Производство крупногабаритных слитков жаропрочных сплавов на основе титана способом электронно-лучевой плавки
Показаны возможности получения слитков жаропрочных титановых сплавов способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью в ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины. Исследовано качество полуфабрикатов, изготовленных из крупногабаритных слитков жаропрочных титановых сплавов. Possibilities of producin...
Saved in:
| Published in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Date: | 2010 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96144 |
| 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: | Производство крупногабаритных слитков жаропрочных сплавов на основе титана способом электронно-лучевой плавки / Б.Е. Патон, Н.П. Тригуб, В.А. Березос, В.А. Крыжановский, А.Ю. Северин // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 3 (100). — С. 11-14. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859649924532011008 |
|---|---|
| author | Патон, Б.Е. Тригуб, Н.П. Березос, В.А. Крыжановский, В.А. Северин, А.Ю. |
| author_facet | Патон, Б.Е. Тригуб, Н.П. Березос, В.А. Крыжановский, В.А. Северин, А.Ю. |
| citation_txt | Производство крупногабаритных слитков жаропрочных сплавов на основе титана способом электронно-лучевой плавки / Б.Е. Патон, Н.П. Тригуб, В.А. Березос, В.А. Крыжановский, А.Ю. Северин // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 3 (100). — С. 11-14. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Показаны возможности получения слитков жаропрочных титановых сплавов способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью в ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины. Исследовано качество полуфабрикатов, изготовленных из крупногабаритных слитков жаропрочных титановых сплавов.
Possibilities of producing ingots of heat-resistant titanium alloys using a method of electron beam cold hearth melting at the E. O. Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine are shown. The quality of semi-products manufactured of large-sized ingots of heat-resistant titanium alloys was investigated.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:32:13Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.526:51.001.57
ПРОИЗВОДСТВО КРУПНОГАБАРИТНЫХ СЛИТКОВ
ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ТИТАНА
СПОСОБОМ ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЙ ПЛАВКИ
Б. Е. Патон, Н. П. Тригуб, В. А. Березос,
В. А. Крыжановский, А. Ю. Северин
Показаны возможности получения слитков жаропрочных титановых сплавов способом электронно-лучевой плавки
с промежуточной емкостью в ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины. Исследовано качество полуфабрикатов,
изготовленных из крупногабаритных слитков жаропрочных титановых сплавов.
Possibilities of producing ingots of heat-resistant titanium alloys using a method of electron beam cold hearth melting
at the E. O. Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine are shown. The quality of semi-products manufactured
of large-sized ingots of heat-resistant titanium alloys was investigated.
Ключ е вы е с л о в а : электронно-лучевая плавка; сли-
ток; жаропрочный титановый сплав; полуфабрикаты
Мировые тенденции развития технологии произ-
водства слитков жаропрочных титановых сплавов
и полуфабрикатов из них для изготовления деталей
являются практически общими для ведущих авиа-
ционных предприятий, т. е. технология их получе-
ния является важным звеном в обеспечении ста-
бильности и необходимого уровня эксплуатацион-
ных свойств.
Одним из прогрессивных направлений метал-
лургического производства жаропрочных титано-
вых сплавов является электронно-лучевая плавка
(ЭЛП), позволяющая не только более глубоко очи-
щать эти материалы от газовых и летучих металли-
ческих примесей, но и существенно упрощать про-
цесс металлургического передела, получать изде-
лия с качественно новыми физико-химическими и
механическими свойствами.
Электронно-лучевая плавка также обеспечивает
возможность изготовления слитков из сложнолегиро-
ванных титановых сплавов путем переплава первич-
ной шихты в виде губчатого титана и лигатуры [1].
В условиях установившейся технологической
схемы производства жаропрочных титановых спла-
вов особое значение приобретает исследование про-
цесса кристаллизации слитков различного диаметра.
В ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины прове-
дены комплексные исследовательские работы по из-
готовлению слитков жаропрочных сплавов спосо-
бом ЭЛП [2]. При определении технологических
параметров плавок использовались режимы нагрева
поверхности слитка в кристаллизаторе, определен-
ные методами математического моделирования. Вы-
полнены эксперименты по изготовлению слитков
жаропрочных титановых сплавов ВТ8 диаметром
200 мм, а также ВТ3-1 диаметрами 400 и 500 мм.
С целью оптимизации процесса плавки и полу-
чения слитков с гарантированным химическим сос-
© Б. Е. ПАТОН, Н. П. ТРИГУБ, В. А. БЕРЕЗОС, В. А. КРЫЖАНОВСКИЙ, А. Ю. СЕВЕРИН, 2010
Рис. 1. Температурное поле слитка диаметром 840 мм при про-
изводительности плавки, кг/ч: а – 225; б – 600; R – радиус;
h – высота слитка
11
тавом, а также минимизации потерь легирующих
элементов при ЭЛП крупногабаритных слитков жа-
ропрочных сплавов титана осуществлены матема-
тические расчеты технологических параметров
плавки для слитков диаметром 840 мм [3]. В ре-
зультате расчетов в рамках математической модели
получены поля температур в слитке диаметром
840 мм жаропрочного титанового сплава ВТ3-1 для
электронно-лучевой плавки с промежуточной ем-
костью (ЭЛПЕ) разной производительности (рис. 1).
Исследовали зависимость теплового состояния
слитка при ЭЛПЕ от производительности плавки.
Установили зависимость глубины жидкой ванны и
общих потерь металла на испарение от производи-
тельности процесса плавки (рис. 2, 3).
Показано, что глубина жидкой ванны при ряде
рабочих значений производительности процесса
плавки не превышает половины диаметра слитка,
что с точки зрения теории кристаллизации является
удовлетворительным результатом [2].
Производили слитки на промышленной элект-
ронно-лучевой установке УЭ5810 [4]. Установка от-
личалась высокой технологичностью при прове-
дении некоторых процессов, достигаемой путем нес-
ложной замены одной оснастки другой, что позво-
лило производить плавку слитков круглого сечения
диаметром до 1200 мм, слитков прямоугольного се-
чения – до 420 1300 и длиной до 4000 мм.
Рис. 2. Зависимость глубины H жидкой ванны от производи-
тельности P плавки для слитков диаметром 840 мм
Рис. 3. Общие потери A металла на испарение в зависимости от
скорости v плавки слитка диаметром 840 мм
Рис. 4. Слиток жаропрочного титанового сплава ВТ3-1 диамет-
ром 840 мм, длиной 4000 мм
Т а б л и ц а 1 . Распределение легирующих элементов и примесей по длине в слитке диаметром 840 мм из жаропрочного
титанового сплава ВТ3-1, полученного способом ЭЛПЕ
Часть
слитка
Место
отбора
пробы
Массовая доля элементов, %
Al Mo Cr Fe Si H O N
Верхняя О 6,25 2,28 1,72 0,29 0,32 0,001 0,09 0,011
С 6,30 2,40 1,83 0,30 0,33
П 6,15 2,35 1,63 0,30 0,33
Средняя О 6,20 2,27 1,73 0,29 0,33 0,001 0,11 0,009
С 6,27 2,38 1,70 0,29 0,35
П 6,18 2,36 0,70 0,30 0,30
Нижняя О 6,25 2,43 1,88 0,28 0,36 0,001 0,09 0,011
С 6,26 2,50 1,95 0,28 0,35
П 6,14 2,44 1,90 0,26 0,30
ГОСТ 19807—91 5,5… 7,0 2,0… 3,0 0,8… 2,0 0,2… 0,7 0,15… 0,40 <0,015 <0,15 < 0,05
Прим е ч а н и е . О – вблизи оси слитка; С – около середины радиуса; П – в периферийной зоне (10 мм от поверхности слитка).
12
Комплекс теоретических и экспериментальных
исследований процесса ЭЛПЕ слитков диаметром
200…500 мм дал возможность разработать техно-
логию получения высококачественных слитков жа-
ропрочных сплавов титана диаметром 840 мм, сво-
бодных от включений высокой и низкой плотности.
Впервые в мировой практике на электронно-луче-
вой установке УЭ5810 из первичной шихты полу-
чили крупногабаритные слитки жаропрочного ти-
танового сплава ВТ3-1 диаметром 840 мм (рис. 4).
В выплавленных способом ЭЛПЕ слитках жа-
ропрочного титанового сплава отсутствуют не-
сплошности, неметаллические включения размером
более 1 мм, а также плотные скопления более мел-
ких включений. Структура их металла плотная,
кристаллическая неоднородность и зональная лик-
вация в слитках отсутствуют. Распределение леги-
рующих элементов как по длине, так и по попереч-
ному сечению слитков равномерное, а содержание
примесных элементов находится в пределах требо-
ваний ГОСТ 19807—91 (табл. 1).
Из слитков диаметром 840 мм изготовлены по-
луфабрикаты в виде поковок и прутков (рис. 5, 6).
Макроструктуру кованых прутков диаметром
45 мм из жаропрочного титанового сплава ВТ3-1
определяли на продольных и поперечных темплетах.
Установили ее соответствие баллу 4 по 10-балльной
шкале ВИАМ 1054—76 (рис. 7), что полностью от-
вечает требованиям стандартов. В макроструктуре
прутков отсутствуют трещины, расслоения, пусто-
ты, плены, металлические и неметаллические вклю-
чения, обнаруживаемые визуально.
Исследования показали, что свойства полуфаб-
рикатов, изготовленных из слитков, выплавленных
по разработанной технологии ЭЛПЕ, отвечают всем
требованиям, предъявляемым промышленностью к
качеству жаропрочных титановых сплавов (табл. 2).
Технологические процессы ЭЛП, разработанные
в ИЭС им. Е. О. Патона, дают возможность получать
высококачественные слитки титана и его сплавов с
однородной бездефектной структурой. Установлен-
ное в ГП «НПЦ «Титан» ИЭС им. Е. О. Патона НАНУ
оборудование позволяет выпускать промышленные
Рис. 5. Кованый диск диаметром 1600 мм из жаропрочного ти-
танового сплава ВТ3-1
Рис. 6. Полуфабрикаты из жаропрочного титанового сплава ВТ3-1: а – поковки; б – прутки
Рис. 7. Макроструктура кованого прутка диаметром 45 мм из
жаропрочного титанового сплава ВТ3-1
Т а б л и ц а 2 . Механические свойства поковок жаропроч-
ного титанового сплава ВТ3-1
№
поковки
σв,
МПа
δ, % ψ, % KCU,
Дж/см2
HB
Ц812 1150… 1160 10 23 35 360
Ц815 1100… 1110 12 26 40 320
Х479 1090… 1100 13 25 38 316
Ц819 1120… 1130 11 24 37 358
Х490 1060… 1065 12 26 40 332
Ц836 1160… 1170 10 24 36 361
Ц840 1180… 1190 9 22 32 363
Х466 1060… 1070 12 25 35 330
И255.105.091—87 950… 1200 ≥9 ≥22 ≥30 269…363
13
партии титановых слитков различных типоразме-
ров при объеме годового производства до 5000 т.
Разработанная технология дает возможность в
результате использования более дешевого исходно-
го сырья и увеличения сквозного выхода годного
металла снизить себестоимость титановых полуфаб-
рикатов, а следовательно, повысить конкуренто-
способность и расширить области применения ти-
тана в различных отраслях промышленности.
Таким образом, благодаря созданию технологий
ЭЛП жаропрочных сплавов титана и оборудования
для получения высококачественных слитков появи-
лась возможность организовать в Украине конку-
рентоспособное на мировых рынках производство
высококачественных слитков жаропрочных титано-
вых сплавов.
Выводы
1. Впервые в мире способом ЭЛПЕ получены слит-
ки жаропрочного титанового сплава ВТ3-1 диамет-
ром 840 мм.
2. Комплексные исследовательские работы по-
казали, что свойства полуфабрикатов, изготовлен-
ных из слитков выплавленных способом ЭЛПЕ, от-
вечают всем требованиям, предъявляемым промыш-
ленностью к качеству жаропрочных титановых
сплавов.
3. Разработана технология ЭЛП слитков жаро-
прочных сплавов титана, а также создано специа-
лизированное оборудование для реализации ука-
занной технологии, что позволило организовать в
Украине конкурентоспособное производство высо-
кокачественных слитков титановых сплавов.
1. Тригуб Н. П., Жук Г. В. Разработка прогрессивных тех-
нологических схем производства титановой продукции в
ИЭС им. Е. О. Патона // Современ. электрометаллур-
гия. – 2008. – № 4. – С. 7—9.
2. Электронно-лучевая плавка титана / Б. Е. Патон, Н. П. Три-
губ, С. В. Ахонин, Г. В. Жук. – Киев: Наук. думка,
2006. – 250 с.
3. Развитие электронно-лучевой плавки титана в ИЭС им.
Е. О. Патона / Б. Е. Патон, Н. П. Тригуб, Г. В. Жук,
В. А. Березос // Современ. электрометаллургия. –
2008. – № 3. – С. 22—24.
4. Патон Б. Е., Тригуб Н. П., Ахонин С. В. Электронно-
лучевая плавка тугоплавких и высокореакционных метал-
лов. – Киев: Наук. думка, 2008. – 311 с.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 30.06.2010
УДК 669.187.526.001.57
ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ
МОДЕЛИ ПРОЦЕССА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
ТИТАНОВОГО СЛИТКА ЭЛПЕ
В. А. Березос
Исследованы процессы формирования жидкой ванны в слитках титана при выплавке в электронно-лучевых печах
с промежуточной емкостью. Проведено сравнение экспериментальных результатов с данными математического
моделирования. Показано, что модель с достаточной точностью отражает тенденцию изменения глубины формиро-
вания жидкой ванны с изменением мощности нагрева слитка.
Processes of formation of molten pool in titanium ingots during melting in electron beam cold hearth furnaces are
investigated. Comparison of experimental results with data of mathematic modeling was made. It is shown that the
model demonstrates at a sufficient precision the tendency of a change in depth of molten pool formation with a change
in ingot heating capacity.
Ключ е вы е с л о в а : математическое моделирование;
электронно-лучевая плавка; слиток; жидкая ванна металла
Затвердевание металла сопровождается сложными
и быстротекущими физическими процессами пере-
носа тепла, гидродинамического течения, излуче-
ния. На практике зачастую не представляется воз-
можным измерить значения параметров этих про-
цессов, тем более с достаточной точностью.
Кроме того, в металлургии натурные эксперимен-
ты сопряжены с большими материальными затрата-
ми, связанными с размерами и стоимостью слитков.
© В. А. БЕРЕЗОС, 2010
14
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96144 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:32:13Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Патон, Б.Е. Тригуб, Н.П. Березос, В.А. Крыжановский, В.А. Северин, А.Ю. 2016-03-11T21:20:32Z 2016-03-11T21:20:32Z 2010 Производство крупногабаритных слитков жаропрочных сплавов на основе титана способом электронно-лучевой плавки / Б.Е. Патон, Н.П. Тригуб, В.А. Березос, В.А. Крыжановский, А.Ю. Северин // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 3 (100). — С. 11-14. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96144 669.187.526:51.001.57 Показаны возможности получения слитков жаропрочных титановых сплавов способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью в ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины. Исследовано качество полуфабрикатов, изготовленных из крупногабаритных слитков жаропрочных титановых сплавов. Possibilities of producing ingots of heat-resistant titanium alloys using a method of electron beam cold hearth melting at the E. O. Paton Electric Welding Institute of the NAS of Ukraine are shown. The quality of semi-products manufactured of large-sized ingots of heat-resistant titanium alloys was investigated. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электронно-лучевые процессы Производство крупногабаритных слитков жаропрочных сплавов на основе титана способом электронно-лучевой плавки Producing of large-size ingots of heat- resistant alloys on titanium base using the method of electron beam melting Article published earlier |
| spellingShingle | Производство крупногабаритных слитков жаропрочных сплавов на основе титана способом электронно-лучевой плавки Патон, Б.Е. Тригуб, Н.П. Березос, В.А. Крыжановский, В.А. Северин, А.Ю. Электронно-лучевые процессы |
| title | Производство крупногабаритных слитков жаропрочных сплавов на основе титана способом электронно-лучевой плавки |
| title_alt | Producing of large-size ingots of heat- resistant alloys on titanium base using the method of electron beam melting |
| title_full | Производство крупногабаритных слитков жаропрочных сплавов на основе титана способом электронно-лучевой плавки |
| title_fullStr | Производство крупногабаритных слитков жаропрочных сплавов на основе титана способом электронно-лучевой плавки |
| title_full_unstemmed | Производство крупногабаритных слитков жаропрочных сплавов на основе титана способом электронно-лучевой плавки |
| title_short | Производство крупногабаритных слитков жаропрочных сплавов на основе титана способом электронно-лучевой плавки |
| title_sort | производство крупногабаритных слитков жаропрочных сплавов на основе титана способом электронно-лучевой плавки |
| topic | Электронно-лучевые процессы |
| topic_facet | Электронно-лучевые процессы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96144 |
| work_keys_str_mv | AT patonbe proizvodstvokrupnogabaritnyhslitkovžaropročnyhsplavovnaosnovetitanasposobomélektronnolučevoiplavki AT trigubnp proizvodstvokrupnogabaritnyhslitkovžaropročnyhsplavovnaosnovetitanasposobomélektronnolučevoiplavki AT berezosva proizvodstvokrupnogabaritnyhslitkovžaropročnyhsplavovnaosnovetitanasposobomélektronnolučevoiplavki AT kryžanovskiiva proizvodstvokrupnogabaritnyhslitkovžaropročnyhsplavovnaosnovetitanasposobomélektronnolučevoiplavki AT severinaû proizvodstvokrupnogabaritnyhslitkovžaropročnyhsplavovnaosnovetitanasposobomélektronnolučevoiplavki AT patonbe producingoflargesizeingotsofheatresistantalloysontitaniumbaseusingthemethodofelectronbeammelting AT trigubnp producingoflargesizeingotsofheatresistantalloysontitaniumbaseusingthemethodofelectronbeammelting AT berezosva producingoflargesizeingotsofheatresistantalloysontitaniumbaseusingthemethodofelectronbeammelting AT kryžanovskiiva producingoflargesizeingotsofheatresistantalloysontitaniumbaseusingthemethodofelectronbeammelting AT severinaû producingoflargesizeingotsofheatresistantalloysontitaniumbaseusingthemethodofelectronbeammelting |