Способ обработки слитков

оп 1 Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 0204,75(21) 2128239/22-02 (51) М. Кл. с присоединением заявки Ио С 21 С 5/56 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(53) УДК 621. 365. .91 088,8) Дата опубликования описания 15.07,79 В, Н. Каринский, В. П. Митин, Н. П. Новиков, А. П. Сурин,В. В. Тетюхин, А. В. Иванов, В, И, Соболь, А. н. Романови Б. С. Люхайов(54) СПОСОБ ОБРАБОТКИ СЛИТКОВ 1Изобретение относится к областИ обработки слитков на основе высокоактивных металлов, например титанат с помощью электродугового нагрева, а также может быть использовано в металлургических процессах,.свя-. занных с нагревом поверхности изде лий (термообработка, наплавка:по- крытий, дегазация или насыщение . е газами поверхностного слоя и тд,) .Известны способы обработки слнтков темаллов посредством оплавлеяия 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" 20 ,мер, длинные слитки обрабатывают при атмосФерном давлении вращающейся электрической дугой, горящей между нерасходуемым кольцевым электродом и слитком в магнитном поле.Чтобы все участки расплавленного по периметру слитка находились в оди иаковых гравитационных условиях, слиток распОлагают вертикально. Но мере проплавления слиток перемещают относительно дугового нагревателя 1) 2Глубинапроплавления слитка в указанном способе ограничена поверхностным натяжением расплавленного металла в ванне кольцеобразной Формы, ПОЭтому для получения глубоко йроплавленного слоя слиток помещают в кристаллизатор, ограничивающий растекание пояска расплавленного металла. Источником нагрева в таком способе, проводймом при атмосферном давлении, служат несколько дуговыхплазматронов, в. размещенных выше кристаллизатора и проплавляющих поверхность вертикально, расположенного. слитка со всех его сторон 2).,цля обработки свертков 6 Ольщого диаметра используйт способ расплавления небольщого участкакруглой Формы на поверхности горизонтально расположенного слитка с помощью незави" симого электрического источника нагрева. При этом диаметр расплавленной ванны и ее размещение выбирают так, чтобы расплав не вытекал из ванны. Источник нагрева перемещают по поверхности слитка либо слиток перемещают относительно источника нагре" ва для образования непрерывной проплавленной дорожки, а впоследствии для перекрытия этих дорожек вплоть досплошного проплавления всей поверх"ности. Для круглого слитка указанное перемещение источника нагрева " проще-всего выполнить по винтовойтраектории, как при токарной обработке. Таков, например, Способ об работки слитка посредством оплавления его поверхности электроннымлучом (3).Поскольку в этом способе оплавле"ние поверхности осрествляют при большом разрежении (10 " 10 мм рт. ст,),происходит испарение металла и особенно летучих компонентое Сплава.например., марганец.иэ,титановогосплава,ОТ 4 после электроннолучево-:.го оплавления почти полностью улетучивается. химический состав сплава измеряется, и поэтому данныйспособ непригоден для обработккй сложнолегированных сплавов.Наиболее близким к описываемомуизобретению пО техничаской СУЩнОс",. "ти и "достигаеомму эффекту является,способ обработки слитков металлови сплавов путем. оплавления их поверх"ности плазменной дугой в. атмосфере .инертного газа, включающий расПлавленйе уЧастка: йоверхности к перемещение образовавщейся расплавленнойванны по поверхности слитка (4).По известному способу слитки поме-;щают в герметичную камеру, которуюзаполняют инертным газом до давленияблизкого. к атмосферному. Слиток устанавливают на вращающиеся горизонталь"ные валки и с йомощью дугового плаз-матрона, перемещаемого вдоль осислитка, расплавляют ванну круглой формы на поверхности этого слитка. Та-кйм образом, оплавление слитка происходит при последовательном расплавлении и затвердевании участка поверхности слитка, перемещаемого по винтовой линии.недостатки указанно 1"о сйособа следующие:производительность процесса огранйчена небольшим Диаметром ванны "расплаютенного металла,а увеличе-ние размеров ванны за счет повышения мощности дуговогоразряда"прйвб"дит" к вйтеканию расплаваиз"ванны;расположеной на покатой повер;(- ности цилиндрического слитка;,недостаточная. Степень рафинирования обрабатываемогоматериала -Отгазовых и летучих примесей, так какоплавление поверхности плазменнойдугой возможно лишь при давлении,близком к атмосферному, что исклю"чает полное удаление указанных примесей;большой расход инертного газа назаполнение рабочей камеры и стабили"зацию плазменной дуги в процессеоплавления.Целью изобретения является увеличение производительности процессаза счет образования локальной зоны расплавленного металла продолговатойФормы и, следовательно, увеличениеширийы проплавленной дорожки; улучшение качества обрабатываемого металла путем оплавления его в разреженной атмосфере инертного газа, 5 способствующей эффективному удалениюлетучих примесей; снижение расходаинертного газа на заполнение камерыи стабилизацию электродугового разряда за счет проведения процесса в О разреженной атмосфере.Цель достигается тем, что в известном способе обработки слитковметалла путем оплавления их поверхности электрической дугой, обдувае мой инертным газом, включающем последовательное расплавление и затвердевание участков поверхности,ванну жидкого металла формируют электрической дугой с анодным пятном дли ной от 1,3 ширины пятна до длиныслитка. Процесс обработки проводятпри разрежении инертного газа, 1-20мм рт. ст.Принципиальное отличие данного ин- Я тервала разрежейий от применяемогоранее атмосФерного давления либоглубокого вакуума состоит в том, чтопри указанном разрежении инертногогаза возможно формирование не только круглой, но и продолговатой ванны расплавленного металла без применения специальных технических средств, например без развертывающихмагнитных полей; происходит достаточное удаление вредных газообразнЫхи летучих примесей и одновременно ненаблюдается избирательное испарениекомпонентов сплава с высокой упругостью паров (включая марганец);во много раз уменьшается количество 40 инертноГо газа, необходимого длязаполнения герметичной камеры и длястабилизации дугового разряда впрбцессе оплавления. Выбор конкрет"ной величины разрежения в указанном45 интервале определяется требованиямиК Степени дегазацни обрабатываемогометалла, а также наличием в составе,сплава легкоиспаряющихся компонентов.Для большинства титановых сплавов5 О приемлем интервап разрежений инертного газа 0,5-5,0 мм рт. ст. Приуменьшении разрежения соответственноуменьшается расход инертного газа.на весь процесс оплавления, вклю 5 чая заполнение камеры.Данный способ пригоден для оплавления поверхности как круглых, таки плоских слитков, При обработкекруглого слитка ванну следует рас-.6 О полагать вдоль оси вращающегосяслитка. ширина ванны должна быть достаточно малой, чтобырасплавленныйметалл не вытекал с верхней частикруглого слитка, а длина ванны долж на быть возможно большой, чтобыполучить проплавленную дорожку наиб 7 36 5 8 угл Удлиненна диаметр80 мм800 рина 80 мм ина 130 мм 500 Сила тока дуг напряжение, ВСкорость вращенслитка, об/мин я1/12агре-,т слит 65 еличина подачи нателя на 1 обброа, мм/оборот Время о слитка, Рабочее инертно мм рте авлениин 222 вле газ т.нертногокение ка ры, мэ 2.,8азадуго-:"оцессе Расход на эап 0075 Подача инертного гдля стабилизациивого разряда в пр1 оплавления, л/мин 1,8 е водор танном слдержа обра 0,007 большей ширины и тем самым увеличитьвеличину относительного перемещенийисточника нагрева за один оборотслитка, а следовательно, повыситьпроизводительность процесса, В идеальном случае длина локальной расплавленной эоны может быть равна длинеслитка; в частном случае она можетбыть равна ширине расплавленной зоны,что соответствует условиям известного способа,П р и м е р. Проводят обработкукруглого слитка диаметром 570 мми длиной 1200 мм иэ титанового сплава ВТ 9 в установке для оплавленияслитков типа фВесна, Последовательность технологических операций в предлагаемом спосОбе почтитакая же, как и в известномСлиток загружают в камеру иа .двагоризонтальных валка, камеру закры-.вают и откачивают вакуумными иасосд" 2 Оми до разрежения 10мм рт. ст. Затем камеру заполняют смесью арго"на и гелия до давления 750"800 ммрт. ст включают дуговой плаэматрови расплавляют в верхней части слит-.ка круглую ванну; в качестве нагре"Форма ванны расплавленного металлаРазмеры ванны Общий расход инертного газа за весь цикл обработ ки, мз вател я используют электродуговое вак уумное устройство . катод этого устройства состоит и э восьми вольфрамовых прутков диаметром 5 мм и длийой по 50 мм, расположенных двумя рядами на расстоянии 2 5 мм в ряду и 1 5 мм между рядами , В пространство между рядами подают инертный газ, который поступает в 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 проплавлением на краях) на величину около 15 мм. После проплавления всей поверхности хлектродуговой нагреватель отключают, открывают камеру и выгружают слитокРежимы обработки представлены в таблице.673658 7Как видно из таблицы, проведениеобработки слитка по данному способу-"в-сравнении с известным дает повышение производительности в 1,75 раза, уменьшение расхода инертногогаза в 24 раза, снижение содержания водорода в оплавленном слоепочти в 1,5 раза,Кроме того, проводят оплаэлениетакого же слитка по способу с Формированием круглой зоны расплавленногометалла 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.Использование описываемого способа по сравнению с известным даетследующий технико"экономическийэФфект:повышение производительности засчет увеличения ширины -зоны проплавленного слоя, Например без увеличениячислеййости устаябвок и обслужйвающего персонала возможно сокращениецикла обработки одного слитка (4-5 ч)приблизительно вдвое, что дает экономию около 50 тыс,. р, в гбд)улучшение качества обработанногометалла за счет рафинирувщего воздействия разреженной атмосферы инерт"ного газа. Поверхность слитков титановых сплавов обычно загрязнена"летучими неметалличеСкими"включения"ья (хлоридами магния), газами и парами воды. Оплавление титановыхслитков в разрыенном аргоне в срав-нении с аргоном при атмосферном дав-лений"позволяетснизить содержаниеуказанных примесей в поверхностнбмслое слитка в 1,5-2,0 раза; снижение затрат на инертные газы.Например по известному способу, выПолняемому на установках Весна,расходуется около 6 мз,"ргона игелия (поровну) в рабочую сменуобщей стоимостью 25 руб. В описыва еМом способе при такой же произво-.дительности установки будет расходоваться около 0,3 м аргона всмену стоимостью 50 коп. ГотовойэФфект от экономии инертных газов 10 около 20 тыс, р. на одну установку Формула изобретения 15Способ обработки слитков металлови сплавов, включающий последовательное расплавление участков поверхности слитка с формированием ориентированной вдоль оси слитка ванныжидкого металла и затвердевание этихччастков, о т л и ч а ю щ и й с ятем,что с целью улучшения качестваобработанного слоя слитка, аанну жидкого металла Формируют электрическойдугой с анодным пятном длиной от 1,3ширины пятна до длины слитка при разрежении инертного газа-20 ммрт, ст. 30Источнйки информации, принятые во внимание при экспертизеСоставитель А. ЩербаковРе актор . Ко ченко Тех е Л. Ал е ова Кор екто Й. СтецЗаказ 4018/25 Тираж 652 Подписное ЦлИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035 Москва ЖРа окая наб, . 4 5 Филиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4