» » Влияние газов на качество отливок из титановых сплавов
25.12.2014

Основным требованием к процессу изготовления титановых отливок является предохранение металла от загрязнения, в особенности кислородом, азотом и водородом. Это условие предопределяет основные особенности всего технологического процесса изготовления отливок из сплавов титана.
В качестве формовочных материалов возможно использование только наиболее химически устойчивых окислов: двуокиси циркония, электрокорунда, магнезита и др. Связующие материалы должны содержать минимальное количество компонентов, активно реагирующих с титаном. Металл выплавляется при вакууме в охлаждаемом тигле с гарнисажем, наведенным из того сплава, который подлежит плавке.
В работе исследовалось.
1. Влияние формовочных материалов и температуры формы при заливке на содержание газов и механические свойства металла отливок.
2. Влияние металла расходуемого электрода и других факторов на развитие газовых раковин в тонкостенных титановых отливках.
Исследование влияния формовочных материалов осуществлялось на отливках, изготовляемых по методу выплавляемых моделей. Содержание газов в отливках определялось методом вакуумплавления. Результаты исследований представлены в табл. 1. Исходный титан содержал 0,0150% кислорода.
Влияние газов на качество отливок из титановых сплавов

Интенсивное окисление металла (табл. 1) происходит в формах из двуокиси титана, циркона, смеси окислов магния и хрома. Наиболее качественным формовочным материалом, с точки зрения минимального загрязнения металла кислородом, являются двуокись циркония и плавленый магнезит.

Наиболее широко используемые при литье по выплавляемым моделям этилсиликат и жидкое стекло содержат двуокись кремния, с которой титан энергично взаимодействует. Уменьшение содержания кремнекислоты в этих связующих способствует уменьшению степени взаимодействия титана с формой и получению более чистого металла.

Чем более высокая температура на границе металл—форма, тем сильнее происходит взаимодействие. В табл. 2 приведены данные по содержанию кислорода, водорода и азота в металле титановых отливок, полученных в формах, предварительно нагретых до различных температур.
Из табл. 2 видно, что увеличение содержания кислорода в металле отливок при повышении температуры форм из окисных огнеупорных материалов весьма существенно. Содержание водорода и азота меняется незначительно. Заливка форм с температурой 20° С приводит к несколько повышенному по сравнению с заливкой форм, нагретых до 150°, загрязнению металла газами. Это, по-видимому, объясняется наличием при комнатной температуре пленки адсорбированных поверхностью формы водяных паров и воздуха. Нагрев формы до 100° и выше приводит к десорбции газов. Оптимальная температура формы 150—250.
Влияние газов на качество отливок из титановых сплавов

Распределение газов по сечению отливки исследовалось путем замера ее микротвердости. Было установлено, что наиболее сильное загрязнение отмечается в поверхностных слоях отливки. Микротвердость металла в поверхностных слоях оказалась на 100—200 единиц выше, чем твердость металла в более глубоких слоях (рис. 1).
Исследование влияния некоторых технологических факторов на пораженность отливки газовыми раковинами осуществлялось путем заливки пластин различной толщины.
Наличие газовых раковин контролировалось путем рентгеновского просвечивания полученных пластин.
Влияние газов на качество отливок из титановых сплавов

Было установлено, что наиболее резко газовыми раковинами поражаются тонкостенные отливки. На рис. 2 приведены фотоотпечатки рентгенограмм литых пластин толщиной 3, 5, 10 и 20 мм из сплава ВТ5. Отливки получены в одинаковых условиях в одной форме (на рис. 2 эскиз модели приводится).
По мере утолщения пластин количество газовых раковин уменьшается.
Влияние исходной шихты на количество газовых раковин исследовалось на пластинках толщиной 5 мм. Для исключения влияния взаимодействия металла с формой и влияния газов формы пластины получались в медной форме, которая предварительно прокаливалась при 200°. На рис. 2, а приведен отпечаток рентгенограммы пластины, залитой металлом, выплавленным в вакууме порядка 1*10в-1 мм рт. ст. Разливка металла проведена
в среде аргона при давлении 200 мм рт. ст. В отливке отмечается значительное количество газовых раковин. При следующих опытах пластины были получены из металла, прошедшего предварительную дегазацию. На рис. 2, б представлена пластина, залитая металлом, предварительно дегазированным в течение 4 час в вакууме 1—3*10в-2 мм рт. ст. при 900°. На рис. 2, в приведена пластина, залитая металлом, прошедшим первичный перегрев в вакууме 1*10в-3 мм рт. ст. Вакуум при плавке и заливке всех пластин был примерно одинаков и составлял 3—5*10в-2 мм рт. ст.
Влияние газов на качество отливок из титановых сплавов

Сравнение пластин, полученных из металла, выплавленного в вакууме при 1*10в-1 и при 1*10в-3 мм рт. ст. или прошедшего специальную вакуумную дегазацию, показывает, что исходная шихта оказывает значительное влияние на образование газовых раковин в отливках. При использовании дегазированного металла количество газовых раковин заметно уменьшается.
В пластинах без газовых раковин наблюдаются дефекты в виде усадочной пористости, рис. 2, в. В отличие от газовых раковин, раковины усадочного характера характеризуются неправильной формой и распределяются по сечению отливки более равномерно. В пластинах с газовыми раковинами усадочная пористость отсутствует. Это объясняется тем, что газовые раковины, растущие в момент кристаллизации, компенсируют усадку металла. Наблюдаемые в титановых отливках раковины, по всей вероятности, являются раковинами смешанного усадочно-газового происхождения.
Количество газовых раковин в отливке зависит от ее конструкции и способа заполнения формы. Благоприятно действуют факторы, способствующие направленным снизу вверх заполнению формы и кристаллизации металла. При сифонном заполнении газы, выделяющиеся из формы и металла, движутся к выпорам перед фронтом металла, и вероятность запутывания газов в отливке уменьшается. Заливка сверху приводит к противотоку металла и поднимающихся кверху газов, и количество газовых раковин в отливках в этом случае возрастает. He менее важное значение имеют условия кристаллизации отливки. При направленном снизу вверх затвердевании газовые пузыри могут всплывать в верхнюю прибыльную часть отливки. Пластины без напуска поражались большим количеством газовых раковин. Выполнение напуска в 1° на сторону, резко уменьшило количество газовых раковин в отливке.
В качестве одного из путей сокращения газовых раковин в отливках был опробован технологический прием, заключающийся в том, что через полость формы перепускался в несколько раз больший объем жидкого металла по сравнению с объемом полости формы. Предполагалось, что газы выделяются из формы в начальный момент соприкосновения с жидким металлом и выделившиеся газы будут унесены первыми порциями металла в прибыль отливки, и заполнение полости формы произойдет более чистым металлом. Ho эти предположения не оправдались, и количество раковин при использовании «промывки» не уменьшилось.