Способ получения монокристаллических тел

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 836201 А я)5 В 23 К 15/00 ТЕНТНОЕ ОСУДАРСТВЕННОЕ ЕДОМСТВО СССР ОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ АТЕНТ сталлическое тело вращения последовательно и непрерывно переплавляют электрон н ым лучам. При этом ванне расплавленного металла сообщают перемещение по траектории, являющейся результирующей векторов скоростей по двум взаимно перпендикулярным направлениями. Модули этих скоростей связаны соотйошением Чо/Чи = с лО, причем Чо по величине меньше Чп и направлен вдоль продольной оси тела, где Ч 0, Чл - скорости относительного перемещения концентрированного источника нагрева и обрабатываемого тела, мм/с; т - величина смещения ванны наплавленного металла, мм; О - диаметр обрабатываемого тела, мм. Величину 1 задают в соответствии с выражением ( =(0,1-1,0) В/4; ф где В - ширина ванны расплавленного металла, мм. 2 ил,атоС,Комов, Д.Пото КРИдета- рибои др. икриструктурой поверхности одной и той же кристаллографической ориентации из поликристаллических материалов, - упростить и удешевить технологию получения монокристаллических заготовок с моногранной поверхностью, снизить трудозатраты на изготовление, а за счет получения однородной монокристаллической структуры заданной кристаллографической ориентации улучшить качество и повысить физико-механические характеристики изделий, увеличить длительность их работы по сравнению с иэделиями полученными известным способом,Пов,Цель способа тела с мо позволил ногранн ого ого рый На фиг, 1ния способа; нПоставленнпоследователь(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОНОСТАЛЛИЧЕСКИХ ТЕЛ(57) Использование: при изготовлениилей и узлов различных конструкций вростроении, в энергомашиностроениСущность изобретения: исходное по Изобретение относится к технике получения монакристаллических заготовок с моногранной поверхностью иэ поликристаллических материалов и может быть использовано при изготовлении деталей и узлов различных конструкций в приборост.- роении, в энергомашиностроении и др,Предлагаемый способ позволяет получать монокристаллические заготовки с моногранной поверхностью заданной кристаллографической ориентации, применяемые, в частности, при производстве ТЭизобретения - разработка та олучения монокристалличес огранной поверхностью кото бы получать монокристаллы с й поверхностью, стабиль оказана схема осуществле-.фиг, 2 - вид по стрелке А,я цель достигается путем го и непрерывного локаль 1836201вокруг ее оси, обеспечивая заданную скорость относительного перемещения злектроннога пучка и поверхности обрабатываемого тела - Ч, и одновременно перемещать ее 5 вдоль оси так же с заданной скоростью Чо,и осуществлять заданное смещение г. Величину смещения 1 (оси шва) фиксируют как расстояние между одноименными (т.е, расположенными слева, если Ч 0 направлена вправо, в противоположную сторону, по аси тела) линиями сплавления осесимметричного шва шириной -В на поверхности переплавляемого тела в направлении перпендикулярном (оси шва) линии сплав ления. Ширину шва и величину смещенияопределяют экспериментально, а параметры режимов ЭЛС задают из условия получения сквозного проплавления материале толщиной Н, Величину смещения выбирают 20 из условия т =(0,1-1,0)В/4, где В - ширинашва, Практически, при ЭЛС на постоянных (неизменных) параметрах режима сварки остается неизменной, то величина 1 также в процессе не изменяется, как и величина пе рекрытия шва его последующим продолжением Р = В-Я(0,1-1,0)В/4), мм. Такой интервал перекрытия или смещения обусловлен условиями формирования манокристаллическай структуры заготовки, найден 30 экспериментально, Если смещение 1 больше В/4 и Р меньше В-(В/4 монокристаллическая структура не образуется, Если смещение 1 меньше 0,1В/4 и перекрытие Р больше В-(0,1В/4), очень низкая произ водительнасть процесса и с этой точки зрения вести процесс не рационально.Рассмотрим три случая для значенийинтервала смещения:, (1,0; 0,5; 0,1), 40 Пример параметров режимов переплава цилиндрических заготовок из ниобия;Диаметр О 18 ммТолщина стенки Н 1 мма) Ускоряющее напряжениеОуск, =25 кВ 45 Так пучкаи, 67 мАСкорость линейного перемещения Ч 5мм/сШирина шва В 3,6 ммВеличина смещения 1= 1,0В/4 = 3,6/4= 50 - 0,9) 1 0,9 мм наго переплава высококанцентрированным источникам нагрева исходного поликристаллического тела вращения диаметром О и толщиной стенки Н, при этом заданная траектория движения ванны расплавленного металла, является результирующей векторов скоростей ее движения по двум взаимна перпендикулярным нап равлениям, модули которых соотносятся как:Ч/Ч " 1/(р)О,из которых меньший Ч 0 направлен вдоль продольной оси тела, а величину смещенияшва шириной В задают в пределах значений1 =(0,1 - 10)В/4;где Ч,Чг, - скорость относительного перемещейия электронного пучка и обрабатываемого тела, мм/с;О - диаметр обрабатываемого тела, мм; В - ширина шва, мм,1 - величина смещения шва, мм;р - казФФициент(р = 3,14159.).Предложенный способ прост в осуществлении и предполагает использование стандартного оборудования для ЭЛС, в частности, манакристаллические заготовки с манаграннай поверхностью получены из поликристаллического ниабия на серийном оборудовании для электронно-лучевой сварки, - установка У 212 М, укомплектованная высоковольтным источником питания (14 кВт) и сварочной пушкой аксиального типа УЛ 119 М, При сварке разрежение в сварочной камере составляло 6,7 мПа. Основным критерием качества являлось состояние структуры исходного и получаемого материалов, которое определялось рентгенаграфическим методом обратной сьемки па Лауэ, Результаты рентгенографических исследований подтверждают преимущества полученных менокристаллических заготовок с монагранной поверхностью. Поставленная цель достигается тем, что производят последовательный и непрерывный переплав заготовки сфокусированным электронным пучкам ат начала да конца. Таким образом возможна получить трубчатые монокристаллы с моногранной. поверхностью, кристаллографическая ориентация поверхности которых мажет быть близка к 100 или 110, обладающей высокими свойствами и стабильностью структуры при высоких температурах, Например, получение монокристаллических образцов цилиндрической формы из цилиндрических заготовок 5 поликристаллического ниабия с толщиной стенки один миллиметр осуществляли с помощью оснастки, помещенной в сварочную камеру, Разработанная оснастка позволяет вращать заготовку с заданной скоростью Ч./Ч. = т/(р)О,следовательно Чо =- 1Чп/(р)О = 0,9)5/3,1415918,скорость линейного перемещения вдоль оси Чо = 0,08 мм/с.б) величина смещения т -0,5В/4 = 0,53.6/4. - - 0;45 ммследовательно Чо = 0,455/3,1415918=-- 0,04 мм/св) Величина смещения с=0.1 В/4=0,13,6/4 = 0,09 мм.Следовательно Ч 0 - 0.095/3,1415918 = 0,008 мм/си уменьшать значение 1 менее 0,45 мм в данном случае нерационально с точки зрения производительности(скорости ведения) процесса.Рентгенографический анализ показывает, что исходная структура поликристаллическая, а структура заготовки полученной по предлагаемому способу монокристаллическая с моногранной поверхностью 110. Для случаев а), в) также получена монокристаллическая структура, подтвержденная рентгенографическим анализом по Лауэ.Использование предлагаемого способа получения монокристаллических заготовок из тугоплавких металлов обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества; возможность получения из поликристаллических заготовок монокристаллических заготовок с моногранной поверхностью с заданной кристаллографической ориентацией, например 110, иэ поликристаллических заготовок; повышение физико-механических характеристик изделий, снижение трудозатрат на изготовление, экономия исходного дорогостоящего материала, увеличение длительности работы изделий,Предложенный способ обладает значительной экономической эффективностью. В предлагаемом способе используют заготовку из поликристаллического материала, Вся поверхность заготовки после обработки по предлагаемому способу имеет, в приведенном примере, кристаллографическую ориентацию 110, что позволяет получить высокие служебные характеристики иэделия. Отжиг полученных по предлагаемомуспособу заготовок при температурах до 1500 С не приводит к заметным изменвниям их структуры. Результаты испытаний на 5 высокотемпературную полэучесть при температурах 0,57 Тпл. и напряжениях 5 МПа показали снижение скорости ползучести в 3-10 раэ по сравнению с иэделиями,выполненными иэ исходного материала, при дли тельности испытаний 50 ч и на 15=,ьпосравнению с изделиями, выполненными по второму варианту, а значение скорости высокотемпературной ползучести для данного примера, случай б) составляет 2 10 см, 15 при длительности испытаний выше 100 ч, ипри напряжениях 6 МПа значение скорости высокотемпературной полэучести составляет 2,510 см .Формул а и зоб рете н ия 20 Способ получения монокристаллических тел, при котором используют концентрированный источник нагрева, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью получения моно- кристаллических тел вращения из поликри сталлических тел вращения, исходноеполикристаллическое тело вращения последовательно и непрерывно переплавляют, сообщая ванне расплавленного металла перемещение по траектории, являющейся ре зультирующей векторов скоростей по двумвзаимно перпендикулярным направлениям, модули которых связаны соотношением чо/чп = с.л О, причем чочл и направлен вдоль продольной оси тела, где ч 0, чи - ско рости относительного перемещения концентрированного источника нагрева и обрабатываемого тела, мм/с, с - величина смещения ванны расплавленного металла, мм, О - диаметр обрабатываемого тела, мм, 40 а величину 1 задают в соответствии с выра"жением й - 0,1-1,0) В/4, где В - ширина ванны расплавленного металла, мм.1836201 Заказ 2997 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыт113035, Москва, Ж-ЗБ, Раушская наб., 4/5 ГКНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго л. Гагарина, 101 Составитель О. Барабаш дактор Г, Мельникова Текред М, Моргентал Корректор Л. Филь