Плавление электрода

металле, упрочнения, обусловленного легированием твердого раствора и процессами дисперсионного твердения, не наблюдается. Здесь исключительное значение приобретает температура плавления эвтектик и выделяющихся фаз. Так, на рис. 346 оба компонента (В и С) мало растворяются в металле А, но сплав с компонентом В образует эвтектику с температурой плавления, значительно превышающей рабочую температуру, тогда как сплав с компонентом С образует эвтектику, плавящуюся вблизи рабочей температуры. Следовательно, наличие компонента С отрицательно влияет на жаропрочность сплава и этот компонент следует рассматривать как вредную примесь.

Припоями называют сплавы, применяющиеся для соединения металлов пайкой, имеющие температуру плавления значительно ниже, чем соединяемые металлы, и обладающие способностью сплавляться с ними.

Ранее [1] было показано, что сплав меди с 38% Ge, обладающий такими же смачивающими характеристиками, что и припой ПМГ-12, имеет температуру плавления значительно ниже и лучше сохраняет металлизационное покрытие. К недостаткам этого сплава следует отнести некоторое повышение хрупкости. Для увеличения пластичности с одновременным сохранением такой же температуры плавления и адгезионных свойств желательно опробывание припоев с добавками третьего компонента, увеличивающего пластичность.

30 • 104 Вт/см2. На рис. 47, 48 область разрушения для указанных материалов отмечена пунктирными линиями. Уменьшение ширины (диаметра) ЗТВ объясняется значительным расходом энергии излучения ОКГ на испарение материала (удельная энергия плавления значительно ниже удельной энергии испарения обрабатываемого материала). Таким образом, для повышения эффективности процесса линейного контурно-лучевого упрочнения (получения максимальных глубины и ширины упрочненной зоны) обработку материалов следует производить при более высоких плотностях мощности излучения, но не превышающих пороговых для данных материалов.

В топках с жидким шлакоудалением достигается высокая температура факела, однако действительные температуры пламени в камере плавления значительно ниже, чем теоретическая температура горения.

Припоями называют сплавы, применяемые для соединения металлов пайкой. Припои имеют температуру плавления значительно ниже, чем соединяемые металлы, и обладают способностью сплавляться с ними.

турах. Его температура плавления значительно превосходит температуры

За последние 15 лет усилия были направлены на разработку сплавов, состоящих преимущественно из хрома. Этот интерес возник в первые дни второй мировой войны, поскольку снабжение кобальтом и никелем в это время было очень ограничено, а их запасы были очень малы. Выбор хрома кажется очевидным по нескольким причинам. Он обладает многими свойствами, которые считаются важными для применения при высоких температурах. Его температура плавления значительно превосходит температуры плавления железа, кобальта и никеля. Его плотность несколько ниже. Хром обладает лучшим сопротивлением деформации при повышенных температурах. Он также является одним из первых переходных металлов с высокой температурой плавления, доступных в достаточно большом количестве. Однако, хотя хром обладает достаточной пластичностью для обработки при повышенных температурах, при комнатной температуре он пока-зывае> ограниченную пластичность или полное ее отсутствие. Этот факт более чем другие ограничил широкое практическое использование хрома и сплавов на его основе. Поэтому механические свойства хрома были подробно исследованы; при исследовании особое внимание было обращено на температуру перехода из пластичного в хрупкое состояние.

имость сплава снизилась. Однако при углетермическом производстве богатого силикокальция такой уголь непригоден, так как при его использовании резко ухудшаются все показатели производства. Следовательно, в каждом случае должно быть сделано технико-экономическое обоснование выбора того или другого вида древесного угля. Древесный уголь способен самовозгораться, характеризу-с ется резкими колебаниями содержаний золы и влаги (от 5 до 40 %), что затрудняет правильную дозировку восстановителя, кроме того, он дорог. В связи с этим древесный уголь применяют, как правило, лишь при плавке кристаллического кремния и 90 %-ного ферросилиция, силикоалю-миння и силикокальция и стремятся заменить его различными древесными отходами (щепой, стружкой, опилками и т. п.), что дает значительный экономический эффект [14]. Применение древесных отходов обеспечивает уменьшение спекания шихты и улучшение газопроницаемости, повышение электрического сопротивления шихты и снижение испарения восстановленных элементов, тепловых потерь и уноса пыли, позволяет регулировать температуру в печи и дает возможность вести восстановление руд, имеющих температуру плавления значительно ниже температуры требуемой для восстановления. Хорошими восстановителями являются нефтяной и пековый кокс, обладающие достаточной механической прочностью, высокой реакционной способностью и низким содержанием золы и летучих. Различие реакционной способности нефтяных коксов разных видов невелико, все эти восстановители склонны к графитизации при температурах плавки, что ухудшает их реакционную способность и снижает электрическое сопротивление. Этот недостаток, а также высокая стоимость ограничивают их применение только для выплавки кристаллического кремния или особо чистых по примесям ферросплавов (ряда сортов высокопроцентного ферросилиция, ферровольфрама).

имость сплава снизилась. Однако при углетермическом производстве богатого силикокальция такой уголь непригоден, так как при его использовании резко ухудшаются все показатели производства. Следовательно, в каждом случае должно быть сделано технико-экономическое обоснование выбора того или другого вида древесного угля. Древесный уголь способен самовозгораться, характеризу-с ется резкими колебаниями содержаний золы и влаги (от 5 до 40 %), что затрудняет правильную дозировку восстановителя, кроме того, он дорог. В связи с этим древесный уголь применяют, как правило, лишь при плавке кристаллического кремния и 90 %-ного ферросилиция, силикоалю-миния н силикокальция и стремятся заменить его различными древесными отходами (щепой, стружкой, опилками и т. п.), что дает значительный экономический эффект [14]. Применение древесных отходов обеспечивает уменьшение спекания шихты и улучшение газопроницаемости, повышение электрического сопротивления шихты и снижение испарения восстановленных элементов, тепловых потерь и уноса пыли, позволяет регулировать температуру в печи и дает возможность вести восстановление руд, имеющих температуру плавления значительно ниже температуры требуемой для восстановления. Хорошими восстановителями являются нефтяной и пековый кокс, обладающие достаточной механической прочностью, высокой реакционной способностью и низким содержанием золы и летучих. Различие реакционной способности нефтяных коксов разных видов невелико, все эти восстановители склонны к графитизации при температурах плавки, что ухудшает их реакционную способность и снижает электрическое сопротивление. Этот недостаток, а также высокая стоимость ограничивают их применение только для выплавки кристаллического кремния или особо чистых по примесям ферросплавов (ряда сортов высокопроцентного ферросилиция, ферровольфрама).

металле, упрочнения, обусловленного легированием твердого раствора и процессами дисперсионного твердения, не наблюдается. Здесь исключительное значение приобретает температура плавления эвтектик и выделяющихся фаз. Так, на рис. 346 оба компонента (В и С) мало растворяются в металле А, но сплав с компонентом В образует эвтектику с температурой плавления, значительно превышающей рабочую температуру, тогда как сплав с компонентом С образует эвтектику, плавящуюся вблизи рабочей температуры. Следовательно, наличие компонента С отрицательно влияет на жаропрочность сплава и этот компонент следует рассматривать как вредную примесь.

свойств при служебных температурах, которые на несколько сот градусов ниже точки начала их плавления; такие материалы, однако, необходимы для изделий, разрабатываемых в 70-х годах [65]. Микроструктуры жаропрочных сплавов, упрочненных уг-ф&-зой, часто оказываются нестабильными при таких температурах (например, из-за повторного растворения выделившихся частиц). Упрочнение за счет образования твердых растворов при этих температурах еще менее эффективно: высокие скорости диффузии способствуют переползанию дислокаций, что облегчает пластическую деформацию дисперсионно-упрочненных сплавов. Кроме высокотемпературных механических свойств при создании улучшенных жаропрочных материалов должны учитываться такие важные параметры, как сопротивление коррозии и технологичность. Из имеющихся элементов наибольший практический интерес представляют, по-видимому, никель и кобальт, так как они служат основой используемых в настоящее время сплавов. Кроме того, следует отметить, что железо, хром и драгоценные металлы также обладают требуемой высокой точкой плавления и могут быть использованы для изыскания эвтектических сплавов в будущем. Ввиду того, что число практически пригодных тугоплавких металлов ограничено, подлежат рассмотрению также эвтектики, базирующиеся на интерметаллических или ковалентных соединениях, которым будет уделено внимание в дальнейшем. Эти соединения в целом имеют свойства, которые сильно отличаются от свойств элементарных компонентов. Они обычно являются хрупкими материалами с высокой твердостью и могут иметь точки плавления значительно выше, чем у исходных металлов.

ПЛАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОДА

Плавление электрода, формирование шва и образование шлака контролируются наблюдением в процессе сварки таврового соединения.

Одним из наиболее эффективных методов повышения качества стали является разработанный в Институте электросварки им. Е. О. Патона метод электрошлакового переплава (ЭШП). В этом способе расходуемый электрод переплавляют в водоохлаждаемом кристаллизаторе под слоем шлака. Особенностью. ЭШП является то, что это бездуговой процесс. Жидкий электропроводный шлак при прохождении тока нагревается до 2000 °С, что обеспечивает плавление электрода, погруженного в шлак. На рис. 100 показана принципиальная схема установки ЭШП. Питание печи производится переменным током от однофазного трансформатора. Установка ЭШП состоит из колонны, по которой перемещается каретка с электрододержателем и электродом. При помощи электродвигателя и регулятора производится автоматическое перемещение электрода по мере его сплавления. Напряжение на электрод и к поддону кристаллизатора подается кабелями и шинами. В начале плавки на поддон кристаллизатора заливают жидкий шлак, который готовят в специальной шлакоплавильной электропечи. Электрод опускают вниз так, чтобы его конец погрузился в шлак. Включают ток, и шлак разогревается. Электрод плавится, и в кристаллизаторе образуется слиток. После окончания плавки, когда весь металл в кристаллизаторе затвердевает, поддон кристаллизатора опускают вниз вместе со слитком, который снимают краном. Расходуемый электрод для ЭШП может иметь круглое или квадратное сечение; его получают либо отливкой в специальные длинные изложницы, либо после проката или ковки. Отношение диаметра электрода к диаметру кристаллизатора составляет 0,4—0,6.

Процесс электрошлакового переплава запускают, наливая горячий жидкий шлак в медный тигель или зажигая электрическую дугу между электродом и металлической стружкой на подине изложнице и расплавляя тем самым первые порции шлака, помещенного в изложнице. Эти две процедуры известны соответственно как старт с горячим и холодным шлаком; обе они используются в промышленных установках в условиях промышленного производства. Плавку проводят при регулируемом напряжении; о скорости плавления судят по силе тока, а о скорости подачи электрода — по уровню напряжения. Когда плавление электрода близится к завершению, на слитке формируют прибыльную наставку, чтобы устранить усадочную раковину. Дав достаточно времени для затвердевания шлака, слиток раздевают. В зависимости от типа сплава и размеров слитка последний охлаждают на воздухе, подвергают медленному регулируемому охлаждению или отжигу.

До 23 % выделившейся теплоты расходуется на плавление электрода, до 60 % - на плавление основного металла и до 5 % - на плавление флюса. Потери теплоты на излучение, отвод в формирующие устройства и в основной металл составляют до 12 %. Если выделяемая теплота равна отдаваемой, процесс будет протекать устойчиво. При избытке выделяемой теплоты шлаковая ванна перегревается, начинает кипеть, стабильность процесса нарушается. При недостатке теплоты ванна охлаждается, шлак теряет электропроводность, процесс сварки прекращается.

- возбуждение дуги и интенсивное плавление электрода;

Конструктивно-технологические особенности ЭШЛ (совмещение операций расплавления металла в плавильном агрегате с заливкой его в форму, последовательное плавление электрода, рафинирование металла шлаком, направленная кристаллизация отливки, высокая однородность структуры — отсутствие усадочных раковин и осевой рыхлости) позволяют осуществлять процесс литья без использования элементов литниковых систем (питателей, выпоров и прибылей). Повышенные эксплуатационные свойства отливок, полученных методом ЭШЛ, допускают наличие в них острых углов и резких переходов от сечения к сечению. В результате применения данной техноло-

• во время прохождения импульса сварочного тока происходит интенсивное плавление электрода со струйным переносом металла.

а — плавление электрода внутри формы; б — ЭШЛ с приплавлением; в — с переливом жидкого металла; / — расходуемый электрод; 2 — шлаковая ванна; 3 — металлическая ванна; 4 — отливка; 5 — водоохлаждаемая литейная форма (кристаллизатор); 6 — при-плавляемые заготовки

• во время прохождения импульса сварочного тока происходит интенсивное плавление электрода со струйным переносом металла.