Взаимодействие металла с материалом тигля

Как уже было сказано выше, тигель, работающий в условиях вакуума, кроме стойкости к растрескиванию и размыванию, должен отвечать еще одному серьезному требованию — материал тигля нс должен химически взаимодействовать с жидким металлом, чтобы не вызывать изменения химического состава последнего. При обычно.м атмосферном давлении окись алюминия, окись магния и двуокись циркония имеют высокую температуру начала восстановления, поэтому возможность восстановления из футеровки тигля алюминия, магния и циркония в этих условиях при температурах металла 1500—1600° исключается. В вакууме же, как известно, температуры начала восстановления окислов значительно снижаются и, следовательно, возможно загрязнение металла продуктами диссоциации указанных окислов даже в случае применения этих окислов в плавленом виде. Для предотвращения восстановления футеровки тигля решающее значение имеет режим ведения плавки.

Исследования показали, что на интенсивность восстановления в основном влияют четыре фактора: величина вакуума, температура металла, время выдержки жидкого металла под вакуумом и состояние поверхности стенок тигля.

Зависимость восстановления футеровки из плавленой двуокиси циркония от температуры показана па фиг. ,38.

Как видно из приведенных графиков, при температуре 1600 — 1650° в металле обнаруживаются только следы циркония; с увеличением температуры до 1750° в сплав попадают уже сотые доли процента циркония, а при температуре выше 1750° — десятые доли.

В плавках, которые проводятся с дополнительным введением в расплав свободного углерода с целью раскисления сплава, при прочих равных условиях обнаруживается большее количество циркония по сравнению с плавками, в которые углерод дополнительно не вводится. Существенное влияние оказывает также величина вакуума и продолжительность выдержки под вакуумом жидкого металла (фиг. 39 и 40).

Приведенные данные о восстановлении плавленой двуокиси циркония безусловно являются весьма относительными и могут изменяться в зависимости от условий проведения плавки. Тем не менее на основании экспериментальных и практических данных заводских плавок можно сделать заключение о том, что интенсивность восстановления футеровки тигля в вакууме прямо пропорциональна величине вакуума, температуре жидкого металла и времени выдержки жидкого металла под вакуумом. Чем больше указанные величины, тем интенсивнее идет восстановление материала тигля.

Кроме температуры и времени выдержки, на восстановление материала тигля оказывает сильное влияние присутствие различных количеств углерода в сплаве. Чем больше в сплаве углерода, тем интенсивнее, идет восстановление (см. фиг. 39). Следовательно, для предотвращения химического взаимодействия металла с футеровкой тигля и загрязнения металла продуктами восстановления плавку и литье в вакууме следует проводить при минимальной температуре жидкого металла, при невысоком вакууме и незначительной выдержке жидкого металла под вакуумом. Эти основные параметры плавки металла в вакууме следует в каждом отдельном случае подбирать применительно к тому огнеупорному материалу, из которого сделан тигель. Кроме того, материал тигля должен быть подобран в зависимости от марок выплавляемых в нем сплавов с тем, чтобы не загрязнять сплав нежелательными компонентами. Так, например, плавить в тиглях из окиси алюминия можно только те сплавы, которые содержат в своем составе алюминий и для которых незначительная добавка алюминия в процессе восстановления не сыграет никакой роли.

Как показывает практика работы, жаропрочные сплавы на никельхромовой основе, содержащие в своем составе алюминий и титан, можно выплавлять в тиглях из плавленого корунда в опр едел е и ном темпер ату р но м ди а п а з оне жидкого мет алл а (1450— 1550°) и при определенной продолжительности выдержки пол вакуумом (20—40 мин.).

В табл. 15 приведены данные по содержанию алюминия в металле при проведении серийных заводских плавок в тиглях из плавленой окиси алюминия емкостью 50 кг. Из приведенных данных видно, что при температуре металла до 1550° и выдержке при этой температуре под вакуумом в течение 20—40 мин. количество алюминия в сплаве практически не изменяется. Применение тиглей из плавленой окиси алюминия при температурном режиме до 1550° приемлемо для сплавов, содержащих алюминий.

При проведении плавок в тиглях из двуокиси циркония, окиси магния и окиси алюминия особое внимание должно быть уделено времени выдержки под вакуумом и температуре металла. На фиг. 41 приведено содержание кислорода в сплаве в зависимости от температуры металла и времени выдержки. Как видно из графиков, при увеличении выдержки до 60 мин. содержание кислорода в сплаве увеличивается.

Большое значение для уменьшения взаимодействия металла с тиглем имеет зернистость огнеупорного материала. При использовании огнеупорного материала, состоящего из смеси мелкозернистых составляющих, получаются лучшие результаты, так как огнеупорный материал образует при набивке более плотную массу с меньшей поверхностью смачивания се жидким металлом. Кроме того, такая масса лучше противостоит зарастанию стенок тигля металлом и окислами,

Для максимального избежания взаимодействия жидкого металла с футеровкой тигля плавку сплавов на никельхромовой основе обычно проводят в вакууме 1 — 10^-3-—5 • 10~³ мм. рт. ст. при температурах 1400—1450°. При этой температуре производят выдержку жидкого металла в течение 15—20 мин. с целью удаления газов и восстановления окисных плен.

Перед разливкой металла в формы, печь обычно заполняют инертным газом (0,5—1 ат), затем повышают температуру до необходимой и производят заливку.