Дефекты, образующиеся в процессе плавления

Такие дефекты в свою очередь можно подразделить на два вида: 1. дефекты образующиеся при нарушении нормального хода процесса плавки (например, газонасыщенные включения в результате разгерметизации печи, несплошности в результате обрывов небольших частей расходуемого электрода в зоне приварки его к переходнику или огарку; металлические включения, объединенные легирующими компонентами в результате сплавления огарка из чистого титана в слиток из легированного сплава). На рис. 4.1 показаны инородные металлические включения.

 

 

 

а

 

б

Рисунок.4.1 Инородные металлические включения

а – схема, поперечное сечение слитка;

б– куски электрода в слитке, макроструктура.

На рис. 4.2 показана усадочная пористоть.

а б

Рисунок. 4.2 Усадочная пористость

Поперечное сечение слитка: а- схема, б- темплет (х 100).

На рис. 4.3 показаны внутренние пузырьки в слитке.

а б

в

Рисунок.4.3 Внутренние пузырьки

Поперечное сечение слитка: а – схема;

б – подголовная часть слитка, темплет (х300);

в – головная, средняя и донная части слитка (х100).

2. дефекты образующиеся в процессе плавки расходуемого электрода без нарушения режима.

Дефекты последнего типа получили название дефектов типа химической (ликвационной) структурной неоднородности.

По внешнему виду дефекты типа химической неоднородности делятся на тёмные и светлые зоны из-за соответственно более темного или более светлого оттенка по сравнению с основным фоном шлифа. Различие в оттенках обусловлено характером микроструктуры металла в зоне дефектов.

При переплаве прессованных расходуемых электродов, изготовленных из плохо перемешанной шихты и имеющих недостаточную плотность (3,4-3,7 г/см³),на поверхности слитков первого переплава образуются хрупкая легко отслаивающаяся корочка, обогащенная легирующими компонентами.

Максимальная концентрация легирующих элементов в хрупкой корочке в 2,8-3,9 раза выше расчетного состава сплава, а минимальная - в 1,2-9 раз ниже. Природу этого явления можно объяснить следующим образом: сплавление электрода с зачеканеным в него термопарами показало, что на его нижнем конце, на отрезке длиной приблизительно 100-150 мм от торца, температура возрастает от 400-500 С до температуры ликвидуса. При разогреве нижнего конца электрода сначала начинает плавиться алюминий, потом лигатура и только у самого торца электрода - титан (губка и отходы). Если легирующие элементы находятся в центральной части сечения электрода или, точнее, окружены со всех сторон массой спрессованного титана, то, расплавляясь, они растворяют в себе титан, что приводит к повышению температуры плавления системы. Плавление электродов сопровождается довольно интенсивным разбрызгиванием жидкого металла с электрода. Брызги попадают на стенку изложницы выше уровня зеркала ванны, образуя довольно рыхлую корку, так называемые настыль и «корону». Здесь же конденсируются пары хлоридов магния, а также легирующих элементов со сравнительно высокой упругостью паров. Наибольшая вероятность оказаться на стенке изложницы имеется у тех капель, которые, во-первых, раньше образуются, а во- вторых, находятся к ней ближе, т.е. у капель, стекающих по боковой поверхности электрода, и в том числе у тех, которые образуются при выправлении алюминия и лигатуры. При повышении уровня зеркала ванны расплав частично растворяет и частично пропитывает этот пористый слой на внутренней поверхности изложницы. «Смыванию» его способствует также излучение от столба дуги или непосредственное воздействие анодного пятна дуги. Однако на большинстве слитков I переплава можно обнаружить различные по площади участки с хрупкой корочкой, и наблюдать их частичное отслаивание и падение в расплав при II переплаве слитков.

Сварка слитков в печи или приварка их к переходнику, осуществляемые в две стадии, достаточно длительны (20-40 мин.). Нагрев свариваемых поверхностей (литникового или донного торцов) дугой и появление на них жидкой пленки и введение этих поверхностей в соприкосновение с «выжиманием» жидкого металла в периферийную зону часто сопровождаются образованием натеков.

Жидкая пленка и, следовательно, натеки формируются из тех частей слитка, состав которых может в наибольшей степени отличаться от состава основного металла. Этому дополнительно способствует испарение алюминия и хрома с поверхности торцов при обогреве дугой. Если усадочная раковина выводится на переходнике после сплавления всего расходуемого электрода, все описанные пояса неоднородности (в том числе и натеки) попадают на разных стадиях плавки в ванну и вероятность их полного усреднения не представляется очень высокой.

Источниками большинства включений типа химической неоднородности явились зона сварки переходника к слитку первого переплава, сплавляемая в слиток, и плохо проплавленная, отслаивающаяся и обогащенная легирующими компонентами корочка на слитках первого переплава.

Если зона приварки переходника к слитку первого преплава не оплавляется в слиток и после окончания выведения усадочной раковины от слитка первого переплава остается часть высотой 50-100 мм (примыкающая к его литниковому или донному торцу), то процент дефектных (зараженных включениями) слитоков уменьшается примерно вдвое, а объем непосредственно загрязненного дефектами металла уменьшается в 2,5-6,5 раза(от 3,1-7,2 до 1,6-1,1 %). Удаление хрупкой непроплавленной корочки со слитков первого переплава производится обточкой или хороший проплав слитков при полном отсутствии корочки и, следовательно, исключение возможности падения ее в расплав привели к уменьшению объема металла, загрязненного включениями, в 4 раза (с 6,7 до 1,74%).

Полностью не выведенные усадочные раковины и усадочная рыхлота могут завариваться в процессе пластической деформации при степени деформации 60-80%, если до этого не была произведена их разгерметизация. однако даже при надежной заварке в случае средне- и высоколегированных сплавов, особенно содержащих молибден, в зоне заварки рыхлот и раковин могут наблюдаться мелкие дефекты типа химической неоднородности.

Как указывалось выше, при попадании в расплав твердых частиц- источников образования включений одновременно протекают два процесса – осаждение и растворение.

Растворение в жидкой тонкой пленке оплавляемого торца расходуемого электрода при ВДП происходит достаточно интенсивно, однако гарантировать отсутствие включений в готовом слитке можно только в том случае, если соблюдены и другие требования, а именно: отсутствие в составе расходуемого электрода зон или участков, у которых температура плавления и плотность выше, чем у переплавленного металла. Поэтому используемый в производственной практике для изготовления особо ответственных изделий третий переплав слитков повышает вероятность получения их без дефектов, учитывая, что переплавляемый металл еще раз проходит стадию интенсивного расплавления и усреднения состава в пленке на торце расходуемого электрода.

Однако в разработанных в последнее время методах плавления и литья создаются более благоприятные условия и имеются физические предпосылки предупреждения образования включений в слитке.

На рис.4.5 изображена схема возможных дефектов в сплаве марки ВТ6К.

 

Это относится к плавке с холодным подом и гарнисажной плавке по методу ГРЭ. Благодаря конструктивным особенностям выполнения плавильной емкости и применяемым технологическим приемам, твердые частицы осаждаются на поверхности гарнисажа, а расплав переливается как бы через плотину в кристаллизатор или изложницу, где происходит формирование слитка, что надежно препятствует попаданию туда нерастворившихся частиц.