7. Какие идеи положены в основу методов получения изделий с микрокристаллической структурой способами ленточной разливки?

См. ответ № 31

8. В чем смысл получения тонкой полосы распыленной струей? Приведите поясняющую схему.

См. ответ № 26

9. Опишите процесс эшп. Каковы его достоинства и недостатки?

В этом процессе электрическая цепь между расходуемым электродом и наплавляемым слитком замыкается через слой расплавленного шлака. Таким образом, установки ЭШП относятся к печам сопротивления, так как в них отсутствует электрическая дуга. Жидкий шлак электропроводен, но обладает большим удельным сопротивлением, чем металл. Жидкий шлак при прохождении через него электротока разогревается до 1700-2000С, в результате чего погружённый в него конец расходуемого электрода оплавляется и металл в виде капелек проходит через слой шлака и застывает в ванне кристаллизатора в виде плотного слитка.

Недостатком ЭШП является невозможность организации в открытом агрегате удаления водорода.

10. Приведите и опишите технологические схемы получения тонких слябов. Какова принципиальная схема технологической линии?

См.ответ № 26

11. Каковы свойства гранул, полученных путем скоростной закалки из расплава?

Во-первых, гранулы имеют весьма мелкодисперсную и равномерную макроструктуру.

Во-вторых, в структуре гранул отсутствует характерное для литья дендритная структура, являющаяся одной из причин понижения свойств металла: ликвация при таких высоких скоростях кристаллизации весьма незначительна и полностью устранялась при последующих нагревах.

12. см вопрос 23

13. Одновременно с ВДП с середины 50-х годов XX века для глубокого рафинирования стали и сплавов применяют установки электронно-лучевого переплава. В этих установках металл нагревается потоком электронов, которые создаются специальными устройствами – электронными пушками. В электронной пушке идёт термоэлектронная эмиссия электронов из вольфрамового катода, покрытого BaO. На пути от электронной пушки до поверхности металла электроны фокусируются и разгоняются электрическим полем до скоростей (50-100)10³км/с, т.е. до 15-30% от скорости света и приобретают энергию 5-40кэВ.

При встрече с поверхностью металла электроны передают ему частично свою кинетическую энергию. При этом усиливается колебательное движение ионов, находящихся в узлах кристаллической решётки металла, повышается температура металла, он плавится, а электроны тормозятся.

Глубина проникновения электронов (, м) в металл определяется из выражения:

,

где  - плотность металла, кг/м³. Так, при ускоряющем напряжении 40кВ, глубина проникновения электронов в сталь составляет 0,4 мкм. Это свидетельствует о том, что электронно-лучевой нагрев – это ярко выраженный поверхностный нагрев.

При взаимодействии электронов с металлом не вся их энергия передаётся металлу, так как электроны могут отражаться от поверхности металла. При этом потери мощности бомбардирующего пучка могут составлять около 20%. При резком торможении электронов часть их энергии теряется в виде электромагнитного излучения. Так как длина волны вторичного излучения (, м) зависит от ускоряющего напряжения:

,

то при ускоряющем напряжении в десятки киловольт, которое используется в плавильных установках, возникают рентгеновские лучи. В установках ЭЛП потери на рентгеновское излучение обычно составляют не более 0,5% мощности электронного пучка. Но при увеличении напряжения свыше 20кВ, мощность рентгеновских лучей сильно возрастает, и они могут представлять большую опасность для обслуживающего персонала. При напряжении более 50кВ защита от облучения становится чрезвычайно сложной, поэтому установки с таким ускоряющим напряжением не строят. Кроме того, при остаточном давлении более 130Па потеря мощности пучка составляет 20-30%, поэтому плавку ведут в очень глубоком вакууме при давлении не более 0,1Па. Принципиальная схема процесса ЭЛП приведена на рисунке 5.

Известно много конструкций установок ЭЛП:

• Установки с кольцевым катодом;

• Установки с аксиальной пушкой;

• Установки с радиальной пушкой.

В установках с кольцевым катодом источником электронов является кольцо из вольфрамовой проволоки, через которое пропускают переменный ток от накального трансформатора. Для увеличения термоэлектронной эмиссии в катод вводят добавки тяжёлых редкоземельных металлов, например лантан.

При реализации методов ВДП и ЭШП рафинирование сплавов производится не полностью, так как температуру расплавившейся части расходуемого электрода нельзя повысить выше температуры ликвидуса. Способ ЭЛП полностью лишён этого ограничения и температура расплавленной части электрода может быть повышена, что важно при переплаве прецизионных сплавов на основе тугоплавких компонентов. При электронной бомбардировке рафинирование протекает более интенсивно, чем при ВДП. Содержание кислорода и азота снижается в 3 раза, а неметаллических включений – в 2 раза. Способ электронно-лучевого переплава из-за высоких расходов по переделу применяется исключительно для получения прецизионных сплавов особо ответственного назначения.

После расплавления металл в индукционных печах находится в непрерывном движении из-за электродинамических эффектов. Естественное электромагнитное перемешивание металла способствует выравниванию температуры и химического состава металла и ускоряет дальнейшую плавку. Этот метод позволяет получить сплав заданного состава, относительно чистый по содержанию газов и примесей цветных металлов.

К недостаткам метода следует отнести необходимость обеспечения контакта металла с футеровкой тигля и применение сравнительно сложного оборудования.

14. Компактування або консолідація гранул - особливо складне завдання. Труднощі, зокрема , полягає в тому, що, незважаючи на високий ступінь чистоти середовища, у якій відбувається розбризкування рідкого металу, на поверхні гранул все-таки утворювалися найтонші шари різних металевих з'єднань, що перешкоджають надалі процесу консолідації.

Очищення й активація поверхні гранул виробляється у вакуумі двома способами: механічно або за допомогою іонного бомбардування. При механічній обробці поверхня кожної гранули піддається інтенсивному багаторазовому ударному впливу або з боку інших гранул або спеціальних металевих бив, які розганяють в очисних установках до високих швидкостей. І при механічної, і при іонному очищенні з поверхні гранул збиваються найтонші шари неметалічних включень товщиною в трохи ангстрем. При цьому також віддаляються різні гази, що проникають у глибину гранул.

Чисті металеві поверхні, їх називають ювенільними, вони додатково заряджаються енергією, що сприяє кращій консолідації окремих гранул. Процес повної консолідації гранул відбувається при температурі 1200°С і тиску 2000 атм: границі гранул уже не розрізняються. Ці умови підтримуються протягом декількох годин. При цьому гранули спікаються в монолітний виріб.

15. Розливання смуги товщиною до 10 мм

При реалізації цього технологічного рішення використаються способи розливання в зазор між двома обертовими зустрічно двома водоохолоджує роликами або на окремий ролик. Швидкість розливання перевищує 20 м/хв, а одержувана безупиннолита смуга відразу придатна для її холодної пластичної деформації.

Цим способом фірма "Кавасакі" одержує тонку сталеву смугу зі змістом кремнію до 4.6,5 %(мас). Смуга має дрібнокристалічну будову з діаметром зерен до 5 мкм, відрізняється високим рівнем властивостей при випробуваннях на вигин у холодному стані й використається як магнітно-м'який матеріал.

16. Основными дефектами макроструктуры заготовок являются: ликвационные полосы и трещины по сечению; угловые трещины; трещины в осевой зоне; центральная пористость; осевая ликвация; газовые пузыри; скопления неметаллических и шлаковых включений.

Внутренние трещины по сечению непрерывнолитой заготовки (перпендикулярные граням) представляют собой надрывы, располагающиеся по межосным пространствам кристаллической структуры, обогащенной ликватами.

Это трещины кристаллизационные и образуются на границе твердой и жидкой фаз в интервале температур, при которых металл имеет минимальную пластичность и прочность. Трещины могут располагаться в несколько рядов по сечению заготовки. Одна из причин образования таких трещин – высокие термические напряжения вследствие неудовлетворительного режима охлаждения. Так, трещины по сечению могут возникать из-за повышенной скорости разливки металла или чрезмерном отводе тепла в некоторых секциях ЗВО. При интенсивном вторичном охлаждении затвердевающие наружные слои слитка препятствуют усадке внутренних, в которых развиваются внутренние напряжения.

Угловые внутренние трещины, также как и поверхностные, определяются отклонениями геометрической формы НЛЗ (ромбичность, выпуклость граней). Данные трещины располагаются по стыкам кристаллов слитка против его тупых углов.

Осевые трещины образуются под действием растягивающих напряжений, возникающих в конце затвердевания слитка.

Напряжения в данной зоне, в основном, обусловлены скоростью разливки металла, режимом и работой системы вторичного охлаждения. К развитию осевых трещин может, например, привести повышенное обжатие заготовок в тянуще-правильной клети.Центральная пористость представляет собой сосредоточение крупных и мелких пор вдоль теплового центра слитка

Причинами образования центральной пористости являются специфические условия формирования непрерывнолитого слитка, связанные с образованием относительно глубокой лунки жидкого металла. Фронт кристаллизации по высоте слитка, ввиду значительной протяженности лунки жидкого металла, сходится к концу затвердевания под очень малым углом, что определяет наличие мостов и перехватов в центре слитка, при которых образуются усадочные раковины.

В зависимости от величины и скорости усадки металла в осевой зоне, а это, в свою очередь, определяется маркой стали, скоростью разливки, интенсивностью вторичного охлаждения, размерами сечения слитка и рядом других факторов, усадочные полости приобретают различные формы и размеры. Повышенная температура и скорость разливки способствуют развитию центральной пористости, так как при этом увеличивается длина жидкой лунки металла.

Наибольшее развитие явление центральной пористости получает при отливке заготовок малого сечения с высокой скоростью. Она также имеет тенденцию к увеличению при разливке высокоуглеродистых марок стали.

Существует определенная зависимость между видом пористости и кристаллической структурой заготовки. Сосредоточенная пористость обычно обнаруживается при развитой столбчатой структуре и концентрируется вдоль вертикальной оси в виде прерывистых пустот. Рассеянная пористость получает развитие в зоне равноосных кристаллов и ограниченной зоне столбчатых дендритов. При таком строении непрерывнолитой заготовки усадочная пористость образуется в виде многочисленных небольших пор.

Осевая ликвация обусловлена двумя факторами: ликвационным обогащением центральных зон примесями и усадкой осевой зоны при затвердевании (рисунок 4.4). Скорость разливки не оказывает прямого влияния на величину осевой ликвации в заготовках (за исключением случаев, когда возникают нарушения геометрической формы слитка). Влияние интенсивности вторичного охлаждения заготовок также носит ограниченный характер, так как при толстой корке охлаждение воздействует преимущественно на наружную поверхность слитка.

Значительно снизить степень развития осевой ликвации позволяет ужесточение технологических требований к подготовке металла для разливки, снижение содержания серы и фосфора в стали, а также стабильный процесс литья. Наиболее эффективной мерой против развития осевой ликвации является снижение температуры перегрева металла в промковше. При приближении температуры разливаемого металла к температуре ликвидуса зона равноосных кристаллов наиболее развита, и осевая ликвация будет минимальной.

Подкорковые пузыри образуются в результате скачкообразного снижения растворимости газов (кислорода, водорода, азота) при кристаллизации стали. При деформации пузыри, близко расположенные к поверхности, в результате окисления при нагреве слитков могут не свариваться и вызывать образование волосовин и плен на поверхности проката (в случае единичных пузырей) или рванин (в случае группового расположения крупных пузырей).

Возникновение подкорковых пузырей в непрерывнолитых слитках чаще всего связывают с недостаточной степенью раскисления стали. К образованию газовых пузырей также могут привести повышенное содержание влаги в смазке кристаллизатора, завороты окисленной корки слитка, прожигания дозатора промковша.

Скопления шлаковых и неметаллические включения в непрерывнолитых заготовках обусловлены, прежде всего, всплытием и коагуляцией неметаллических включений в кристаллизаторе, а также захватом частиц шлака непосредственно с зеркала металла вследствие всплесков и конвективных потоков. В непрерывнолитых заготовках встречаются те же виды неметаллических включений, что и в слитках: оксиды, сульфиды и нитриды. Они могут располагаться по всему сечению заготовки.

При оценке чистоты непрерывнолитых заготовок на практике используют такой оценочный параметр, как краевые точечные загрязнения (КТЗ). Краевые точечные загрязнения проявляются в виде точечных скоплений ликватов (в основном сульфидов и оксидов) по сечению НЛЗ и определяются величиной точек и плотностью их расположения. Для радиальных МНЛЗ, например, весьма характерно сосредоточение точечных загрязнений по грани заготовки, соответствующей малому радиусу.

Весьма важным фактором появления оксидов является вторичное окисление стали, которое происходит в ходе технологических переливов при непрерывной разливке. Еще одним значимым источником неметаллических включений в стали является эрозия огнеупоров, применяемых для футеровки сталеразливочных и промежуточных ковшей.

На загрязненность стали неметаллическими включениями, также, могут оказывать влияние точность и быстрота выполнения технологических операций в процессе разливки стали на МНЛЗ: наполнение промежуточного ковша металлом; количество шлака, попадающего из сталеразливочного ковша в промковш; минимизация уровня падения стали в промковше при замене сталеразливочного ковша и т.п