RU2002834C1

RU2002834C1 - Method of production large ingots from alloys based on titanium, nickel and other refractory alloys

Info

Publication number: RU2002834C1
Authority: RU
Inventors: Иван Афанасьевич Кононов
Original assignee: Всероссийский институт легких сплавов
Priority date: 1991-06-28
Filing date: 1991-06-28
Publication date: 1993-11-15

Abstract

Сущность изобретни : способ получени крупногабаритных слитков из сплавов на основе никел . титана и других тугоплавких металлов включает вакуумную плавку расходуемых электродов, подаваемых вертикально в кристаллизатор, и охлаждение полученного слитка. В кристаллизаторе электроды закрепл ют параллельно друг другу с возможностью чередовани литниковых и донных торцов, плавку ведут во вращающимс кристаллизаторе с частотой вращени 0,1-15,0 об/мин в течение всего периода плавки и охлаждени слитка, при этом одновременно подогревают периферийный слой слитка дл выравнивани температуры по всему объему в пределах 500&deg; С.SUMMARY OF THE INVENTION: A method for producing large-sized ingots from nickel-based alloys. titanium and other refractory metals includes vacuum melting of consumable electrodes fed vertically to the mold, and cooling the resulting ingot. In the mold, the electrodes are fixed in parallel with each other with the possibility of alternating gating and bottom ends, melting is carried out in a rotating mold with a rotation frequency of 0.1-15.0 rpm during the entire period of melting and cooling of the ingot, while the peripheral layer of the ingot is simultaneously heated to equalize the temperature over the entire volume within 500 ° WITH.

Description

Изобретение относитс к вакуумной металлургии , в частности к способам получе- ни вакуумной дуговой плавкой из расходуемых электродов малого сечени крупногабаритных слитков из сплавов на основе титана, никел и других тугоплавких металлов.The invention relates to vacuum metallurgy, in particular to methods for producing vacuum arc melting from consumable electrodes of small cross section of large ingots from alloys based on titanium, nickel and other refractory metals.

Известен способ получени крупногабаритных электродов-слитков (авт. св. № 420701, кл, С 22 D 7/00, С 22 В 53/00, 1973), согласно которому в вакуумной дуговой печи сплавл ют последовательно несколько расходуемых электродов в стационарный кристаллизатор, в котором слиток остывает и вакууме без дополнительных приемов.A known method for producing large-sized ingot electrodes (ed. St. No. 420701, class C 22 D 7/00, C 22 B 53/00, 1973), according to which several consumable electrodes are fused sequentially into a stationary mold in a vacuum arc furnace. in which the ingot cools down and vacuum without additional techniques.

Недостатком известного способа вл етс низкий выход годного из-за неравномерного химического состава слитка по сечению и длине, что ведет к браку металла пли затрате дополнительного труда на его переплав также с потерей металла.A disadvantage of the known method is the low yield due to the uneven chemical composition of the ingot in cross section and length, which leads to the rejection of the metal or the cost of additional labor for its remelting also with loss of metal.

Известен способ получени крупногабаритных слитков сплавов на основе титана диаметром 650-950 мм, согласно которому дл получени слитков диаметром 650-950 мм требуютс химически однородные расходуемые электроды, дл усреднени химического состава в которых расходуемые электроды два раза переплавл ютс в ваку- умных дуговых печах, что требует наличи специальных печей, или в случае использовани одних и тех же печей - тройной пере- ст ановки - перемонтажа кристаллизатора, а это снижает производительность вакуум- ных плавильных агрегатов.A known method of producing large-sized ingots of titanium-based alloys with a diameter of 650-950 mm, according to which chemically uniform consumable electrodes are required to produce ingots with a diameter of 650-950 mm, to average the chemical composition in which consumable electrodes are twice melted in vacuum arc furnaces, which requires the availability of special furnaces, or in the case of using the same furnaces — triple re-installation — re-assembly of the mold, and this reduces the performance of vacuum melting units.

Недостатком вл етс низкий выход годного при переплаве первичных расходуемых электродов малого сечени . Кроме того ,переплаводнородного крупногабаритного расходуемого электрода в один крупногабаритный слиток не обеспечивает получени слитка с плоским фронтом кристаллизации металла, а полученный слиток с неплоской формой требу- ет удалени литниковой части в отходы, что также снижает выход годного.The disadvantage is the low yield of the reusable primary consumable electrodes of small cross section. In addition, a re-hydrated large consumable electrode into one large-sized ingot does not provide an ingot with a flat metal crystallization front, and the obtained ingot with a non-planar shape requires the gating part to be removed to waste, which also reduces the yield.

Аналогичные недостатки характеризуют процесс получени крупногабаритных слитков сплавов на основе никел . Выход годного этих металлов в виде слитков, подготовленных к деформации, составл ет 50 %.Similar disadvantages characterize the process for producing large-sized ingots of nickel-based alloys. The yield of these metals in the form of ingots prepared for deformation is 50%.

Способ получени крупногабаритных слитков из сплава на основе титана, никел и других тугоплавких металлов, включающий вакуумную плавку расходуемых электродов , подаваемых вертикально в кристаллизатор, и охлаждение полученного слитка, состоит в том, что электроды закрепл ют параллельно друг другу с возможностью чередовани литниковых и донных торцов , плавку ведут во вращающемс кристаллизаторе с частотой вращени 0,1-15,0 об/мин в течение всего периода плавки и охлаждени слитка, при этом одновременно подогревают периферийный слой слитка до выравнивани температуры по всему объему в пределах до 500°С.A method of producing large-sized ingots from an alloy based on titanium, nickel and other refractory metals, including vacuum melting of consumable electrodes fed vertically into the mold and cooling the obtained ingot, consists in that the electrodes are fixed in parallel with each other with the possibility of alternating gating and bottom ends , melting is carried out in a rotating mold with a rotation frequency of 0.1-15.0 rpm during the entire period of melting and cooling of the ingot, while at the same time the peripheral layer is heated fabric until the temperature is equalized throughout the volume in the range up to 500 ° C.

В случае переплава комплекта расходуемых электродов в кристаллизаторе, вращающемс с частотой меньше 0,1 об/мин, цилиндрическа поверхность слитка будет иметь следы непроплава. В случае вращени кристаллизатора с частотой более 15 об/мин в никелевых сплавах по вл ютс ликвационные процессы.In the case of remelting a set of consumable electrodes in a mold rotating with a frequency of less than 0.1 rpm, the cylindrical surface of the ingot will have traces of non-melt. In the case of rotation of the mold with a frequency of more than 15 rpm, segregation processes occur in nickel alloys.

Предлагаемый способ позвол ет получать крупногабаритные слитки сложноле- гированных сплавов равномерного химического состава по сечению и длине из электродов, диаметр которых более чем в два раза меньше диаметра выплавл емого слитка, а химсостав которых измен етс в направлении от донных к литниковым торцам . Кроме того, уменьшаетс глубина лунки расплава в кристаллизаторе, приближа фронт кристаллизации металла к горизонтальной плоскости, что уменьшает усадочную раковину и как следствие повышает выход годного, а также снижает температур- ный градиент от центра к периферии.The proposed method allows to obtain large-sized ingots of complex alloyed alloys of uniform chemical composition in cross section and length from electrodes, the diameter of which is more than two times less than the diameter of the smelted ingot, and whose chemical composition varies in the direction from the bottom to the gating ends. In addition, the depth of the melt hole in the mold decreases, bringing the crystallization front of the metal closer to the horizontal plane, which reduces the shrink shell and, as a result, increases the yield, and also decreases the temperature gradient from the center to the periphery.

Пример 1. Получают слитки из опытного титанового сплава ВТ-6 диаметром 400 мм. В качестве расходуемых электродов используют электроды диаметром 180 мм с измен ющимс в одинаковой степени химсоставом по длине в каждом расходуемом электроде. Электроды чередуют литниковыми и донными торцами. Плавку ведут электрической дугой в вакууме на токе 9 кА и напр жении 28 В. Кристаллизатор вращают с частотой 0,5-0,7 об/мин. После окончани плавки кристаллизатор продолжает вращать с тем же числом оборотов. Периферийные слои слитка подогревают плазменной струей, направл емой в зазор между слитком и кристаллизатором. Полученный слиток сплава ВТ-б и по длине и по сечению имеет одинаковый химсостав. Металл оказываетс практически с плоским фронтом кристаллизации. Усадочной раковины нет. Проплав цилиндрической поверхности слитка удовлетворительный по всему периметру .Example 1. Receive ingots from the experimental titanium alloy VT-6 with a diameter of 400 mm As consumable electrodes, electrodes with a diameter of 180 mm are used with the same chemical composition along the length in each consumable electrode. Electrodes alternate with gating and bottom ends. Melting is carried out by an electric arc in a vacuum at a current of 9 kA and a voltage of 28 V. The mold is rotated with a frequency of 0.5-0.7 rpm. After melting is completed, the mold continues to rotate at the same speed. The peripheral layers of the ingot are heated by a plasma jet directed into the gap between the ingot and the mold. The obtained ingot of VT-b alloy has the same chemical composition both in length and in section. The metal appears to have a substantially flat crystallization front. No shrinkage shell. The melt of the cylindrical surface of the ingot is satisfactory around the entire perimeter.

Пример 2. Получают слитки из никелевого сплава ЭЙ 698 диаметром 400 мм. В качестве расходуемых электродов используют по четыре слитка диаметром 180 мм, отлитых из сплава ЭЙ 698 в вакуумной индукционной печи. При загрузке вакуумной дуговой печи электроды чередуют литниковыми и донными торцами и сплавл ют их в кристаллизаторе диаметром 400 мм, вращающемс с частотой 0,3-0,7 об/мин, а второй слиток - при частоте 0,6-1,2 об/мин. Плавку ведут со скоростью 2.7-3,1 кг/мин. После окончани плавки кристаллизатор продолжают вращать с той же частотой. Периферийные слои слитка подогревают индукционным методом, поддержива температуру на поверхности слитка 500°С в течение 90 мин. Полученный слиток не имеет трещин, фронт кристаллизации металла приближаетс к плоской форме. Химсостав металла распредел ют равномерно по сечению и длине.Example 2. Receive ingots from Nickel alloy Ey 698 with a diameter of 400 mm Four ingots with a diameter of 180 mm cast from Ey 698 alloy in a vacuum induction furnace are used as consumable electrodes. When loading a vacuum arc furnace, the electrodes alternate between the gate and bottom ends and fuse them in a mold with a diameter of 400 mm, rotating at a frequency of 0.3-0.7 rpm, and the second ingot at a frequency of 0.6-1.2 rpm min Melting is carried out at a speed of 2.7-3.1 kg / min. After melting is completed, the mold continues to rotate at the same frequency. The peripheral layers of the ingot are heated by induction, maintaining the temperature on the surface of the ingot at 500 ° C for 90 minutes. The obtained ingot has no cracks, the crystallization front of the metal approaches a flat shape. The chemical composition of the metal is evenly distributed over the cross section and length.

Пример 3. Дл сравнени выхода годного при получении крупногабаритных слитков по известному способу и по предлагаемому способу получают по два слитка-за- готовки дл деформации диаметром в обточенном состо нии равным 380 мм, высотой 300 мм. Выход годного по предлагаемому способу от загрузки шихты в печь превышает выход годного по известному поExample 3. In order to compare the yield when producing large-sized ingots by the known method and the proposed method, two ingots are prepared for deformation with a turned diameter of 380 mm and a height of 300 mm. The yield of the proposed method from loading the charge into the furnace exceeds the yield of the known

Claims

The claims

METHOD FOR PRODUCING LARGE-SIZED INGOTS FROM ALLOYS BASED ON TITANIUM, NICKEL AND OTHER REFINING METALS, including vacuum melting of consumable electrodes fed vertically to the mold and cooling of the obtained ingot, characterized in that

for titanium alloy by 17%, and for nickel alloy - 15.5%.

The proposed method for producing large-sized ingots of alloys based on

nickel, titanium and other refractory metals, compared with the known ones, allows you to: increase the yield by 15-17% by reducing the shrink shell by 10-12% and by eliminating metal losses from marriage due to inhomogeneous chemical composition of the alloy by 5-7% ;

minimize labor costs for consumable electrodes and metal loss during their primary mechanical

processing;

to obtain large-sized ingots from consumable electrodes, the diameters of which are two or more times smaller than the melted ingots, which sharply reduces by 3-5 times

labor costs for their receipt and preparation.

(56) Melting and casting of titanium alloys. Ed. V.I.Dobatkina. M .: Metallurgists, 1978 p. 271-273.

25

they are cast in parallel with each other with the possibility of alternating gating and bottom ends, melting is carried out in a rotating mold with a rotation frequency of 0.1-1B, 0 rpm during the entire period of melting and cooling of the ingot, while the peripheral layer of the ingot is simultaneously heated until the temperature is equalized throughout the volume within 500 C.