Подавление ликвационных процессов в крупных слитках

Abstract

Рассмотрена проблема зональной ликвации в крупных слитках. Показано, что технология выплавки крупных слитков постоянно совершенствуется. Используется целый арсенал способов и технологий для борьбы с ликвационными процессами: подогрев головной части слитка, ПЭШО, двухконтурная схема ЭШП, плазменно-дуговые и электронно-лучевые технологии. Тем не менее, кардинального решения проблемы пока нет. Показано, что ликвация возникает из-за различной концентрации компонентов сплава в твердой и жидкой фазах и описывается коэффициентом распределения. Проанализировано изменение коэффициента распределения в зависимости от скорости кристаллизации ванны или локального времени кристаллизации (ЛВК). Показано, что значение коэффициента распределения при определенных условиях может достигать единицы. Предложен новый подход к подавлению ликвационных процессов, заключающийся в регулировании ЛВК. На наплавляемой поверхности создаются одна или несколько локальных металлических ванн, которые перемещаются по поверхности с заданной скоростью. Регулирование скорости перемещения ванн позволяет эффективно изменять скорость кристаллизации и ЛВК. При такой технологии слиток формируется слой за слоем. Проверка способа в лабораторных условиях показала возможность реализации предлагаемого решения. Приведены результаты макро- и микроструктурных исследований образцов и результаты некоторых механических испытаний.

The problem of zonal liquation in large ingots was considered. It is shown that the technology of melting of large ingots is continuously updated. A whole arsenal of methods and technologies is used for prevention of liquation processes: preheating of ingot head part; PEST, double-circuit scheme of ESR, plasma-arc and electron beam technologies. Nevertheless, there are no a cardinal solution of this problem. It was shown that liquation is occurred due to different concentration of alloy components in solid and liquid phases and described by a distribution coefficient. The change of the distribution coefficients was analyzed depending on the rate of pool solidification or a local time of solidification (LTS). It was shown that the value of distribution coefficient can reach a unity under certain conditions. A new approach has been suggested to suppress the liquation processes, consisting in LTS control. One or several local metal pools are created on the surface being melted, which are moved over the surface at a preset speed. The control of speed of pools movement can change effectively the rate of solidification and LTS. At such technology the ingot is layer-by-layer formed. The method testing under laboratory conditions showed the feasibility of realizing of the offered solution. The results of macro-and microstructural examinations of specimens and results of some mechanical tests are given.