Иванов (550688), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Для подавления влияния вредных примесей, при плавке следует применять модификаторы, которые видоизменяют особенно неблагоприятную остроугольную форму фосфидов, оксидов и сульфидов, очищают границы зерен и упрочияют сталь. 9~ ° 259 рис. 7.3. Схема плазменно-нвдук- Нновной плавильной установки: / — механизм пеРемещеннк плазио- троиа; У вЂ” плазмотрон~  — пода ча аргона; 4 — гериетизнрозавный люк;  — крышка (сзодв б — ви дуктор печи; 7 — зодоохлаждаемый анод;  — всточннк пнтанкх Хорошим модификатором является силикокальций в сочетании с РИЗ, при введении которых в 2 раза повышается уДар-' ная вязкость стали [111, 112[.
Значительное повышение качества сталей и сплавов достигают также применением плазменно-индукционной плавки при которой благодаря дополнительному нагреву верхней части ванны сокращается время плавки. Одновременно повышается чистота металла, производительность печей и снижается удельный расход электроэнергии [9[. В ИПЛ АН УССР разработана и испытана на ряде заводов плазменно-индукционная установка [9[, изготовленная на базе печк ИСТ-0,16, к которой сделана плазменная приставка, представляющая собой водоохлаждаемую футероваиную крышку [свод), установленную в верхней части печи на уплотнительном кольце [рис.
7.3). На крышке смонтирован плазматрон с механизмом его перемещения.' Для загрузки шихты в процессе плавки, ввода легирующих добавок и наблюдения за ходом плавки в крышке предусмотрен герметизированный люк со стеклом. В дно тигля вмонтирован водоохлаждаемый анод. К плазматрону подведены системы охлаждения и газоочистки. Питание плазматрона осуществляется от управляемого источника постоянного тока типа ВПР-602. В качестве плазмообразующего газа используют технически чистый аргон [ГОСТ 10157 — 79), предварительно очищенный от влаги, кислорода и азота. Известно, что свойства отливок в большой степени зависят от ориентации и величины зерен в литой структуре. Качество отливок можно повысить, осуществляя регулирование структуры металла в процессе заливки'формы и ее охлаждения, так называемую, контролируемую кристаллизацию [90, 18 [. Для этих целей в плавильнозаливочных вакуумных установках, дополнительно к плавильным печам помещают индукционные нагревательные печи для форм.
Прокаленные формы устанавливают в печь нагрева формы и, в процессе плавки металла и заливки его форма не остывает, а нагревается до заданной температуры и даже до температуры заливаемого расплава. Контролируемую [направленную) кристаллизацию отливок можно вести по нескольким вариантам технологического процесса, рассмотренным ниже. 260 1. Применяют тонкостенную прочную оболочку форму без опорного наполнителя, которую нагревают до 1000 — 1050 'С, заливают расплавом при температуре 1480 — 1500 'С и выдерживают в нагревательной печи до 800 — 850 'С. При достижении этой температуры отливку переносят в термостат с температурой 600 — 650.'С, где выдерживают до 300 'С с последующим охлаждением на воздухе.
При таком режиме получают поликристаллическую структуру отливки с минимальными остаточными напряжениями, но со сравнительно крупной макроструктурой. 2. При изготовлении оболочковой формы в поверхностный слой формы вносят мелкодисперсные окислы, являющиеся модификаторами — центрами кристаллизации, и затем эту форму нагревают, заливают расплавом и охлаждают по варианту 1. В этом случае получают более мелкую макроструктуру в поверхностном слое отливки.
Ее можно регулировать количеством модификатора и его дисперсностью. 3. Оболочковую форму нагревают до температуры заливки расплава. После заливки нижнюю часть формы (отливки) искусственно охлаждают — и постепенно с заданной скоростью форму с отливкой выводят вниз из зоны нагревательной печи. Происходит направленная снизу вверх кристаллизация отливки, которая приобретает поли- кристаллическую или монокристаллическую структуру, ориентированную вертикально по всей высоте. При этом резко возрастают пластические свойства металла, надежность и длительность эксплуатации отливок.
В табл. 7.3 приведены свойства сплава ММ 200, отлитого по различным вариантам технологии. Таблмяа 74 Свойства различных ноднфннйцнй сплава йтйй МО Сплав ММ 000 Свойства обычный мм йаб (моднее. напав) направ- ленной крнстал- лнааннн в ваде монокрн- сталла Рнс. т.а. Мавр с руетуре тлнв в с ретулнруеме» нрвсталлпеаннера 1 — полнкрнсталлнческан структура; 11 — ваправленнав 1продолено-орнентнроааннаа1 структуре; 111 — монокрнсталлнческав структура По пластичности и термической усталости сплавы с направленной кристаллизацией по сравнению с поликристаллическими сплавами имеют очень большие преимущества, что объясняется отсутствием поперечных границ зерен. Но медленная кристаллизация способствует образованию рыхлот в отливках. Нет преимуществ в ползучести. Получение отливок с контролируемой кристаллизацией трудоемко и сложно, поэтому отливки пока очень дороги. 4.
Оболочковую форму устанавливают в графитовую опоку с д ом и засыпают графитовой крошкой. Опоку помещают в печь и нагревают до температуры заливки металла. После заливки форму выдерживают в печи до полного заполнения расплавом междендритных'. пустот. Затем форму с заданной скоростью опускают из нагревательной печи и она остывает на воздухе, либо в термостате по заданному режиму. В результате получают тонкостенную плотную фасонную отливку с однонаправленным затвердеванием металла во всех стенках.
При этом наблюдается некоторое повышение прочности и резкое повышение пластичности. На рис. 7.4 приведена макроструктура отливок с регулируемой кристаллизацией. Плавка специальных сплавов в индукционных вакуумных печах. Наиболее высокими жаропрочными свойствами, необходимыми для производства литых турбинных лопаток, обладают литые сплавы на никелевой основе типа ЖС.
Основным методом получения лопаток из этих сплавов является литье по выплавляемым моделям. Однако указанные сплавы из-за большого содержания алюминия и титана легко акисляются и образуют в процессе плавки и разливки плотные окисные плены, которые, попадая в отливки, нарушают сплошносгь л62 рнс. 7.Б. Свободные олергнн обраеованнн оанслоа мехаалов дло реахдна, выраменных на ~ г ° моль анслорода — 777 материала и снижают прочность лопаток. Величина окисных плен и их расположение в отливках самые разнообразные.
Наличие окисных плен на поверхности пера дм лопаток„а также на их кромках, как правило, является признаком брака. Окисные плены образуются при температуре до1700 С как во Р "РР мс ми Яра звбсм время приготовления исходного сплава и"разливки его в изложницы, так и во время приготовления рабочего сплава и разливки его в формы при отливке лопаток. Избежать образования окисных плен можно обработкой жидкого расплава раскислителями, плавкой и разливкой в вакууме нли в нейтральной среде. Плавка жаропрочных литейных сплавов, содержащих алюминий и титан, в вакуумных индукционных печах повышенной частоты находит все большее применение.
По своему сродству к кислороду алюминий уступает лишь магнию и кальцию. Вакуум благоприятствует ,любой химической реакции, в ходе которой из нелетучих веществ образуются газы или летучие вещества, в результате чего понижается температура н становится возможным протекание данной реакции, На ряс. 7.5 приведены изменения свободных энергий образования окислов титана н алюминия в зависимости от температуры.
В атмосферных условиях углерод может начать раскисление окислов титана при температуре 1650 'С, а окислов алюминия при 1950 'С. С понижением давления раскислительная способность углерода повышается и при разрежении 10 Па температура начала раскислеиия снижается примерно на 500 'С, т. е. окислы титана раскисляются углеродом при температуре 1150 'С, а окислы алюминия при 1450 'С. Опыт плавки жаропрочных сплавов в вакуумных печах прн разрежении 1 — 4 Па подтверждает раскисляемость окислов алюминия (плены) при температуре 1550 — 1650 'С по реакции ЗС + А1аОх = 2А1+ ЗСО.
при этом окись углерода улетучивается. Технические характеристики вакуумных индукционных печей приведены в табл. 7.4. При использовании печей периодического действия (см. табл. 7.4) после каждой плавки и заливки вакуумная камера сообщается с атмосферой и откатывается. Залитую форму снимают с печи, очищают тигель, вновь загружают шихту, устанавливают новую форму, камеру накатывают и начинают вакуумирование тигля, шихты и формы. Таблица 7сй Техвическяе характеристики иидукциоииых вакуумиых печей для плавки и заливки форм Тип пвчн Пврвнвтр ИСВ-0.04 пе-из е ИСВ-О,!0 нф-и1 е Номииальяая емкость тигля (по стали), т Установленная мощность, кВ.
А Мощность питающего преобразователя, кВт Частота, Гц: контура питающей сети Напрюкеиие, В: контура питающей сети цепей управлеияя силовых цепей Максимальная температура расплава в тягле, 'С Среда в рабочем пространстве !плавяльяая камера) 0,16 525 250 0,04 2% 120 2400 50 2400 50 300 380 220 220/380 1700 иейтральгаз 5 0,133 10 500 380 220 220/380 1650 Вакуум или иый 5.0,133 1О Предельное разрюкеиие в холодной печи, Па Максимальио допуспечое избыточиое давление иейтральиого газа, кПа Производительиосп, по расплавлению и перегреву, т/ч Удельный расход злектрозиергии иа расплавлеиие и перегрев, кВт ч/т Габаритные размеры форм, и: ширина Х длииа высота Масса электропечи, т Вместимость 1по сталя) сменных ивдукторов, которыми дополиительио комплектуются печи, т О.!2 1100 0,2! 0,7Х!,6 1.0 30 0,06 и 0,1 0,5Х0,6 1,0 10 0,01 и 0,025 Е П вЂ” пврноднчвского двйсчвнщ Н вЂ” непрерывного действия.
Таким образом, вакуумная система работает нерационально на .восстановление утерянного вакуума. Кроме того, происходит потеря теплоты и резкое изменение температуры тигля, снижающее стойкость футеровки, а также окисление остатков расплава на стенках тигля. Образуются так называемые настыли, что загрязняет жидкий металл последующих плавок и снижает качество отливок. Для устранения отмеченных недостатков выпускают вакуумные установки полупрерывного действия на различную вместимость тиглей (см. табл. 7.4).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
