Cтраница 1
Процесс электрошлакового переплава не обладает стол ] же высокой способностью к обезгаживанию, как вакуумно-дуговой переплав. Тем не менее, взгляды относительно влияния электрошлакового переплава на содержание кислорода азота и водорода тоже расходятся. Сообщают и о повышении и о понижении этого содержания, но сходятся во мнении что уровень кислорода и азота можно сохранять неизменным если использовать оптимальные параметры процесса. Присутствие водорода в аустенитных суперсплавах не создает проблем, небольшое его содержание считается нормальным. [1]
Процесс электрошлакового переплава требует тщательной регулировки температурных градиентов и скоростей кристаллизации. [2]
Процесс электрошлакового переплава запускают, наливая горячий жидкий шлак в медный тигель или зажигая электрическую дугу между электродом и металлической стружкой на подине изложнице и расплавляя тем самым первые порции шлака, помещенного в изложнице. Эти две процедуры известны соответственно как старт с горячим и холодным шлаком; обе они используются в промышленных установках в условиях промышленного производства. Плавку проводят при регулируемом напряжении; о скорости плавления судят по силе тока, а о скорости подачи электрода - по уровню напряжения. Когда плавление электрода близится к завершению, на слитке формируют прибыльную наставку, чтобы устранить усадочную раковину. Дав достаточно времени для затвердевания шлака, слиток раздевают. В зависимости от типа сплава и размеров слитка последний охлаждают на воздухе, подвергают медленному регулируемому охлаждению или отжигу. [3]
Процесс электрошлакового переплава ведут под шлаковым покрывалом в воздушной или какой-нибудь другой газовой среде. Взаимодействие между расплавленным металлом, шлаком и газовой средой делает процесс более сложным, чем в условиях вакуумно-дугового переплава. Так, конечный продукт возникает при более активном воздействии внешних факторов. Надо учитывать это потенциальное взаимодействие и в том числе такие факторы, как химический состав шлака и его физические характеристики, - вязкость, удельное электросопротивление, теплопроводность; тогда станет ясно, что процесс электрошлакового переплава гораздо сложнее вакуумно-дугового, и, стремясь получить продукт удовлетворительного качества, следует тщательно соблюдать все необходимые правила и требования. Это предостережение особенно уместно в случае переплава никелевых суперсплавов, упрочняемых старением. Для выплавки суперсплавов твердо-растворного типа и различных сталей имеется широкий выбор шлаков различного состава, а также параметров самого процесса переплава. По сравнению с вакуумно-дуговым переплавом процесс электрошлакового переплава оказывает влияние на большее количество элементов и более сильное. Менее активные элементы, - Ni, Mo и Wo, - особому влиянию не подвержены. Процесс электрошлакового переплава обладает способностью выталкивать из суперсплавов некоторые малые примеси. В наибольшей степени это относится к примесям S. Благоприятная роль электрошлакового переплава для устранения S может быть обеспечена с помощью шлаков, содержащих большое количество извести. [4]
Схематически процесс электрошлакового переплава изображен на рис. 14.4. Он заключается в создании слитка в результате переплава литого или кованого электрода, погруженного в расплавленный шлак. Необходимое тепло поставляется электроэнергией. Обычно плавку выполняют в воздушной среде. [5]
В процессе электрошлакового переплава сталь интенсивно очищается от неметаллических включений, грубые строчечные скопления неметаллических включений в прокате полностью исчезают. Механические свойства металла значительно улучшаются, особенно в поперечном направлении, вследствие чего существенно уменьшается анизотропия свойств. Ударная вязкость повышается в два раза, относительное удлинение на 70 %, относительное сужение поперечных образцов - на 60 - 65 % по сравнению с соответствующими показателями свойств исходного металла. [6]
Из-за повышенной сложности процесс электрошлакового переплава необходимо усовершенствоват его оборудование. Должна быть также обеспечена техниче кая возможность постоянного слежения за переменными, г которым ведется управление процессом, и непрерывное v измерение. [7]
Стальной слиток изготавливается в процессе электрошлакового переплава, потому что при вакуумной дуговой плавке удаляется азот, который содействует получению высокого предела прочности. Затем слиток прошивают и проковывают в кольцо, примерно равное по высоте, но меньшее в диаметре и с большей толщиной стенки, чем в готовом виде. Поковку нагревают до температуры образования твердого раствора и закаливают для получения аустенитной структуры. Затем кольцо развальцовывают при помощи либо конусной оправки при температуре 180 С, либо взрывного расширения. Здесь может быть несколько этапов расширения и промежуточных нагревов. [8]
Скорость плавления электрода в процессе электрошлакового переплава определяется силой тока, тогда как характеристики напряжения используют для управления подачей электрода или его расположением. Поскольку процесс открытый, за плавлением электрода относительно просто следить с помощью силоизмерителъных ячеек, установленных на его держателе. На многих установках скорость плавления программируют заранее, и управление плавлением автоматизировано подключением этих ячеек к заданной программе. Очень важно знать, каким образом расположить электрод в шлаковом слое. Это обеспечивает постоянный уровень напряжения, поскольку глубина шлакового слоя в процессе плавки изменяется мало. Глубину погружения электрода необходимо тщательно регулировать для сохранения заданного теплового баланса и прохождения тока; о глубине погружения можно судить по ширине регистрируемого сигнала напряжения. Колебания этой ши-ч рины возникают, если электрод начинает выходить из шлаковой ванны. [9]
Сталь типа ШХ15, получившая обозначение ЭИ760 ( а после разработки процесса электрошлакового переплава - ЭИ760Ш), применяют для деталей подшипников, работающих в условиях повышенных нагрузок, скоростей, вибраций. [10]
Другим наиболее важным преимуществом способа ЭШН является то, что при наплавке, как и в процессе электрошлакового переплава ( ЭШП), происходит рафинирование плакирующего слоя по сере, кислороду, неметаллическим включениям, что существенно повышает его коррозионную стойкость по сравнению с нержавеющими сталями открытой дуговой выплавки. [11]
Каждый из процессов выплавки суперсплавов был разработан в ответ на конкретный запрос; это относится и к раннем) периоду разработки суперсплавов, и к современной ориентации этих разработок на существующие методы производства Процесс вакуумной индукционной выплавки был предназначен для корректировки химического состава и производства суперсплавов с повышенным содержанием упрочняющей добавки. Процессы вакуумно-дугового и электрошлакового переплава разработаны для корректировки структуры. Процесс вакуумно-дугового двухэлектродного переплава является продуктом развития двух предшествующих, его задача заключалась в производстве мелкозернистого слитка, обладающего приемлемой горячей деформируемостью. [12]
Когда требуется высокое качество слитков, используют специальные методы очистки стали. В процессе электрошлакового переплава, например, стальной электрод, отлитый из стали любым из перечисленных выше методов, служит анодом в ванной с флюсом на основе фторида кальция и расплавленный металл оседает на дно ванны, где непрерывно затвердевает. Для получения крупных слитков могут быть использованы электроды различной конфигурации. Этот процесс обеспечивает хорошее распределение частиц интерметаллидов и поэтому позволяет уменьшить отходы, связанные с производством мелких слитков, и в то же время обеспечить получение мелкого зерна. Для получения высококачественной стали используют процесс вакуумного рафинирования. Расход электродов при вакуумной дуговой плавке такой же или несколько больший, чем при электрошлаковом переплаве. Плавка в высоком вакууме обеспечивает полную дегазацию и раскисление, улучшение структуры, удаление включений и получение более однородных свойств по всему слитку. Интенсивный перегрев расплавленного металла, который имеет место при электронно-лучевой плавке, способствует удалению легковозгоняющихся примесей, что приводит к увеличению пластичности и повышению коррозионной стойкости. Если необходимо получить крупный по размерам слиток высококачественной стали, можно рекомендовать или процесс непрерывной разливки, или электрошлаковый процесс. [13]
Ко времени внедрения электрошлакового переплава вакуумно-дуговой переплав уже занимал прочную позицию как процесс, привлекающий обширные капиталовложения. Однако сложность процесса электрошлакового переплава предполагает и предлагает возможности управлять химическим составом и чистотой по неметаллическим включениям в гораздо большей степени, чем вакуумно-дуговой процесс. [14]
Общее признание, которым пользуется процесс вакуумно-дугового переплава, заставит продолжать его применение для производства слитков с контролируемой структурой и минимальным уровнем ликвации. Хорошо известные возможности этого процесса будут возрастать, коль скоро улучшится качество задаваемых электродов; последние могут поступать после обработки методами электрощла-кового переплава или электронно-лучевого переплава на холодном поду. Сам по себе процесс электрошлакового переплава обладает возможностями, позволяющими ему конкурировать в производстве суперсплавов с процессом вакуумно-дугового переплава. В настоящее время процесс электрошлакового переплава широко применяют для производства суперсплавов с твердорастворным упрочнением. Ои является мощным средством для снижения загрязненности и других дефектов слитка, поэтому в самом близком будущем появятся программы его дальнейшего значительного усовершенствования и развития. [15]