Исследование структуры и механических свойств молибдена, полученного способом ЭЛПЕ
Исследованы слитки молибдена, полученные способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью, в том числе с применением периферийного нагрева в кристаллизаторе. Определены степень рафинирования металла от примесей в зависимости от параметров плавки и механические свойства выплавленных слитко...
Збережено в:
| Дата: | 2012 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2012
|
| Назва видання: | Современная электрометаллургия |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96547 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование структуры и механических свойств молибдена, полученного способом ЭЛПЕ / В.О. Мушегян, Е.Н. Потятыник // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 2 (107). — С. 31-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-96547 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-965472016-03-19T03:01:36Z Исследование структуры и механических свойств молибдена, полученного способом ЭЛПЕ Мушегян, В.О. Потятыник, Е.Н. Электронно-лучевые процессы Исследованы слитки молибдена, полученные способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью, в том числе с применением периферийного нагрева в кристаллизаторе. Определены степень рафинирования металла от примесей в зависимости от параметров плавки и механические свойства выплавленных слитков. Investigated are the molybdenum ingots produced by the method of electron beam cold hearth melting, including the application of periphery heating in the mould. Degree of metal refining from impurities depending on melting parameters and mechanical properties of melted ingots are defined. 2012 Article Исследование структуры и механических свойств молибдена, полученного способом ЭЛПЕ / В.О. Мушегян, Е.Н. Потятыник // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 2 (107). — С. 31-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 0233-7681 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96547 669.187.526:51.001.57 ru Современная электрометаллургия Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Электронно-лучевые процессы Электронно-лучевые процессы |
| spellingShingle |
Электронно-лучевые процессы Электронно-лучевые процессы Мушегян, В.О. Потятыник, Е.Н. Исследование структуры и механических свойств молибдена, полученного способом ЭЛПЕ Современная электрометаллургия |
| description |
Исследованы слитки молибдена, полученные способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью, в том числе с применением периферийного нагрева в кристаллизаторе. Определены степень рафинирования металла от примесей в зависимости от параметров плавки и механические свойства выплавленных слитков. |
| format |
Article |
| author |
Мушегян, В.О. Потятыник, Е.Н. |
| author_facet |
Мушегян, В.О. Потятыник, Е.Н. |
| author_sort |
Мушегян, В.О. |
| title |
Исследование структуры и механических свойств молибдена, полученного способом ЭЛПЕ |
| title_short |
Исследование структуры и механических свойств молибдена, полученного способом ЭЛПЕ |
| title_full |
Исследование структуры и механических свойств молибдена, полученного способом ЭЛПЕ |
| title_fullStr |
Исследование структуры и механических свойств молибдена, полученного способом ЭЛПЕ |
| title_full_unstemmed |
Исследование структуры и механических свойств молибдена, полученного способом ЭЛПЕ |
| title_sort |
исследование структуры и механических свойств молибдена, полученного способом элпе |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| publishDate |
2012 |
| topic_facet |
Электронно-лучевые процессы |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/96547 |
| citation_txt |
Исследование структуры и механических свойств молибдена, полученного способом ЭЛПЕ / В.О. Мушегян, Е.Н. Потятыник // Современная электрометаллургия. — 2012. — № 2 (107). — С. 31-33. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| series |
Современная электрометаллургия |
| work_keys_str_mv |
AT mušegânvo issledovaniestrukturyimehaničeskihsvojstvmolibdenapolučennogosposobomélpe AT potâtyniken issledovaniestrukturyimehaničeskihsvojstvmolibdenapolučennogosposobomélpe |
| first_indexed |
2025-07-07T03:45:54Z |
| last_indexed |
2025-07-07T03:45:54Z |
| _version_ |
1836958304290471936 |
| fulltext |
УДК 669.187.526:51.001.57
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ
И МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОЛИБДЕНА,
ПОЛУЧЕННОГО СПОСОБОМ ЭЛПЕ
В. О. Мушегян, Е. Н. Потятыник
Исследованы слитки молибдена, полученные способом электронно-лучевой плавки с промежуточной емкостью, в
том числе с применением периферийного нагрева в кристаллизаторе. Определены степень рафинирования металла
от примесей в зависимости от параметров плавки и механические свойства выплавленных слитков.
Investigated are the molybdenum ingots produced by the method of electron beam cold hearth melting, including the
application of periphery heating in the mould. Degree of metal refining from impurities depending on melting parameters
and mechanical properties of melted ingots are defined.
Ключ е вы е с л о в а : молибден; слиток; электронно-лу-
чевой переплав; кристаллизация; структура; рафинирова-
ние; ударная вязкость
Электронно-лучевая плавка с промежуточной ем-
костью характеризуется достаточным арсеналом
средств для влияния на структуру слитков, которые
позволяют изменять параметры кристаллизации
(градиент температуры, скорость охлаждения и
скорость кристаллизации) в десятки раз при сох-
ранении скорости (производительности) плавки.
Как показано в работе [1], путем варьирования
мощности и распределения электронно-лучевого
нагрева в в кристаллизаторе диаметром 200 мм ме-
талла слитков титанового сплава Ti—6Al—4V регу-
лировали скорость охлаждения от 0,4 до 7 К/с, т. е.
почти в 20 раз, а скорость кристаллизации увели-
чивалась от 0,0036 до 0,11 см/с. Для среднелеги-
рованного титанового сплава Ti—6Al—4V это приво-
дит к измельчению структуры и, самое главное, смене
ее типа – от столбчатой к равноосной (рис. 1, а).
Изменение структуры, как видно из
данного рисунка, сопровождается ростом
общей площади границ зерен. При умень-
шении среднего размера зерна в попереч-
ном сечении слитка в k раз общая длина
границ увеличивается в k2 раз, а в резуль-
тате дополнительного дробления столбча-
тых кристаллитов в продольном сечении
общая площадь границ возрастет пропор-
ционально k3. Измельчение зерна происхо-
дит благодаря увеличению центров крис-
таллизации, которые становятся таковыми
за счет достигаемого переохлаждения [2].
Для тугоплавких металлов VIa группы (молиб-
ден, вольфрам) площадь границ зерен имеет важное
значение из-за низкой растворимости примесей
внедрения [3] и концентрации последних по грани-
цам зерен. Существенного увеличения общей пло-
щади границ зерен достигают путем формирования
монолитного материала способами, используемыми
в порошковой металлургии. При получении слитков
тугоплавких металлов способами вакуумной метал-
лургии сформировать равноосную структуру не
удается по причине низкого содержания модифи-
каторов – центров кристаллизации. Таким обра-
зом, низкое содержание примесей оказывает уже
отрицательное влияние.
Задачей ЭЛПЕ с точки зрения влияния на струк-
туру слитков является, с одной стороны, макси-
мальная очистка металла от вредных примесей
(кислорода, азота), с другой, – выведение содер-
жания модифицирующих примесей (углерод, бор)
на оптимальный уровень. При этом необходимо по-
© В. О. МУШЕГЯН, Е. Н. ПОТЯТЫНИК, 2012
Рис. 1. Изменения структуры: а – переход из столбчатой в равноосную
(около k
3
); б – измельчение столбчатой (примерно k
2
)
31
лучить максимальные значения параметров кристал-
лизации и добиться изменения структуры по типу
рис. 1, б для увеличения общей длины границ в k2 раз.
Рафинирование исходного молибдена при ЭЛПЕ
происходит в основном в промежуточной емкости
и частично при прогреве и плавлении шихты на
приподе, а также в кристаллизаторе. Как показы-
вают исследования, проведенные в работе [4], на-
иболее эффективно металл рафинируется в проме-
жуточной емкости, причем при ЭЛПЕ возможна вы-
держка жидкого металла в течение необходимого
времени для наиболее полного удаления примесей.
Удаление кислорода (наиболее неблагоприятной
примеси в молибдене) происходит за счет его пере-
хода в газовую фазу как в виде оксида молибдена,
так и монооксида углерода. Исследования газовой
атмосферы над зоной плавки показывают преимущес-
твенный характер второго из указанных путей [5].
Таким образом, применение в кристаллизаторе
периферийного электронно-лучевого нагрева при
ЭЛПЕ незначительно уменьшает рафинирующую
способность переплава за счет снижения перегрева
металла в центральной части кристаллизатора.
Вместе с тем данное уменьшение можно
компенсировать увеличением продолжи-
тельности пребывания порции жидкого
металла в промежуточной емкости в про-
цессе порционной заливки. Добавление
углерода в шихту положительно сказыва-
ется на удалении кислорода в процессе
ЭЛПЕ.
Изучение процесса ЭЛПЕ слитков мо-
либдена из первичной шихты (брикетов
молибденового порошка) показало спра-
ведливость этих предположений.
Установлено, что при ЭЛПЕ молибде-
на из брикетированного порошка проис-
ходит существенное рафинирование от
примесей (рис. 2). Характерное время
пребывания расплава в промежуточной
емкости (15 с) дает снижение содержания кислоро-
да в 200 раз.
Повышение содержания углерода в шихте однов-
ременно с применением периферийного обогрева ме-
талла в кристаллизаторе (ЭЛПЕ ПО) позволяет нес-
колько уменьшить содержание кислорода в слитках
по сравнению с традиционным ЭЛПЕ (рис. 3).
Это свидетельствует о том, что очищающее вли-
яние дополнительного углерода оказывается силь-
нее, чем снижение интенсивности рафинирования
молибдена в кристаллизаторе.
С целью проверки влияния примесей и конфи-
гурации электронно-лучевого нагрева поверхности
слитка в кристаллизаторе были проведены экспе-
риментальные плавки слитков молибдена в элект-
ронно-лучевой печи МВ-1 с промежуточной ем-
костью в кристаллизаторе диаметром 70 мм как с
применением периферийного обогрева поверхности
слитка в кристаллизаторе, так и по классической
схеме ЭЛПЕ. В исходный молибден в процессе фор-
мирования шихты добавляли 1 % карбида циркония
ZrC. Содержание усвоенного циркония, как пока-
зали данные спектрального анализа, составило
(0,28 ± 0,02) %. Таким образом, степень перехода ZrC
в отливку достигла 30 % предварительной шихтовки.
Рис. 2. Зависимость содержания примесей К в слитке молибдена
от времени выдержки расплава в промежуточной емкости: 1 –
[O]; 2 – Fe; 3 – C; 4 – Cu; 5 – N
Рис. 3. Зависимость содержания кислорода в слитке молибдена
от времени выдержки расплава в промежуточной емкости: 1 –
ЭЛПЕ; 2 – ЭЛПЕ ПО
Рис. 4. Макроструктура слитка молибдена ЭЛПЕ диаметром 70 мм, модифи-
цированного ZrC при ЭЛПЕ (а) и ЭЛПЕ ПО (б)
32
Макроструктура продольного сечения слитка
представлена на рис. 4. Слиток состоит из вытяну-
тых вдоль оси зерен поперечным сечением 1…4 мм,
что на порядок меньше, чем в слитках молибдена
ЭЛП (11…16 мм) [6]. Существенное уменьшение
размеров кристаллитов объясняется модифициру-
ющим действием карбидов циркония в совокупнос-
ти с увеличением скорости кристаллизации слитка
благодаря применению периферийного обогрева
при ЭЛПЕ. Применение технологии ЭЛПЕ ПО поз-
воляет дополнительно уменьшить размер кристал-
литов, при этом столбчатые кристаллы дробятся по
длине на несколько почти равноосных.
Макрошлифы слитков однородные, без трещин,
материал хорошо поддавался шлифовке. Растрес-
кивания на отдельные кристаллиты, как это обычно
бывает в слитках чистого молибдена электронно-
лучевой плавки с крупными зернами, не происхо-
дило. Средняя микротвердость образца металла
слитка при нагрузке 100 г составила 2160 МПа.
Исследованы механические свойства металла
выплавленных слитков. Временное сопротивление
металла образцов изменялось в достаточно широком
интервале – 600…950 МПа,
около 10 % образцов разру-
шились при изготовлении.
Особо показательные резуль-
таты получены при измерении
ударной вязкости образцов ли-
того металла (рис. 5, 6).
При температуре испыта-
ний выше 400 °С излом образ-
цов переходил из хрупкого в
вязкое состояние. Металл об-
разцов слитка ЭЛПЕ ПО по-
казал значительно большие
значения ударной вязкости
(КCU 200…250 Дж/см2), ко-
торые приближаются к пока-
зателям, характерным для де-
формированного молибдена.
Таким образом, модифи-
цирование структуры молиб-
дена карбидами циркония од-
новременно с периферийным
нагревом слитка в кристалли-
заторе при ЭЛПЕ позволяет
снизить содержание кислоро-
да, измельчить столбчатую
структуру слитков, создать
градиент структур в поверх-
ностной зоне слитка, облегча-
ющий варианты последую-
щих термомеханических об-
работок слитка.
Отмеченное повышение
ударной вязкости позволяет улучшить деформиру-
емость слитков при относительно низких значениях
температуры (700…800 °С).
1. Жук Г. В. Влияние мощности электронно-лучевого нагре-
ва на структуру и свойства титановых слитков // Метал-
лург. и горноруд. пром-сть. – 2003. – № 3. – С. 36—38.
2. Флеммингс М. Процессы затвердевания в вакууме. –
М.: Мир, 1977. – 423 с.
3. Зеликман А. Н. Молибден. – М.: Металлургия, 1970. –
440 с.
4. Электронно-лучевая плавка / Б. Е. Патон, Н. П. Тригуб,
Д. А. Козлитин и др. – Киев: Наук. думка, 1997. – 265 с.
5. Патон Б. Е., Тригуб Н. П., Ахонин С. В. Электронно-
лучевая плавка тугоплавких и высокореакционных метал-
лов. – Киев: Наук. думка, 2008. – 306 с.
6. Мовчан Б. А., Статкевич В. Н. Повышение пластичнос-
ти литых и рекристаллизованных сплавов молибдена при
выделении высокотемпературной второй фазы // Изв.
АН СССР. Металлы. – 1969. – № 2. – С. 129—136.
ГП НТЦ «Патон-Армения», Киев
НТУУ «Киевский политехнический институт»
Поступила 03.04.2012
Рис. 5. Образцы после испытаний на ударную вязкость при значениях температуры 200 (а)
и 730 °С (б)
Рис. 6. Зависимость ударной вязкости литого молибдена от температуры испытаний (а),
схемы порезки образцов (б) и их испытания ближе к центру (1—6) и краю слитка (7—9):
I – ЭЛПЕ ПО; II – ЭЛПЕ
33
|