Технологичность заготовок

В связи с тем, что ниобий и его сплавы склонны при нагреве поглощать газы и окисляться, их следует выплавлять в вакууме или нейтральной атмосфере. Сплав Nb –1%Zr -5%Mo – 0,1%C, выплавляется с помощью вакуумной электродуговой плавки с последующими электроннолучевыми переплавами[7,11].

Основные преимущества Электродуговой вакуумной плавки [11]:

· более полная дегазация металла, что значительно улучшает физико-механические свойства;

· возможность наиболее полного завершения химических реакций между кислородом и углеродом, а также другими элементами, растворёнными в металле и дающими летучие окислы. В результате испарения снижается содержание вредных примесей;

· при плавке и разливке в вакууме полностью исключается образование водородной пористости отливки.

Для получения сплава с незначительным содержанием газов необходимо при его выплавке применять раскисление и обработку веществами, способствующими удалению газов.

При электродуговой вакуумной плавке диссоциация окислов, нитридов, гидридов в зоне дуги способствует дегазации ниобия. Но при растворении металлами своих окислов, нитридов, гидридов полностью освободиться от газов при простом переплаве почти невозможно. Для повышения степени дегазации приходится прибегать к специальным методам раскисления или воздействию веществ, имеющих большое сродство к газам, чем рафинируемый металл. С этой целью для раскисления ниобия применяют углерод и различные геттеры. При расксислении углеродом пузырьки окиси углерода зарождаются во всём объёме металла, коагулируются и всплывают на поверхность жидкой ванны, происходит испарение. Ещё один процесс, в результате которого осуществляется дегазация и раскисление при дуговой плавке: удаление примесей через шлак, который отталкивается электрической дугой к стенкам кристаллизатора. Благодаря выше описанным процессам на 1-2 порядка уменьшается содержание газов в сплаве. На рисунке 7.3 представлена схема рабочего пространства электродуговой печи.

Рисунок 7.3 - Схема рабочего пространства электродуговой печи

1-купол;2-стенки; 3-желоб; 4-сплавовыпускное отверстие; 5-электродуга; 6-под; 7-рабочее окно; 8-заслонка; 9-электроды

При электронно-лучевой плавке (ЭЛП) происходит более полное рафинирование металла благодаря высокому вакууму.

Для раскисления ниобия и его сплавов вводят итрий, а также Zr (0,1% масс.), т.к. летучесть ZrO в 10 раз выше NbO. Необходимость применения электродуговой и элекронно-лучевой плавки объясняется большой ответственностью конструкции и как следствие высокой чистотой сплава на основе ниобия. Подобная схема выплавки позволяет существенно снизить содержание примесей внедрения до уровня 0,001-0,01% H₂, 0,02 N₂, 0,03-0,05О₂.

Далее необходимо провести отжиг слитков в вакууме (10^-6-10^-7Па) при 1800-2000˚С. Время выдержки колеблется от 5-10 часов. Такой режим обеспечивает снятие литейных напряжений и частичную дегазацию.

Слитки, полученные дуговым методом, вследствие их грубой структуры необходимо деформировать в горячем состоянии при температурах (1250-1400°С) нагревая их в атмосфере инертного газа (аргон, гелий) или в вакууме. Для предупреждения насыщения слитков кислородом и азотом, содержащимся обычно в аргоне и гелии, их необходимо дополнительно очищать, пропуская через специальные устройства.

После прессования, которое проводится при Т=1400-1500°С, проводят вакуумный отжиг при Т=1200-1350°С (при нагреве деформированного ниобия выше 1350°С наблюдается значительный рост зерна и связанное с этим падение пластичности), 3-4 часа, что приводит к получению мелкозернистой структуры. Сплавы ниобия с мелкозернистой структурой имеет наиболее высокое удлинение и ударную вязкость. Это дает возможность проводить дальнейшее обработку при более низких температурах и другими методами деформации [11].

Следующий этап – штамповка. Сначала происходит разделение листа на полосы необходимой ширины. Далее из полос идет изготовление отдельных элементов (деталей камеры) вырубкой или пробивкой. Вырубку или пробивку осуществляют пуансоном и матрицей, конфигурации которых соответствуют конфигурации деталей. При штамповке изделий из сплава ниобия приходится принимать меры предосторожности против налипания металла на части штампов. Применяются обычные стальные штампы или штампы из алюминиевой или бериллиевой бронзы. В качестве смазки используется керосин. Зазор между пуансоном и матрицей принимают равным 6% от толщины металла штампуемого изделия [7].

На этом этапе необходимо провести стабилизирующий отжиг (5-9 ч) при Т=1700°С с последующей закалкой и 50-часовым старением при 1100°С. Перед отжигом изделия рекомендуется промывать нагретой хромовой смесью, затем дистиллированной водой [7].

Далее необходимо сварить аргонно-дуговым методом полученные элементы по форме конечного сектора стенки. Сварку необходимо проводить в инертной среде. Аргонно-дуговая сварка может проводиться вольфрамовыми и угольными электродами в атмосфере чистых аргона или гелия. Для предотвращения окисления свариваемых деталей скорость газа должна быть достаточно большой (5 л/мин). Для получения более качественного шва применяемые газы дополнительно очищаются от примесей. Газовая защитная среда должна поддерживаться по обеим сторонам шва как во время сварки, так и при охлаждении до такой температуры, когда он теряет способность поглощения газов, то есть до 200˚С.

Контроль качества сварных соединений и качества полученных заготовок можно проводить методом рентгено- и гамма- дефектоскопии или ультразвуковой дефектоскопии. Метод основан на различном поглощении проникающего излучения участками шва с дефектами и без них. Дефектные места (трещины, поры, непровары и т.д.) оказывают прохождению лучей меньшее сопротивление, чем участки металла без дефектов. Так же качественно сваренные швы должны обладать такой же пластичностью и коррозионной стойкостью, как основной металл.

Проводится шлифовка и полировка поверхности.

Заключительная стадия - производят окончательный сбор разрядной камеры (сварка полученных элементов) и проверка их на качество швов и герметизацию. Проводится окончательная полировка и установка конструкционного элемента.

Дата добавления: 2015-09-04