Содержание к диссертации
Введение
1. ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ НАПЛАВКА ЭФФЕКТИВНЫЙ МЕТОД ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОЧИХ ТОРЦЕВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ИНСТРУМЕНТА 14
1.1 Перспективы применения процессов наплавки для восстановления торцевых поверхностей деталей машин и инструмента 14
1.2 Оценка эффективности возможных способов ЭШН цилиндрических торцов , 17
1.2.1 Современные способы электрошлаковой наплавки цилиндрических торцовых объемов 17
1.2.2 Тепловые особенности способов ЭШН торцовых объемов 27
1.2.3 Влияние схемы подвода тока к шлаку на электрофизические явления в шлаковой ванне 31
1.3 Требования к шлакам для ЭШН 36
Выводы к главе 1 42
2. ОБОРУДОВАНИЕ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 44
2.1 Основные и присадочные материалы для ЭШН в секционном кристаллизаторе 44
2.2 Методики моделирования и исследования процесса ЭШН в секционном кристаллизаторе 46
2.3 Методика расчета теплового баланса шлаковой ванны и исследования температуры шлака 52
2.4 Методики исследования структуры и высокотемпературных свойств наплавленного металла 56
Выводы к главе 2 58
3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ЭШН В СЕКЦИОННОМ КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ С ПОЛЫМ ЭЛЕКТРОДОМ 60
3.1 Исследование теплофизических условий ЭШН композиционной проволокой в секционном кристаллизаторе 60
3.1.1 Разработка способа получения высокотемпературной области в шлаковой ванне секционного кристаллизатора 60
3.1.2 Тепловой баланс электрошлаковой наплавки в СК с полым электродом 68
3.2 Влияние режима электрошлаковой наплавки на термокинетические процессы получения легированного сплава на основе алюминида никеля...78
3.2.1 Исследование влияния теплового поля шлаковой ванны на удельные характеристики процесса 78
3.2.2 Термокинетика процесса расплавления в шлаке композиционной проволоки 86
Выводы к главе 3 98
4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЭШН В СЕКЦИОННОМ КРИСТАЛЛИЗАТОРЕ 100
4.1 Конструктивно-технологические особенности устройства для ЭШН в СК 100
4.2 Разработка способов ЭШН в СК мало- и крупногабаритных торцев... 103
4.3 Технология ЭШН в секционном кристаллизаторе торцев изделий диаметром 30 и 90 мм 106
4.3.1 Основные технологические параметры режима ЭШН в СК 106
4.3.2 Наплавка торцевой поверхности малогабаритного изделия 111
4.3.3 Наплавка торцевой поверхности крупногабаритного изделия 115
4.4 Свойства наплавленного металла 121
ВЬІВОДЫ к главе 4 124
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 126
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 129
- Перспективы применения процессов наплавки для восстановления торцевых поверхностей деталей машин и инструмента
- Основные и присадочные материалы для ЭШН в секционном кристаллизаторе
- Исследование теплофизических условий ЭШН композиционной проволокой в секционном кристаллизаторе
Введение к работе
Одним из эффективных методов создания биметаллических изделий является электрошлаковая наплавка (ЭШН). Технологические особенности и преимущества ЭШН дают возможность поставить ее в один ряд с самыми распространенными способами наплавки, а разнообразие форм применения дает возможность использовать ЭШН в тех случаях, когда другие способы использовать трудно или невозможно. Современные способы ЭШН, впервые разработанные еще в СССР, позволяют с высокой производительностью обеспечить высококачественный литой наплавленный металл с выраженной ориентацией кристаллитов, обладающий повышенными служебными свойствами, что обусловило их массовое внедрение в промышленность. Заложенные известными учеными в области металлургии сварки и наплавки специальных сталей и сплавов И. К. Походней, Б. И. Медоваром, Ю. В. Ла-ташом, Д. А. Дудко, И. Й. Сущук-Слюсаренко, W. Е. Duckworth, G. Hoyle, R. A. Beall, D. J. Salt научные основы теории электрошлакового процесса способствовали интенсивному развитию ЭШН.
Выполненные в последние десятилетия В. А. Быстровым, В. Н. Верев-киньш, В. Г. Радченко, В. Д. Орешкиным, И. А, Рябцевьш, Ю. М. Кусковым, А. Я. Шварцером, A. Dilawary, D. Rawson и др. глубокие исследования в области разработки материалов и технологий для упрочнения и восстановления с помощью электрошлаковой наплавки металлургического инструмента и деталей дорожно-строительной техники поставили ЭШН в ряд технологических процессов, конкурирующих как по производительности, так и по качеству наплавленного металла с дуговой наплавкой.
Исследования в области электрошлаковой наплавки в многосекционном токоподводящем кристаллизаторе дискретными наплавочными материалами, проведенные в ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины И. И. Фруминым, Г. В.
5 Ксендзыком, Ю. М. Кусковым позволили создать новое технологическое направление в электрошлаковых технологиях получения биметаллических крупногабаритных наплавленных изделий. Впервые предложенная и запатентованная в ведущих зарубежных странах еще в начале 70х годов прошлого века и усовершенствованная в настоящее время концепция токоподводящего кристаллизатора позволила более эффективно использовать тепловую мощность шлаковой ванны для наплавки крупногабаритных изделий дискретными некомпактными материалами из стали и чугуна.
Вместе с тем, объем публикаций как отечественных, так и зарубежных авторов в области разработки новых процессов, повышающих эффективность использования энергии шлаковой ванны, невелик. Это объясняется тем, что для наплавки новых типов жаропрочных сплавов, в частности, сложнолеги-рованных суперсплавов на основе никеля, легированных алюминидов никеля и других, необходимы композиционные наплавочные материалы, содержащие большое количество тугоплавких компонентов. Традиционными способами ЭШН посредством плавления таких материалов в низкотемпературном (до 2000 С) шлаке, трудно получить химически и физически однородный наплавленный металл.
Поэтому создание нового способа ЭШН, обеспечивающего за счет интенсификации физико-химических процессов в шлаке качественный сложно-легированный наплавленный металл, представляет актуальную задачу сварочного производства.
Актуальность выбранной темы диссертационного исследования подтверждается выполнением его части в рамках федеральной целевой научно-технической программы по направлению «Развитие научного потенциала высшей школы» и гранта А04-3.17-544 Федерального агентства по образованию РФ для поддержки научно-исследовательской работы аспирантов.
Цель работы: создать эффективную технологию ЭШН, позволяющую повысить качество расплавления композиционной проволоки, содержащей
тугоплавкие компоненты, на основе исследования термокинетических и энергетических процессов при ЭШН в секционном кристаллизаторе с полым электродом.
Исходя из цели работві поставлены задачи, решение которых выносится на защиту;
Теплофизические закономерности процесса ЭШН в СК с полым электродом при двухконтурнои схеме питания шлаковой ваннві постоянным током.
Термокинетическая модель расплавления композиционной проволоки в перегретом шлаке.
Влияние основных технологических параметров ЭШН на формирование и качество наплавленного металла на основе алюминида N13AI.
Технология ЭШН торцевых поверхностей цилиндрических изделий диаметром 30-90 мм.
Объект исследования - процессы, которые происходят при электрошлаковой наплавке в секционном кристаллизаторе и их влияние на качество наплавленного металла на основе алюминида никеля.
Предмет исследования - способ электрошлаковой наплавки торцевых поверхностей изделий композиционной проволокой в секционном кристаллизаторе с полым электродом.
Научная новизна полученных результатов: новым научным положением работы, направленным на раскрытие взаимосвязей между электрофизическими, термокинетическими и сварочно-технологическими параметрами нового способа ЭШН в секционном токоведущем кристаллизаторе с полым электродом при двухконтурнои схеме питания шлаковой ванны является определение их совокупного влияния на процесс наплавки термостойкого сплава на основе легированного алюминида Ni3AI.
1. Установлено, что в процессе ЭШН в секционном токоведущем кристаллизаторе при двухконтурнои схеме питания шлаковой ванны
7 постоянным током введение в нее полого неплавящегося электрода со сферической полостью на торце создает в объеме шлака две эквипотенциальные высокотемпературные области, взаимодействие магнитных полей в которых позволяет генерировать в 1,5...2,5, раза больше энергии в шлаке, по сравнению с известными процессами ЭШН и ЭШС.
При электрошлаковой наплавке совокупность величин соотношения токов с секции кристаллизатора и с полого электрода в пределах 0,8-1,2, а также удельной плотности тока (до 500-550 А/мм ), находящемся в сферической полости электрода в шлаке, обусловливает качественно новый способ получения перегретой области в шлаковой ванне, с температурой до 3500 С, что создает термические условия в ней для образования однородных по химическому составу металлических капель при расплавлении композиционной проволоки, содержащей туго- и легкоплавкие компоненты.
Превалирующее влияние на скорость и кинетику расплавления композиционной проволоки с двухслойной Ni-Al оболочкой и тугоплавким наполнителем, оказывает соотношение тепловой мощности, передаваемой проволоке, и скорости ее погружения в перегретый шлак, которое должно находится в пределах 5,3..8,0 кВт-с/см.
При плавлении композиционной проволоки с двухслойной Ni-Al оболочкой в основном шлаке наблюдается полное растворение легирующих элементов в сварочной ванне и вследствие низкой термодинамической активности находящейся на поверхности капель расплава проволоки пленки N13AI по отношению к высокотемпературному шлаку обеспечивается химически и физически однородный наплавленный металл.
Практическая ценность результатов работы:
Результаты исследований легли в основу разработанной технологии электрошлаковой наплавки торцевых цилиндрических поверхностей различного инструмента диаметром от 30 до 90 мм. Как составная часть других технологических решений новая технология внедрена в производство на
8 ОАО "Волжский трубный завод" с экономическим эффектом 1,25 млн. руб. (доля автора 25 %). Разработки автора также используются в учебном процессе на кафедре сварочного производства ВолгГТУ в виде лабораторного практикума по двум учебным дисциплинам: "Технология наплавки" и "Наплавочные материалы". Разработки защищены четырьмя патентами Российской Федерации на изобретения.
Публикации.
По результатам диссертационной работы опубликовано 8 статей в центральных периодических научно-технических журналах, 1 статья в зарубежном информационно-техническом журнале, 2 статьи в сборниках научных трудов международных научно-технических конференциях, 6 тезисов докладов на всероссийских и региональных научно-практических конференциях, а также получено 4 патента РФ на изобретения.
Ремонтная наплавка малогабаритных торцов деталей сборочной и сварочной оснастки / Г. Н, Соколов, И. В. Зорин, С. Н. Цурихиы, В. И. Лысак // Сборка в машиностроении, приборостроении. - № 7. - 2003. - С. 30 -32.
Тепло физические особенности ЭШН жаропрочного сплава на основе Ni3Al / И. В. Зорин, Г. Н. Соколов, В. И. Лысак, С. Н. Цурихин // Физика и химия обработки материалов. - № 4. - 2004. - С. 79 - 84.
Особенности процесса ЭШН композиционным стержнем в малогабаритном секционном кристаллизаторе / Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, С. Н. Цурихин, В. И. Лысак // Автоматическая сварка. - № 10. - 2004. - С. 26 - 31.
Электрошлаковая наплавка термостойкого сплава на основе Ni3Al на сталь с целью упрочнения инструмента для горячего деформирования сталей / Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, С. Н. Цурихин и др. // Вопросы материаловедения. - № 2. - 2004. - С. 87 - 98.
Технология ЭШН оправок трубопрокатного агрегата / Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, С. Н. Цурихин, В. И. Лысак // Сварщик. - № 1. - 2004. - С.
9 15.
Восстановление рабочих поверхностей деталей и инструмента сборочно-сварочной оснастки электрошлаковым способом композиционными жаропрочными материалами / И. В. Зорин, Г. Н. Соколов, С. R Цурихин и др. // Сборка в машиностроении, приборостроении. - № 5. - 2005. - С. 17 -20.
Порошковая проволока для наплавки сплава на основе алюминида никеля Ni3Al / С. И Цурихин., Г. Н. Соколов, И. В. Зорин и др. // Сварочное производство.-№ 1.-2006.-С, 17-22.
Исследование высокотемпературных свойств наплавленного металла методом склерометрии / Е. И. Лебедев, Г. Н. Соколов, И. В. Зорин и др. // Упрочняющие технологии и покрытия. - № 1. - 2006. - С. 40 - 44.
Влияние режима электрошлаковой наплавки на термокинетические процессы получения легированного сплава на основе алюминида y'-Ni3Al / Г. Н. Соколов, И. В. Зорин, В. И. Лысак, В. Н. Арисова // Вопросы материаловедения-2006-№3-С. 41 -51.
Электрошлаковая наплавка малогабаритных торцов / Г. Н. Соколов, А, Н. Михеев, А, А. Павлов, И. В. Зорин // Современные материалы и технологии - 2002: Сб. науч. тр. междунар. научн.-техн. конф., Пенза: ПДЗ, С. 278-281.
Структура и свойства наплавленного металла для работы в условиях циклического температурно-силового воздействия при температурах свыше 1000 С / Г. Н. Соколов, В. И. Лысак, И. В. Зорин, С. Н. Цурихин // Сварка на рубеже веков: Сб. науч. тр. Всерос. научн.-техн. конф., М.: МГТУ, 2003.-С. 101-103.
Исследование электрофизических и тепловых процессов при электрошлаковой наплавке в малогабаритном секционном кристаллизаторе / Г. Н, Соколов, В. И, Лысак, И. В. Зорин, С. Н. Цурихин // МАТИ - Сварка XXI века: Сб. докл. Всерос. науч.-техн. конф. / М.: МАТИ, 2003.- С. 81 - 83.
Термические условия ЭШН композиционного наплавленного металла на основе алюминида никеля / И. В. Зорин, Г. Н. Соколов, В. И, Лысак // ВолгГТУ - Новые перспективные материалы и технологии их получения (НИМ) - 2004: Сб. науч. тр. междунар. науч.-техн. конф., Волгоград / ВолгГТУ и др. -т. 2.- 2004.- С. 123 - 125.
Разработка методики высокотемпературных склерометрических испытаний композиционного наплавленного металла / Лебедев Е. И., Зорин И. В., Соколов Г. Н., Лысак В. И. // Новые перспективные материалы и технологии их получения: Сб. трудов междунар. науч.-техн. конф., Волгоград: ВолгГТУ, 2004. - С. 159 - 160.
Новый тип наплавленного металла для службы в условиях циклического температурно-силового воздействия при температуре до 1200 С / Зорин И. В., Цурихин С. Н., Соколов Г. Н. // VII регион, конфер. молодых исследователей Волгоградской обл.: Тез. докл. / ВолгГТУ. - Волгоград. -2003.-С. 140-143.
Термические условия электрошлаковой наплавки композиционного наплавленного металла на основе алюминида никеля / Зорин И. В., Соколов Г. Н., Лысак В. И. // IX регион, конфер. молодых исследователей Волгоградской обл.: Тез, докл./ВолгГТУ.-Волгоград. -2005. -С. 179- 180.
Композиционная порошковая проволока для наплавки жаропрочного сплава на основе алюминида никеля / Цурихин С. Н., Зорин И. В., Соколов Г. Н. // Инновационные технологии в обучении и производстве: Тез. докл. Всерос. науч.-техн. конф. - Камышин. - 2005. - С. 71 - 72.
Пат. 2232669 Российская Федерация, МПК 7 В 23 К 25/00, С 22 В 9/18. Способ электрошлаковой наплавки малогабаритных торцов / Соколов Г. Н., Зорин И. В., Лысак В. И., Цурихин С. Н.; заявитель и патентообладатель Волгоградский гос. техн. ун-т. - заявл. 11.11.02. - опубл. 20.07.04, Бюл.№20.-7с.
Пат. 2271267 Российская Федерация, МПК7 В23К 25/00, В23Р 6/00. Спо-
соб электрошлаковой наплавки крупногабаритных торцов / Зорин И. В., Соколов Г. Н., Лысак В. И., Цурихин С. Н.; заявитель и патентообладатель Волгоградский гос. техн. ун-т. - заявл. 28.06.2004. - опубл. 10.03.2006, Бюл. № 7. -12 с.
Пат. 2274536 Российская Федерация, МГЖ7В23К 35/40. Способ изготовления композиционной порошковой проволоки для наплавки сплава на основе алюминида никеля Ni 3А1 / Цурихин С. Н., Соколов Г. Н., Лысак В. И., Зорин И. В.; заявитель и патентообладатель Волгоградский гос. техн. ун-т. - заявл. 28.06.2004. - опубл. 20.04 2006, Бюл. № 11. - 9 с.
Пат, 2281475 Российская Федерация, МГОС 7 G01N 3/56. Способ определения износостойкости покрытия / Лебедев Е. И., Зорин И. В., Соколов Г. Н., Лысак В. И.; заявитель и патентообладатель Волгоградский гос. техн. ун-т. -заявл. 11.01.2005. - опубл. 10.08.2006, Бюл. № 22. -9 с.
Апробация работы.
Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 4 международных и всероссийских научно-технических конференциях: «Современные материалы и технологии - 2002» (Пенза 2002), «Новые перспективные материалы и технологии» (Волгоград 2004), «Сварка на рубеже веков» (Москва 2003), «МАТИ - Сварка XXI века» (Москва 2003), а также на VII и IV региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области, ежегодных внутривузовских (2002-2005 гг.) ВолгГТУ и научных семинарах кафедры «Оборудование и технология сварочного производства» ВолгГТУ, г. Волгоград. Личный вклад автора.
Основные результаты опубликованы в работах выполненных в соавторстве с другими исследователями, автором получены и проанализированы научные результаты исследований теплофизических особенностей процесса ЭШН с полым электродом [2, 3, 12, 13, 16], определено влияние основных параметров процесса ЭШН на качество расплавления композиционной про-
12 волоки [2, З, 4, 6, 9, 10]; разработаны технические решения по реализации способов ЭШН [18, 19] и наплавочных материалов [7, 17, 20]; а также исследованы технологические возможности способа склерометрических испытаний наплавленного металла [8, 11, 14, 15, 21]; и разработаны технологические рекомендации для процесса ЭШН в СК [1, 5, 6].
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, общих выводов и списка использованной литературы. Работа содержит 145 страниц, 54 рисунка, 12 таблиц. Список использованной литературы содержит 158 наименований. Приложение к диссертации содержит копию акта внедрения результатов работы в производство.
Первая глава посвящена оценке современных высокопроизводительных способов ЭШН торцевых поверхностей. Проведенный анализ тепловых возможностей питания шлака током при различных схемах ЭШН и электрофизических явлений в шлаковой ванне показывает, что для наплавки композиционными материалами предпочтителен способ ЭШН в секционном кристаллизаторе.
Во второй главе приведены используемые материалы, методы экспериментальных исследований процесса ЭШН и устройства для его осуществления, оригинальные методики моделирования и исследования топологий тока и напряжения в шлаке, а таюке методика исследования высокотемпературной износостойкости наплавленного металла.
В третьей главе представлен комплекс исследований процесса ЭШН в СК при двухконтурной схеме питания шлаковой ванны током. Научно обоснован новый способ образования в шлаке высокотемпературной области. Выполнен сравнительный анализ теплового баланса шлаковой ванны в СК с полым электродом и по традиционной схеме ЭШН. Исследовано влияние теплового режима электрошлаковой наплавки в секционном кристаллизаторе с полым электродом на качество расплавления композиционной проволоки.
13 Разработана термокинетическая модель ее расплавления в перегретом шлаке, которая позволяет прогнозировать образование в наплавленном состоянии легированного алюминида y'-Ni^Al.
В четвертой главе изложены результаты влияния основных параметров режима ЭШН на качество процесса и его энергозатраты. Разработана технология ЭШН торцевых поверхностей цилиндрических изделий диаметром 30-90 мм и технологическая номограмма, функционально связывающая основные параметры режима наплавки и позволяющая в широких пределах управлять качеством наплавленного металла на основе алюминида никеля.
Автор выражает глубокую признательность сотрудникам кафедры Сварочного производства ВолгГТУ помогавшим при постановке экспериментов и принимавшим участие в обсуждении их результатов в их числе научному руководителю проф., докт. техн. наук Лысаку В. И. и доценту, канд. техн. наук Соколову Г. Н., сформулировавшим направление научно-технических разработок, цель и задачи исследований, а также оказавшим помощь при обсуждении, анализе и выявлении новизны полученных результатов.
1. ЭЛЕКТРОШЛАКОВАЯ НАПЛАВКА ЭФФЕКТИВНЫЙ МЕТОД ВОССТАНОВЛЕНИЯ РАБОЧИХ ТОРЦЕВЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ МАШИН И ИНСТРУМЕНТА
Перспективы применения процессов наплавки для восстановления торцевых поверхностей деталей машин и инструмента
Рабочие торцы (диаметром 25-100 мм) деталей и инструментов металлургического оборудования (оправки, выталкиватели, пуансоны, штампы), дорожно-строительной техники (зубья ковшей экскаваторов и борон), машиностроительного производства (центраторы, прижимы, сборочно-наладочные и других устройства для сборки и сварки металлических конструкций) довольно быстро изнашиваются, что снижает качество технологических операций и готовых изделий. Особенно мал ресурс работы изделий и инструмента работающих в тяжелых условиях циклического температурно-силового воздействия, трении при температурах, превышающих 1000 С [50, 60, 71, 106, 145].
Тяжелые условия работы торцевых поверхностей инструмента, зачастую его малые размеры, усугубляющие термическое воздействие на наплавленный металл, что вызывает его перегрев и пластическую деформацию, приводят к их быстрому разрушению. Кинетика износа инструмента для деформирования металла при температурах 700-1100 С в общем случае зависит от многих факторов, из которых сопротивляемость металла пластической деформации, технологический режим и тип обрабатываемого металла являются определяющими [11, 29, 50, 60, 127, 136].
Для восстановления изношенных и повышения износостойкости металла рабочих поверхностей инструмента и деталей машин в промышленности применяют различные способы упрочнения. Рабочую торцовую поверхность упрочняют как напылением [100, 107, 131], так и способами наплавки: дуговыми [4, 7, 63, 105], плазменными и электрошлаковыми [75, 81, 87, 101, 124, 145] (рис. 1.1).
К основным недостаткам процессов напыления следует отнести низкий коэффициент использования порошка, пористость напыленного слоя, необходимость тщательной подготовки поверхности перед нанесением покрытий и сложность получения качественного слоя толщиной более 1 мм [131].
Основные и присадочные материалы для ЭШН в секционном кристаллизаторе
Экспериментальные наплавки вели на флюсе АНФ-6 (табл. 2.1), композиционными стержнями (рис. 2.1) диаметром 5 мм и длиной 300 мм, изготовленными из композиционной проволоки, предназначенной для получения наплавленного металла на основе алюминида никеля Ni3Al [85]. Композиционная проволока состоит из трубчатой двухслойной оболочки: наружного слоя из никелевой ленты и ленты из алюминиевого сплава для внутреннего слоя оболочки (табл. 2.2). В качестве наполнителя оболочки использовали проволоки из технически чистых молибдена, вольфрама, тантала диаметром 0,6 мм каждая, а также нихрома Нп-Х20Н80Т диаметром 1 мм, и шихту из смеси металлических порошков алюминия, никеля, циркония и графита. Состав композиционной проволоки рассчитывали исходя из получения наплавленного металла (табл. 2,3) близкого по составу к сплавам серии ВКНА [20, 64,114].
Содержание никеля и алюминия в шихте, задавали через коэффициент d, учитывающий соотношение количества никеля в шихте к его содержанию в оболочке композиционной проволоки или количества алюминия в шихте проволоки к его содержанию в оболочке. С учетом коэффициента d, зная массы №0бол и A106OJI:) по размерам никелевого и алюминиевого слоев оболочки, находили содержание NimHX. и А1Ш1И в шихте из расчета обеспечения соотношения (7) в котором учтено известное влияние [62, 64] легирующих элементов на стехиометрическое соотношение в N13AL
Исследование теплофизических условий ЭШН композиционной проволокой в секционном кристаллизаторе
Исходя из проведенного анализа тепло физических особенностей современных способов ЭШН следует, что максимальная температура шлака в его локальных объемах вокруг электродных проволок и неплавящихся электродов не превышает 2300 С. Такого нагрева недостаточно для расплавления тугоплавких составляющих композиционной проволоки. Для увеличения температуры (более 3000 С) шлака необходимо существенно повысить плотность тока в локальном объеме, при этом требуется сохранить устойчивость процесса ЭШН и предусмотреть электронейтральность наплавочного материала.
Опытные наплавки в секционном кристаллизаторе с различными схемами подвода тока к шлаку и с включением присадочного материала в сварочную цепь показали, что совместить в рамках какой-либо из традиционных схем ЭШН требования, предъявляемые к новому способу невозможно. Скорость плавления проволочных компонентов из тугоплавких металлов, входящих в наполнитель композиционной проволоки, значительно отстает от скорости расплавления легкоплавких составляющих (рис. 3.1), и сопровождается нерегулярным выделением капель.
Для качественного расплавления электронейтральной композиционной проволоки, содержащей большое количество тугоплавких компонентов, необходимо сосредоточить в области погружения присадочного материала в шлак мощный тепловой источник в виде дополнительного неплавящегося электрода. Вместе с тем для поддержания температуры шлаковой ванны выше Тпл основного металла тепловой источник от токоведущей секции кристаллизатора должен создавать равномерно распределенный по всему ее объему поток тепла, что обеспечивается, если шлаку придать вращение в горизонтальной плоскости. Последнее возможно, когда токоведущая секция СК выполняет функцию неплавящегося электрода-соленоида [128]. При этом в процессе ЭШН в области шлака, прилегающей к токоподводу, наблюдается локальное искажение магнитного потока, вызванное взаимодействием магнитных полей от разнонаправленных линий тока. Для сглаживания этого эффекта скорость вращения шлака повышают.
