кусковые и листовые отходы, стружка и губка). Показана необходимость учета этого фактора при выборе режима плавки, в частности степени концентрированности электронного пучка и темпа поднятия мощности на начальной стадии плавки. Проведено дослідження з виплавки титанових сплавів із шихтових матеріалів різного виду (кускові та листові відходи, стружка та губка). Показано необхідність врахування цього фактора при виборі режиму плавки, зокрема ступеню концентрованості електронного пучка та темпу підйому потужності на початковій стадії плавки. The titanium alloys melting with the use of charge materials kinds of different (scrap, sheet edges, scobs and sponge) is investigated. The degree of electron beam density and rate of power increasing on the initial stage of melting are necessary to consider different kinds of charge. Статья написана по материалам VI Международной научно-практической конференции «Литье-2010», состоявшейся 21-23 апреля 2010 года в Запорожье. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Металл и литье Украины Особенности выплавки титановых сплавов в электронно-лучевой гарнисажной установке в зависимости от вида шихтовых материалов Особливості виплавки титанових сплавів в електронно-променевій гарнісажній установці в залежності від виду шихтових матеріалів Features of electron-beam skull melting of titanium alloys, depending on the charge materials Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности выплавки титановых сплавов в электронно-лучевой гарнисажной установке в зависимости от вида шихтовых материалов Левицкий, Н.И. Мирошниченко, В.И. Матвиец, Е.А. Лапшук, Т.В. |
| title | Особенности выплавки титановых сплавов в электронно-лучевой гарнисажной установке в зависимости от вида шихтовых материалов |
| title_alt | Особливості виплавки титанових сплавів в електронно-променевій гарнісажній установці в залежності від виду шихтових матеріалів Features of electron-beam skull melting of titanium alloys, depending on the charge materials |
| title_full | Особенности выплавки титановых сплавов в электронно-лучевой гарнисажной установке в зависимости от вида шихтовых материалов |
| title_fullStr | Особенности выплавки титановых сплавов в электронно-лучевой гарнисажной установке в зависимости от вида шихтовых материалов |
| title_full_unstemmed | Особенности выплавки титановых сплавов в электронно-лучевой гарнисажной установке в зависимости от вида шихтовых материалов |
| title_short | Особенности выплавки титановых сплавов в электронно-лучевой гарнисажной установке в зависимости от вида шихтовых материалов |
| title_sort | особенности выплавки титановых сплавов в электронно-лучевой гарнисажной установке в зависимости от вида шихтовых материалов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49949 |
| work_keys_str_mv | AT levickiini osobennostivyplavkititanovyhsplavovvélektronnolučevoigarnisažnoiustanovkevzavisimostiotvidašihtovyhmaterialov AT mirošničenkovi osobennostivyplavkititanovyhsplavovvélektronnolučevoigarnisažnoiustanovkevzavisimostiotvidašihtovyhmaterialov AT matviecea osobennostivyplavkititanovyhsplavovvélektronnolučevoigarnisažnoiustanovkevzavisimostiotvidašihtovyhmaterialov AT lapšuktv osobennostivyplavkititanovyhsplavovvélektronnolučevoigarnisažnoiustanovkevzavisimostiotvidašihtovyhmaterialov AT levickiini osoblivostíviplavkititanovihsplavívvelektronnopromenevíigarnísažníiustanovcívzaležnostívídvidušihtovihmateríalív AT mirošničenkovi osoblivostíviplavkititanovihsplavívvelektronnopromenevíigarnísažníiustanovcívzaležnostívídvidušihtovihmateríalív AT matviecea osoblivostíviplavkititanovihsplavívvelektronnopromenevíigarnísažníiustanovcívzaležnostívídvidušihtovihmateríalív AT lapšuktv osoblivostíviplavkititanovihsplavívvelektronnopromenevíigarnísažníiustanovcívzaležnostívídvidušihtovihmateríalív AT levickiini featuresofelectronbeamskullmeltingoftitaniumalloysdependingonthechargematerials AT mirošničenkovi featuresofelectronbeamskullmeltingoftitaniumalloysdependingonthechargematerials AT matviecea featuresofelectronbeamskullmeltingoftitaniumalloysdependingonthechargematerials AT lapšuktv featuresofelectronbeamskullmeltingoftitaniumalloysdependingonthechargematerials |