Скорость натекания

Максимальный вакуум, который может быть получен в системе, является лишь частью проблемы. Равное или, возможно, большее значение имеет скорость натекания атмосферного воздуха или ход изменения давления внутри печи после отключения ее от насосов. Эти данные легко получить экспериментально. После отключения насосов от печи регистрируют повышение давления за определенный отрезок времени. Повышение давления может быть вследствие неплотностей в вакуумных соединениях и поступления наружного воздуха или вследствие отдачи стенками и другими деталями печи ранее абсорбированных газов, неплотностей в водяных магистралях, а также в результате выделения газа жидким металлом, находящимся внутри печи. Одной из основных целей вакуумной плавки является максимально возможное понижение парциального давления кислорода и азота в атмосфере печи для предотвращения взаимодействия этих газов с жидким металлом. Очевидно, что скорость натекания более точно характеризует количество газов, находящихся в печи, чем величина общего давления.

Откачная система может иметь большую мощность, обеспечивающую получение очень низкого давления, но общее количество газа, проходящего над жидким металлом, останется значительным. Например, при давлении в печи в 1 мк рт. ст. после отсоединения насосов от печи скорость натекания будет равна 100 мк рт. ст. в 1 мин. Опыт показывает, что натекание является хорошим индикатором работы установки и его надо учитывать при ведении плавки.

На установке в Детройте натекание в холодной печи перед плавкой не должно было превышать 5 мк/мин. Определяли природу скорости натекания, т. е. являлось ли оно результатом неплотностей или отдачей больших количеств абсорбированного газа, который мог взаимодействовать с расплавленным металлом. Установлено, что натекание за счет десорбции газов уменьшается от плавки к плавке, если печь работает непрерывно. При таких условиях скорость натекания в холодной печи равнялась 1—2 мк/мин.

Этот способ контроля работы вакуумной печи использовался для определения момента введения в печь дополнительных высокореакционных материалов. Добавки не должны вводиться до тех пор, пока азот и кислород находятся в атмосфере печи. Даже если точно не известна возможная скорость натекания, предварительное ее установление способствует получению металла с однородными свойствами.

Пока трудно сказать, какая из сторон вакуумного процесса должна подвергаться более строгому контролю. Известно, что скорости натекания и давления в печи уменьшаются с каждой последующей плавкой при непрерывной работе печи. Это сопровождается, например, восстановлением окисных включений в подшипниковой стали, что можно наблюдать при помощи микроскопа.

Было изучено влияние различных скоростей натекания от 10 до 300 мк/мин на жаропрочные свойства дисперсионнотвердеющего сплава на никелевой основе (юдимет-500). Давление при разливке составляло от 10 до 17 мк рт. ст. В пределах изменения скорости натекания время до разрыва образцов при 870° и напряжении 17,7 кг/мм² понижается с 200 до 80 час. (фиг. 12). В испытаниях, проведенных при 650° для определения предела прочности при растяжении и длительной прочности (фиг. 13), пластичность также уменьшается.

На фиг. 14 приведены данные о влиянии содержания кислорода в металле на длительную прочность. При натекании более 100—300 мк/мин концентрация кислорода оказалась больше 0,026%; то же самое количество кислорода получено при давлении во время плавки, равном примерно 1 мм рт. ст. При достижении более глубокого вакуума концентрация кислорода в металле уменьшается до 0,002%, содержание азота также уменьшается.