Способ обработки слитков

 

он6

Союз Советских

Социалистических

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ (63) Дополнительное к авт. свид-ву (22) ЗаявленО 0204.75(21) 2128239/22-02 с присоединением заявки Ио

С 21 С 5/56

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 150779 Бизллетень ¹ 26 (53) УДК621. 365. .91 (088.8) Дата опубликования описания 15.07,79

В. Н. Каринский, В. П. Митин, Н. П. Новиков, A. П. Сурин, В. В. Тетюхин, A. В. Иванов, В. И. Соболь, A. н. Романов и Б. C. Люхайов (72) Авторы изобретения (7 t ) Заявитель (54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СЛИТКОВ

Из обре тени е относит си к областИ обработки слитков на основе высокО активных металлов, например титана, с помощью электродугового нагрева, . а также может быть использовано в металлургических процессах,.свя-. занных с нагревом поверхности изде лий (термообработка, наплавка :покрытий, дегазация или насыщение газами поверхностного слоя и т. д.) .

Известны способы обработки слцтков темаллов посредством оплавления их поверхности с помощью источйикоз:. электрического нагрева. Эти способы применяют для устранения дефектов поверхности слитка - непроплавов; неслития, пористости, трещин, кото» рые присущи. слиткам, отлитым в изложницу или кристаллизатор. напри.мер, длинные слитки обрабатывают при атмосферном давлении вращающейся элеКтрической дугой, горящей между нерасходуемым кольцевым электродом и слитком в магнитном поле.

Чтобы все участки расплавленного rio периметру слитка находились в оди« иаковых гравитационных условиях, слиток распОлагают вертикально. Go мере проплавления слиток перемещают относительно дугового нагревателя (lj

Глубина проплавления слитка в указанном способе ограничена поверх ностным натяжением расплавленного металла в ванне кольцеобразной фор мы. ПоЭтому для получения глубоко йроплавленного слоя слиток помещают в кристаллизатор, ограничивающий растекание пояска расплавленного щ металла. Источником нагрева в таком способе, проводймом при атмосферном давлении, служат несколько дуговых цлазматронов, в размещенных вы. ше кристаллизатора и проплавляющих поверхнОсть вертикально, расположенно.го. слитка со всех его сторон (2).

Для обработки сдитков большого диаметра используйт способ расплавления небольщого участка круглой формы

: на поверхности горизонтально расположенного слитка с помощью независимого электрического источника нагрева. При этом диаметр расплавленной ванны и ее размещение выбирают так, 2и чтобы расплав не вытекал из ванны.

Источник нагрева перемещают по поверхности слитка либо слиток перемещают относительно источника нагрева для образования непрерывной проЗО,плавленной дорожки, а впоследствии для перекрытия этих дорожек вплоть до б73658 сплошного проплавления всей поверх" ности. Для круглого слитка указанное перемещение источника нагрева проще всего выполнить по винтовой траектории, как при токарной обработке. Таков, например, способ об° работки слитка посредством оплавления его поверхности электронным лучом f3).

Поскольку в этом способе оплавление поверхности ос раествляют при боль шом разрежении (10 - 10 мм рт. ст.), происходит испарение металла и особенно летучих компонентоз Сплава. например., марганец.иэ.титанового сплава,ОТ4 после электронно«лучеэо-:. го оплавления почти полностью улетучивается. химический состав сплава измеряется, и поэтому данный способ непригоден для обработки сложнолегированных сплавов.

Наиболее близким к описываемому изобретению пО техничЕской C5%HQC", ти и "достигаеомму эффекту является .. способ обработки слитков металлов и сплавов путем. оплавления их поверх" ности плазменной дугой в. атмосфере инертного газа, включающий расйлав ленйе участка йоверхности и перемещение образовавщейся расплавленной ванны по поверхности слитка (4) . По известному способу слитки поме-; щают в герметичную камеру, которую заполняют инертным газом до давления„ близкого. к атмосферному. Слиток уста; навливают на вращающиеся горизонталь- ные валки и с йомощью дугового плаз- матрона, перемещаемого вдоль оси слитка, расплавляют ванну круглой Фор мы на поверхности этого слитка. Такйм образом, оплавление слитка происходит при последовательном расплавлении и затвердевании участка поверхности слитка, перемещаемого по винтовой линии. недостатки указанно1"о сйособа следующие: производительность процесса огра ничена небольшим Диаметром ванны . "расплаютенного металлй, а увеличе- ние размеров ванны за счет повышения мощности дугбвого разряда прйвб" дит" к вйтеканию расплава из ванны; расположе*ной на покатой повер; ности цилиндрического слитка; ,недостаточная степень рафинирования обрабатываемого материала -OT газовых и летучих примесей, так как оплавление поверхности плазменной дугой возможно лишь при давлении, близком к атмосферному, что исключает полное удаление указанных примесей; большой расход инертного газа на заполнение рабочей камеры и стабилизацию плазменной дуги в процессе оплавления.

Целью изобретения является увеличение производительности процесса за счет образования локальной зоны расплавленного металла продолговатой формы и, следовательно, увеличение ширийы проплавленной дорожки; улучшение качества обрабатываемого металла путем оплавления era в разреженной атмосфере инертного газа, 5 способствующей эффективному удалению летучих примесей; Снижение расхода инертного газа на заполнение камеры и стабилизацию электродугового разряда за счет проведения процесса в разреженной атмосфере.

Цель достигается тем, что в известном способе обработки слитков металла путем оплавления их поверхности электрической дугой, обдувае35 мой инертным газом, включающем последовательное расплавление и затвердевание участков поверхности, ванну жидкого металла формируют электрической дугой с анодным пятном дли2О ной от 1,3 ширины пятна до длины слитка. Процесс обработки проводят при разрежении инертного газа, 1-20 мм рт. ст.

Принципиальное отличие данного инЯ Tepaasra разрежейий от применяемого ранее атмосферного давления либо глубокого вакуума состоит в том, что при указанном разрежении инертного газа возможно формирование не только круглой, но и продолговатой ванны pàñïéàâëåííîãî металла без при менения специальных технических средств, например без развертывающих . магнитных полей; происходит достаточное удаление вредных газообразнЫх и летучих примесей и одновременно не наблюдается избирательное испарение компонентов сплава с высокой упругостью паров (включая марганец); во много раз уменьшается количество 40 инертнбГо газа, необходимого для заполнения герметичной камеры и для стабилизации дугового разряда в прбцессе оплавления. Выбор конкретной величины разрежения в указанном 5 интервале определяется требованиями

К степени дегазацни обрабатываемого металла, а также наличием в составе. сплава легкоиспаряющихся компонентов.

Для большинства титановых. сплавов

5О приемлем интервал разрежений инертного газа 0,5-5 0 мм рт. ст. При уменьшении разрежения соответственно уменьшается расход инертного газа .на весь процесс оплавления, вклю чая заполнение камеры.

Данный способ пригоден для оплавления поверхности как круглых, так и плоских слитков. При обработке круглого слитка ванну следует pac-.

60 полагать вдоль оси вращающегося слитка. ширина ванны должна быть достаточно малой, чтобы расплавленный металл не вытекал с верхней части круглого слитка, а длина ванны долж65 на быть возможно большой, чтобы получить проплавленную дорожку наи673658

Круглая диаметр

80 мм

Удлинейная

Ширина 80 мм; длина 130 мм

1500

Сила тока дуги, A напряжение, В

Скорость вращения слитка, об/мин 1/12

ll5

222

126

Рабочее давление инертного газа, мм рт. ст.

"760

2,0

0,0075

1,8

0,23

6,007

Содержание водорода в обработанном слое, В 0,011 большей ширины и тем самым увеличить величину относительного перемещения источника нагрева за один оборот слитка, а следовательно, повысить производительность процесса. В идеальном случае длина локальной расплавленной эоны может быть равна длине слитка; в частном случае она может быть равна ширине расплавленной зоны, что соответствует условиям известного способа.

11 р и м е р. Проводят обработку круглого слитка диаметром 570 мм и длиной 1200 мм иэ титанового сплава ВТ9 в установке для оплавления слитков типа Весна-2 . Последовательность технологических опе- 15 раций в предлагаемом спосОбе почти такая же, как и в известном..

Слиток загружают в камеру иа .два горизонтальных валка, камеру закры-. вают и откачивают вакуумными насоса". 2О ми до разрежения 10 мм рт. ст. 3атем камеру заполняют смесью арго" на и гелия до давления 750-800 мм рт. ст., включают дуговой плаэматрои и расплавляют в верхней части слит.-. ка круглую ванну; в качестве нагре"

Форма ванны расплавленно=

ro металла .

Размеры ванны Величина подачи нагре-, вателя на 1 оборот слитка, мм/оборот

Время оплавления слитка, мин

Расход инертного газа на заполнение камеры, мэ 2.,8

Подача инертного газа для стабилизации дуго- . вого разряда в процессе

1оплавления, л/мин 12

Общий расход инертного газа за весь цикл обработки, мз 5,5 вателя используют электродуговое вакуумное устройство. катод этого устройства состоит .иэ восьми вольфрамовых прутков диаметром 5 мм и длиной по 50 мм, расположенных двумя рядами на расстоянии 25 мм в ряду и 15 мм между рядами. В пространство между рядами подают инертный газ, который поступает s герметичную камеру и откачивается вакуумной системой; заполнение камеры аргоном совмещают с возбуждением дугового разряда и расплавлением ванны в верхней части слитка. Затем

{как в известном, так и предлагаемом способах) слиток вращают, а электродуговой нагреватель перемещают вдоль оси слитка. При этом проплавляют по винтовой линии дорожки на глубину 12-15 мм с перекрытием их (т. е. с двойным праплавлением на краях) на величину около 15 мм.

После проплавления всей поверхности хлектродуговой нагреватель отключают, открывают камеру и выгружают слиток °

Режимы обработки представлены в таблице.

673658

Как видно из таблицы, проведение обработки слитка по данному способу --в сравнении с известным дает повы шение производительности в 1,75 раза, уменьшение расхода инертного газа в 24 раза, снижение содержани я водорода в оплавленном слое почти в 1,5 раза.

Кроме того, проводят оплаэление такого же слитка по способу с Формированием круглой зоны расплавленного металла диаметром 80-90 мм. В этом; случае производительность обработки сопоставима с известным способом, однако достигается уменьшение приблизительно в 20 раз расхода инертного газа и улучшение качества оплавленного слоя.ИспользоЪание описываемого спо» соба по сравнению с известным дает следующий технико-экономический эффект: повышение производительности за счет увеличения ширины -зоны проплавленного слоя. Например без увеличения числеййости Установок и обслужйвающего персонала возможно сокращение цикла обработки одного слитка (4-5 ч) приблизительно вдвое, что дает экономию около 50 тыс. р. в гбд; улучшение качества обработанного металла за счет рафйнирувщего воздействия разреженной атмосферы инерт" ного газа. Поверхность слитков титановых сплавов обычно загрязнена

"летучими неметалличеСкими" включения" ья (хлоридами магния), газами и парами воды. Оплавление титановых слитков в разрейенном аргоне в срав- нении с аргоном при атмосферном дав лений позволяет снизить содержание указанных примесей в поверхностнбм слое слитка в 1,5-2,0 раза ; снижение затрат на инертные газы.

Например по известному способу, выПолняемому на установках Весна, расходуется около 6 мэ,"ргона и гелия (поровну) в рабочую смену общей стоимостью 25 руб. В описываеМом способе при такой же произво-. дительности установки будет расходоваться около 0,3 м аргона в смену стоимостью 50 коп. Готовой эффект от экономии инертных газов

10 около 20 тыс. р. на одну установку

Формула изобретения

Способ обработки слитков металлов и сплавов, включающий последовательное расплавление участков поверхности слитка с формированием ориентированной вдоль оси слитка ванны жидкого металла и затвердевание этих ччастков, отличающийся тем,что с целью улучшения каиества обработанного слоя слитка, аанну жидRox о металла формируют электрической дугой с анодным пятном длиной от 1,3 ширины пятна до длины слитка при разрежении инертного газа- 1-20 мм

l рт. ст.

Источнйки информации, принятые во внимание при экспертизе. l. Патент Ctl)h Р 3352997, ул ° 219-123, 1968.

35 2. Патент Англии Р 1305671, кл. В 3 Р, 1967.

3. Патент Cll)A: 9 3474218, кл. 219-121, 1971.

4. Патент CIIN. 9 3231430

40 кл. 148-4, 1967, Составитель A. Щербаков

Ре актор . Ко ченко Тех е Л. Ал е ова Кор екто Н- Стец

Заказ 4018/25 Тираж 652 Подписное

ЦлИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Ра окая наб. . 4 5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4