Файл: Эскин, Г. И. Ультразвук шагнул в металлургию.pdf

72

также при электроннолучевой плавке тугоплавких ме­ таллов и сплавов поступают иначе: ультразвуковые ко­

имеют место все те явления, которые наблюдаются при кристаллизации фасонных отливок. Однако весьма быстрый по сравнению с фасонным литьем процесс за­ твердевания слитков накладывает на эффект ультра­ звуковой обработки свой отпечаток.

Специфика непрерывного литья состоит в направ­ ленном последовательном затвердевании металла; рас­ плавленный металл постепенно проходит три стадии: он жидкий в лунке, твердо-жидкий в переходной облас­ ти и твердый в готовом слитке. При этом способе литья удобно вводить ультразвуковые колебания в лунку слитков алюминиевых и магниевых сплавов, имеющих невысокую температуру плавления. В случае же элект­ роннолучевой или вакуумной дуговой плавки тугоплав­ ких металлов введение колебаний возможно только че­ рез твердую фазу и для получения того же эффекта требуются значительные более высокие энергетические затраты (табл. 3).

Различная энергия вводимых в слиток ультразвуко­ вых колебаний при непрерывном литье и при вакуумном дуговом переплаве связана прежде всего с тем, что нс редача ультразвука через твердую часть слитка (рис. 25,6) приводит к значительным потерям энергии в твер­

таком способе ультразвуковой обработки жидкая лунка слитка вовсе не обрабатывается ультразвуком. На это, в частности, указывает и отсутствие эффекта дегазации при ультразвуковой обработке при вакуумном дуговом

73

Т а б л и ч а 3

Сравнение энергетических показателей ультразвуковой обработки слитков по данным разных авторов

с другой стороны, обработка слитка через твердую фазу исключает из рассмотрения такой больной для ультра­ звуковой обработки расплавов вопрос, как стойкость излучателя: в этом случае сам затвердевающий слиток служит излучателем ультразвуковых колебаний.

эффициент использования ультразвуковой энергии и до­

ближайшие годы ультразвуковая обработка слитков бу­ дет идти обоими путями.

74

1еперь вернемся к рассмотрению тех результатов, которые дает ультразвуковая обработка слитков. На рис. 26 показана схема ультразвуковой установки для

Рис. 26. Схема ультразвуковой обработки слитка

из алюминиевого сплава при литье погружением

[20]:

/ — кристаллизатор; 2 — излучатель; 3 — ковш для разливки металла; 4 — жидкая лунка

литья слитков дюралюминия диаметром до 300 мм. Ус­ тановка состоит из четырех погруженных в расплав из­ лучателей ультразвука, питаемых преобразователями мощностью по 1,5 кет каждый и частотой 40 кгц. Интен­ сивность ультразвука, вводимого в расплав, составляла 2,0 вт/см2. Предел прочности слитков возрос после ульт­ развуковой обработки па 3,0 кГ/мм2, заметно измельчи­ лась структура и повысилась плотность. Кроме того

75

улучшилась поверхность слитка {20]. -Здес,ь, очевидно, имеет место то же явление, что и при фасонном литье с ультразвуком (см. гл. III), когда движение расплава под действием ультразвука снижает трение между расплавом, заполняющим форму, и поверхностью последней.

Качество слитков из тугоплавких металлов и спла­ вов также может быть улучшено за счет ультразвуковой

стали и сплавов на никелевой основе В СССР успешно ведутся работы в области вакуум­

ного дугового переплава с применением ультразвуковой обработки в процессе кристаллизации слитков. Исследо­ вания позволили О. В. Абрамову и И. И. Теумину оп­ ределить, что ультразвуковая обработка улучшает свой­

76

Рис. 27. Схема устройства для ультразвуковой обработки слитка из тугоплав­

волновод-излучатель; 5 — охлаждающий кожух; 5 — стяжки; 7 — шайба

77

Ма рис. 27 показана схема ультразвукового устрой­ ства для введения мощного ультразвука в слиток через затравку, предложенная П. И. Теуминым и О. В. Абра­

По этой схеме ультразвуковые колебания вводятся в

слиток 1 от мощного магпитострикционного преобразо­ вателя 2 через экспоненциальный концентратор 3 и вол­ новод—излучатель 4.

Магнитострикционный преобразователь мощностью 60 кет собран из пластин толщиной 0,15 мм железоко­ бальтового сплава К-65 и установлен для интенсивного охлаждения в баке с проточной водой 5. Соединение концентратора с волноводом осуществляется с помощью четырех стяжек 6. Для обеспечения требуемого вакуума в печи фланец волновода через уплотняющую резиновую прокладку прижимается к кристаллизатору. Шайба 7 устанавливается в зазор между волноводом и кристал­ лизатором во избежание возможного затекания металла.

Обработанные на этой установке слитки сплава Х20Н80 имели мелкое равновесное зерно и при испыта­ ниях показали повышенную пластичность вплоть до тем­ ператур в 1000—1100°С. На рис. 28,а и б показана, по данным И. И. Теумина и О. В. Абрамова [5], макро­ структура продольных темплетов слитков этого сплава, отлитого в спокойных условиях и с ультразвуковой об­ работкой.

При снижении мощности ультразвука измельчение структуры слитка может происходить только в попереч­ ном направлении. Это иллюстрирует рис. 29, где пока­ зана макроструктура молибдена, выплавленного в элект­ роннолучевой печи: хорошо видна разница в эффекте

78