Влияние способа производства слитков карбидов вольфрама для термоцентробежного распыления на их качество и химическую неоднородность
Рассмотрены два различных способа производства слитков карбидов вольфрама для термоцентробежного распыления. Приведены режимы выплавки. Исследовано качество слитков в зависимости от способа получения. С помощью микрорентгенспектрального анализа изучено содержание примесей в полученных слитках. Two d...
Saved in:
| Published in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96629 |
| 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: | Влияние способа производства слитков карбидов вольфрама для термоцентробежного распыления на их качество и химическую неоднородность / А.П. Жудра, В.И. Дзыкович // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 4 (109). — С. 29-32. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859603484889841664 |
|---|---|
| author | Жудра, А.П. Дзыкович, В.И. |
| author_facet | Жудра, А.П. Дзыкович, В.И. |
| citation_txt | Влияние способа производства слитков карбидов вольфрама для термоцентробежного распыления на их качество и химическую неоднородность / А.П. Жудра, В.И. Дзыкович // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 4 (109). — С. 29-32. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Рассмотрены два различных способа производства слитков карбидов вольфрама для термоцентробежного распыления. Приведены режимы выплавки. Исследовано качество слитков в зависимости от способа получения. С помощью микрорентгенспектрального анализа изучено содержание примесей в полученных слитках.
Two different methods of manufacture of tungsten carbide ingots for thermo-centrifugal spraying were considered. The melting conditions are given. The quality of ingots depending on method of producing was investigated. Using X-ray spectral micro-analysis, the content of impurities in produced ingots was studied.
|
| first_indexed | 2025-11-28T02:02:10Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 669.187.58
ВЛИЯНИЕ СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА
СЛИТКОВ КАРБИДОВ ВОЛЬФРАМА
ДЛЯ ТЕРМОЦЕНТРОБЕЖНОГО РАСПЫЛЕНИЯ НА ИХ
КАЧЕСТВО И ХИМИЧЕСКУЮ НЕОДНОРОДНОСТЬ
А. П. Жудра, В. И. Дзыкович
Рассмотрены два различных способа производства слитков карбидов вольфрама для термоцентробежного распы-
ления. Приведены режимы выплавки. Исследовано качество слитков в зависимости от способа получения. С по-
мощью микрорентгенспектрального анализа изучено содержание примесей в полученных слитках.
Two different methods of manufacture of tungsten carbide ingots for thermo-centrifugal spraying were considered. The
melting conditions are given. The quality of ingots depending on method of producing was investigated. Using X-ray
spectral micro-analysis, the content of impurities in produced ingots was studied.
Ключ е вы е с л о в а : карбиды вольфрама; печь электро-
сопротивления Таммана; индукционные печи нагрева; графи-
товая лодочка; литник; дефекты литья; микрорентгенспек-
тральный анализ; термоцентробежный способ распыления
По разработанной в ИЭС им. Е. О. Патона техно-
логии производство плавленых карбидов вольфра-
ма в сферических гранулах способом термоцентро-
бежного распыления осуществляется в два этапа.
Первоначально выплавляются цилиндрические
слитки эвтектического состава WC—W2C длиной
120..180 мм и диаметром 29… 30 мм. Затем с ис-
пользованием плазменно-дугового переплава в за-
щитных газах слитки распыляют при вращении с
большой скоростью на специализированном обору-
довании. Следует отметить, что от качества слитков
в значительной степени зависит течение технологи-
ческого процесса распыления, качество получаемых
гранул и количество отходов. Поэтому качеству слит-
ков производители плавленого сферического карбида
вольфрама должны уделять большое внимание.
Как правило, для получения слитков литых кар-
бидов вольфрама используют технологию выплав-
ки в электронагревательных печах Таммана [1, 2].
Печи, в которых в качестве нагревателя применяют
графитовую трубу, позволяют получать температу-
ру рабочей зоны до 3100… 3200 °С. Защита зоны
плавления осуществляется за счет образования в
ней углеводородной смеси.
В общем случае шихту, содержащую порошок
вольфрама, углеродосодержащий компонент (гра-
фитовый порошок, сажа или древесный уголь) и
измельченные отходы плавленых карбидов воль-
фрама WC—W2C зacыпают в лодочку (1,5… 2,0 кг),
открытый конец которой вставляют в литник. Ло-
дочку вместе с литником подают в печь, разогретую
до требуемой температуры. Контроль за достиже-
нием температуры производится визуально путем
наблюдения за излучением трубчатого нагревателя.
Излучение должно быть светло-зеленого цвета на
белом фоне.
Нагрев и плавление компонентов шихты про-
должается до образования гладкой поверхности
расплава, который выдерживается в таком состо-
янии 5… 7 с, после чего оператор наклоняет печь
под углом α = 45°, расплав стекает в литник. Ло-
дочка вместе с литником попадает в холодильник,
где сплав кристаллизуется. Поскольку готовность
материала и момент его слива в литник оператор
определяет визуально, качество полученных слит-
ков во многом зависит от его квалификации.
После остывания оператор извлекает слиток из
литника и проверяет его геометрические размеры
(длину, диаметр), а также наличие пор, трещин,
усадочных раковин. Схема процесса выплавки в
печи электросопротивления показана на рис. 1,
внешний вид полученных слитков – на рис. 2.
© А. П. ЖУДРА, В. И. ДЗЫКОВИЧ, 2012
29
Основные характеристики печи электросопротивления
Внутренний диаметр нагревателя, мм .......................... 55
Длина нагревателя, мм ............................................. 750
Температура активной зоны, °С ......................3200… 2200
Установленная мощность, кВт ................................... 100
Время плавки, мин................................................. 2… 3
Изучение особенностей технологии выплавки в
печах электросопротивления и предварительные
исследования слитков литых карбидов WC—W2C
позволили установить ряд следующих недостатков
процесса:
в течение всего процесса выплавки необходимо
постоянно контролировать расплавление объема
шихты в лодочке и своевременный слив расплав-
ленного металла в литник;
для постоянного слежения за процессом полного
расплавления шихты в активную зону нагрева пе-
риодически подают поток воздуха для удаления
скопившихся там газов, что приводит к выгоранию
компонентов шихты, а также к интенсивному изно-
су плавильной пары (лодочки и литника) и нагре-
вательного элемента (графитовой трубы);
оптимальной формой слитка является цилинд-
рический стержень, однако существующая техноло-
гия позволяет получать слитки со значительной ко-
нусностью, что обусловлено изготовлением литни-
ков с конической внутренней поверхностью для об-
легчения операции извлечения слитка из литника
после остывания;
постоянное участие в процессе плавки оператора
приводит к нестабильности качества слитков и, как
следствие, к нарушению их стехиометрического сос-
тава, что обусловлено неодинаковым временем выдер-
жки расплава в печи и его несвоевременным сливом.
Для решения указанных проблем проведен ряд
экспериментальных работ, которые значительным
образом повлияли на улучшение качества слитков.
Основным отличием является применение ин-
дукционной схемы нагрева (рис. 3).
По этой технологии, разработанной совместно с
сотрудниками ООО ЗУВАТ «Корд» [3], приготов-
ленная шихта 4 засыпается в графитовый тигель 2.
По достижении температуры 3100… 3200 °С, конт-
роль которой осуществляется пирометром через
смотровое окно 10, и выдержке 2… 3 мин расплав
сливается из литника при помощи графитовой проб-
ки 3. Под действием сил гравитации он попадает
на коническую втулку 5 и по желобам 9 стекает в
литники 7, расположенные в графитовой обойме 6,
нижняя платформа опускается, обойма с литниками
вынимается и помещается в холодильник для осты-
вания. Далее литники вынимаются из обоймы и,
Рис. 1. Схема выплавки слитков WC—W2C в печах электросоп-
ротивления: 1 – корпус печи; 2 – графитовая труба; 3 –
токоподводы; 4 – трансформатор типа ОСУ-100; 5 – лодочка;
6 – литник
Рис. 2. Внешний вид слитков карбидов вольфрама WC—W2C,
полученных способом выплавки в печи Таммана Рис. 3. Схема индукционного процесса выплавки слитков: 1 –
индуктор; 2 – графитовый тигель; 3 – графитовая пробка;
4 – шихта; 5 – коническая втулка для разливки; 6 – графи-
товая обойма; 7 – графитовые разъемные литники; 8 – нижняя
платформа; 9 – желоба для литья; 10 – футеровочная масса;
11 – смотровое окно для пирометрического контроля температуры
30
поскольку их конструкция выполнена разъемной,
готовые слитки извлекаются без особого труда.
Затем литники собираются, вставляются в обой-
му и вместе со втулкой опять загружаются в печь.
Печь готова к следующему циклу плавки. Защита
активной зоны плавки осуществляется путем пода-
чи в нее инертного газа аргона. Время полного цик-
ла плавки составляет 20 мин. Требуемая темпера-
тура достигается в результате нагрева графитового
стакана 10, футерованного нитридом бора со спе-
циальными добавками Zr02 и других компонентов.
Очередная порция шихты загружается в тигель
при помощи специального питателя, установленно-
го в верхней части печи. Поскольку контроль над
основной частью цикла (нагрев и слив жидкого рас-
плава) происходит строго по времени, без участия
оператора, возможно достижение высокой стабиль-
ности качества готового материала с четким соблю-
дением стехиометрического состава слитков.
В качестве источника питания используют ти-
ристорный преобразователь частоты TПЧТ-120,
предназначенный для питания индукционных пе-
чей вакуумной и открытой плавки, кузнечных и
термических индукционных установок для нагрева
и плавки черных и цветных металлов, а также для
питания установок специального назначения. Ти-
ристорный преобразователь частоты TПЧТ-120 для
вакуумной плавки применяется в комплекте с по-
нижающим разделительным трансформатором.
Основные технические данные ТПЧТ-120
Номинальная выходная мощность, кВт....................... 120
Номинальное выходное напряжение, В:
с разделительным трансформатором........................ 400
без разделительного трансформатора....................... 700
Номинальная рабочая частота, кГц..............................2,4
Выходные рабочие частоты, кГц .................... 1,0; 2,4; 4,0
Пределы регулирования выходного
напряжения от номинального, % ......................... 20… 100
Выходной длительный ток, А:
с разделительным трансформатором................... 440±50
без разделительного трансформатора.................. 250±25
Рис. 4. Внешний вид слитков карбидов вольфрама, выплавлен-
ных в индукционной печи
Рис. 5. Макроструктуры поперечного среза слитков и микрост-
руктуры ( 500) произвольных участков поперечного сечения
при выплавке в печи Таммана (а) и в индукционной печи (б)
Массовая доля элементов, %
Al W Fe O С
В примесях
1,007 76,056 4,413 18,524 —
1,356 71,664 0,207 26,773 —
1,163 83,793 4,711 10,333 —
1,194 68,499 3,872 26,435 —
В слитках
0,149 95,562 0,154 — 4,135
0,127 95,087 0,117 — 4,659
0,151 95,462 0,158 — 4,229
0,164 95,519 0,109 — 4,228
31
Оптимальные режимы выплавки слитков
карбидов вольфрама WC—W2C
Входная мощность, кВт ....................................100… 120
Время плавки, мин.............................................. 15… 20
Ток выпрямителя, А .........................................210… 280
Выходное напряжение, В ..................................700… 720
Рабочая частота, кГц ......................................... 2,2… 2,4
Загрузка шихтовых материалов, кг ..............................15
Внешний вид слитков, выплавленных в индук-
ционной печи, показан на рис. 4.
На рис. 5 представлены макроструктуры попе-
речного сечения слитков, выплавленных различны-
ми способами, и микроструктуры произвольных
участков поперечного среза.
Качество слитков, полученных в печи электро-
сопротивления, значительно уступает качеству
слитков, выплавленных индукционным способом
(рис. 5, а, 6 а). Структура слитка, выплавленного
в печи электросопротивления, поражена значитель-
ным количеством трещин, пузырей, которые явля-
ются следствием неполной дегазации расплава во
время плавления шихтовой смеси в лодочке и пос-
ледующего слива жидкого металла в литник. Не-
достатком технологии выплавки в печи Таммана яв-
ляется скопление примесей, образующихся в соста-
ве материала слитков, что подтверждается рис. 6, а
и данными микрорентгенспектрального анализа
(таблица).
Об отсутствии подобных явлений при индук-
ционном способе выплавки слитков свидетельству-
ют рис. 5, б и рис. 6, б, а также данные таблицы.
Таким образом, в результате проведенных эк-
спериментов разработана новая технология получе-
ния слитков плавленых карбидов вольфрама. Вы-
сокое качество последних позволило значительно
улучшить технологический процесс их расплавле-
ния, существенно снизить количество отходов,
улучшить прочностные характеристики сферичес-
ких гранул.
Выводы
1. Предложен новый способ выплавки слитков кар-
бидов вольфрама для термоцентробежного распы-
ления с использованием индукционной схемы нагрева.
2. Установлено, что слитки, полученные спосо-
бом индукционной выплавки, не содержат дефектов
в виде усадочных раковин и трещин и имеют одно-
родную эвтектическую структуру, в отличие от
слитков, выплавленных при использовании печей
электросопротивления Таммана.
3. С помощью микрорентгенспектрального ана-
лиза установлено значительное снижение количес-
тва примесей в составе слитков, полученных индук-
ционным способом. Это позволяет сделать вывод о
повышении показателей микротвердости и однород-
ности сфероидизированных частиц, распыленных
термоцентробежным способом.
1. Киффер Р., Бенезовский Ф. Твердые сплавы / Пер. с
нем. – М.: Металлургия, 1971. – 392 с.
2. Киффер Р., Бенезовский Ф. Твердые сплавы / Пер. с
нем. – М.: Металлургия, 1968. – 384 с.
3. Дзыкович В. И. Исследование и разработка материалов
для износостойкой наплавки на основе сфероиздизирован-
ных гранул карбидов вольфрама: Автореф. дис. … . канд.
техн. наук. – Киев, 2010. – 25 с.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Поступила 18.06.2012
Рис. 6. Фрагменты микрорентгеноспектрального анализа слитков (I, II – участки), выплавленных в печи электросопротивления
(а) и в индукционной (б)
32
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96629 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-11-28T02:02:10Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Жудра, А.П. Дзыкович, В.И. 2016-03-18T17:40:44Z 2016-03-18T17:40:44Z 2012 Влияние способа производства слитков карбидов вольфрама для термоцентробежного распыления на их качество и химическую неоднородность / А.П. Жудра, В.И. Дзыкович // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 4 (109). — С. 29-32. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96629 669.187.58 Рассмотрены два различных способа производства слитков карбидов вольфрама для термоцентробежного распыления. Приведены режимы выплавки. Исследовано качество слитков в зависимости от способа получения. С помощью микрорентгенспектрального анализа изучено содержание примесей в полученных слитках. Two different methods of manufacture of tungsten carbide ingots for thermo-centrifugal spraying were considered. The melting conditions are given. The quality of ingots depending on method of producing was investigated. Using X-ray spectral micro-analysis, the content of impurities in produced ingots was studied. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Общие вопросы металлургии Влияние способа производства слитков карбидов вольфрама для термоцентробежного распыления на их качество и химическую неоднородность Influence of method of manufacture of ingots of tungsten carbide for thermal centrifugal spraying on their quality and chemical heterogeneity Article published earlier |
| spellingShingle | Влияние способа производства слитков карбидов вольфрама для термоцентробежного распыления на их качество и химическую неоднородность Жудра, А.П. Дзыкович, В.И. Общие вопросы металлургии |
| title | Влияние способа производства слитков карбидов вольфрама для термоцентробежного распыления на их качество и химическую неоднородность |
| title_alt | Influence of method of manufacture of ingots of tungsten carbide for thermal centrifugal spraying on their quality and chemical heterogeneity |
| title_full | Влияние способа производства слитков карбидов вольфрама для термоцентробежного распыления на их качество и химическую неоднородность |
| title_fullStr | Влияние способа производства слитков карбидов вольфрама для термоцентробежного распыления на их качество и химическую неоднородность |
| title_full_unstemmed | Влияние способа производства слитков карбидов вольфрама для термоцентробежного распыления на их качество и химическую неоднородность |
| title_short | Влияние способа производства слитков карбидов вольфрама для термоцентробежного распыления на их качество и химическую неоднородность |
| title_sort | влияние способа производства слитков карбидов вольфрама для термоцентробежного распыления на их качество и химическую неоднородность |
| topic | Общие вопросы металлургии |
| topic_facet | Общие вопросы металлургии |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96629 |
| work_keys_str_mv | AT žudraap vliâniesposobaproizvodstvaslitkovkarbidovvolʹframadlâtermocentrobežnogoraspyleniânaihkačestvoihimičeskuûneodnorodnostʹ AT dzykovičvi vliâniesposobaproizvodstvaslitkovkarbidovvolʹframadlâtermocentrobežnogoraspyleniânaihkačestvoihimičeskuûneodnorodnostʹ AT žudraap influenceofmethodofmanufactureofingotsoftungstencarbideforthermalcentrifugalsprayingontheirqualityandchemicalheterogeneity AT dzykovičvi influenceofmethodofmanufactureofingotsoftungstencarbideforthermalcentrifugalsprayingontheirqualityandchemicalheterogeneity |