Процессы плавки и литья

Процессы плавки и литья зависят от типа вакуумных печных установок. Рассматриваемая в данной работе техника относится к малым печным установкам. Для любого процесса плавки, литья и легирования необходимо знать влияние этих операций на качество конечной продукции и оценить результирующие физико-механические свойства. Каждая отдельная группа сплавов при плавке в вакууме будет реагировать различным образом. Заявления о том, что вакуумная плавка и литье улучшают свойства всех высокотемпературных сплавов, является ошибочным. С этим можно согласиться в том случае, если для высокотемпературных сплавов на кобальтовой основе будут получены такие же достоверные данные по улучшению физико-механических свойств, как и для сплавов на основе никеля.

Поскольку производственные возможности вакуумной металлургии не получили должного развития, количество систем сплавов, выбранных для исследования, было ограничено определенными сплавами. Для работы в области высоких температур широкое применение находят сплавы на никелевой основе, повышение прочности которых обеспечивается добавками значительных количеств титана и алюминия. Отливки из этих сплавов, полученных в обычных условиях при нормальном давлении, загрязнены включениями как на поверхности, так и внутри литья. В процессе плавки обычными методами (дуговыми или индукционным) ввиду сильного окисления алюминия и титана сплав сильно загрязняется окисными включениями.

Улучшение ковкости сплавов васпаллой и юдимет-500 при выплавке их в вакууме явилось причиной выбора их для производства вакуумных отливок по выплавляемым моделям. Этим же методом были получены отливки из сплавов на никелевой основе (GMR-235, инко-713, сплав Ги, М-252) и сплавов на железной основе (А-286, дискаллой и М-306). Выплавка этих сплавов в обычных атмосферных условиях приводит к загрязнению их неметаллическими включениями и снижению содержания алюминия и титана.

Наиболее важной стадией операции получения отливок является плавильный цикл. Хотя технология плавки каждого отдельного сплава имеет свои специфические особенности, здесь будут обсуждаться только типичные стадии процесса плавки.

Основные стадии процесса плавки. 1. Металл образцовой плавки (из предварительно выплавленных в вакууме сплавов) загружается в тигель. В большинстве случаев загружается количество металла, достаточное для заполнения только одной формы.

2. Подогретая форма помещается в вакуумную камеру. Потери тепла формой в вакууме незначительны. Было установлено, что в течение обычного плавильного цикла температура внутренней части формы понижается примерно на 95—120°. Поскольку формы подогреваются до температуры 820—1100°, за счет перегрева можно компенсировать любую потерю тепла в указанных выше пределах.

3. Вакуумная камера откачивается. После снижения давления до 5 мк рт. ст. мощность печи увеличивается и начинается плавка. Производительность откачной системы должна быть достаточной, чтобы поддерживать давление в период плавки и отливки ниже 10 мк рт. ст. Обычно давление порядка 2—4 мк. рт. ст. является нормальным.

4. При переплаве образцовых сплавов никакие раскислители и легирующие добавки не применяются.

5. После расплава шихты начинается интенсивное выделение газов, которые повышают общее давление в печи при отключенной откачной системе. Повышается также давление за счет натекания воздуха. Общее давление в печной камере будет состоять из следующих слагаемых :

а) давления, создаваемого растворенными и адсорбированными в металле газами, выделившимися в процессе вакуумной плавки;

б) давления за счет выделившихся газообразных продуктов в результате взаимодействия между расплавленными металлами и футеровкой тигля ;

в) давления, создаваемого газами, поступающими в систему в результате ее негерметичности.

Величина скорости газовыделения влияет на качество вакуумной плавки. При малых плавках металла из сырых материалов скорость выделения газов определяет длительность периода рафинирования.

6. Когда металл достигает литейной температуры, производится последний ее замер и металл выливается в форму. При обычном процессе литья металл, поступающий в форму, вытесняет из нее воздух. Но в вакууме он беспрепятственно заполняет форму. Проницаемость в данном случае играет меньшую роль, чем при литье на воздухе. Это имеет особенно важное значение при отливке тонких профилей. Хотя наиболее распространенным является статический метод при отливке чрезвычайно тонких сечений, широкое распространение получили также и другие способы заполнения форм, например центробежное литье в вакуумной камере.

7. Форме дают возможность охладиться под вакуумом до температуры, ниже которой никакое поверхностное окисление или интеркри-сталлитная коррозия не могут иметь места.

8. После этого камера заполняется воздухом, открывается и форма извлекается.