С. И. КУЗЬМИН канд. техн, наук
ПЛАВКА и ЛИТЬЕ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ и СТАЛЕЙ В ВАКУУМЕ
МАШГИЗ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Москва 1962
В книге изложен передовой опыт производства и результаты научно-исследовательских работ по плавке и литыо по выплавляемым моделям жаропрочных сплавов и сталей в вакууме. Описаны основные типы применяемых для этих целей вакуумных индукционных печей и практика работы на этих печах.
Рассмотрены гакже вопросы выбора и поведения в условиях вакуумной плавки и заливки огнеупорных материалов тигля и формы. Приведены результаты исследования структуры, свойств и химического состава сплавов на иикельхро-мовои основе, выплавленных и отлитых в вакууме и в среде нейтрального газа.
Книга предназначена для рабочих и инженерно-технических работников участков п цехов точного литья, специализирующихся в области плавки и литья жаропрочных сплавов в вакууме.
Рецензент ннж. С, П. Нестерцев Редактор ппж. Л. И. Сиротин
Редакция литературы по горячей обработке металлов Зав. редакцией инж. С. Я. ГОЛОВИН
ВВЕДЕНИЕ
Литейные сплавы на пикельхромовой основе являются в настоящее время широко распространенными жаропрочными сплавами.
Метод точного литья по выплавляемым моделям позволяет отливать из этих сплавов детали самой сложной конфигурации с минимальными припусками на механическую обработку.
В последнее время рядом заводов освоено литье деталей с припуском только на полировку (0,1 льи на сторону), что значительно снижает трудоемкость механической обработки деталей. Однако, наряду с этими положительными качествами, указанные сплавы обладают некоторыми недостатками, из которых наиболее существенными являются склонность сплавов к плепообразова-нию и малая пластичность. Окисные плены, основу которых составляют оксиды и нитриды химических активных элементов алюминия и титана, образуются в результате соприкосновения жидкого металла с воздухом в течение плавки или при заливке. Плены, попавшие в отливку, снижают ее прочность и являются очагом для начала разрушения детали при работе в условиях высоких температур и больших напряжений, поэтому вопрос борьбы с плеиообразовапием в отливках из жаропрочных сплавов является одним из актуальных вопросов.
Существующие в настоящее время методы борьбы с окисными пленами сводятся, как правило, к частичному уменьшению их с помощью специальных технологических методов.
К числу таких методов относится применение для плавки металла и заливки форм порционной поворотной печи типа МБ, применение сифонных и щелевых тормозящих литниковых систем, увеличение, температуры заливаемого металла, применение тиглей с узкой горловиной и др. Однако, несмотря на это, брак деталей по окисным пленам продолжает оставаться высоким.
Необходимость увеличения температуры заливаемого металла с целью уменьшения количества плен и увеличения жидкотекучести сплава, а также высокая температура прокалки форм приводят к тому, что сплав значительно теряет свою исходную пластичность.’
В связи с изложенным возникла необходимость разработки новых радикальных средств борьбы с окисными пленами, а также поднятия пластических и других свойств сплава.
3
Применение вакуума открывает новые широкие возможности в развитии металлургии. В настоящее время уже можно говорить о «вакуумной металлургии», как о новой своеобразной отрасли металлургического производства, которая создавалась в основном за последние 25 лет и особенное развитие получила в послевоенные годы.
Вакуумная металлургия приняла несколько направлений. Одним из таких направлений является обработка стали иод вакуумом в ковше с целью уменьшения содержания кислорода, азота, водорода и неметаллических включений в сталях и сплавах. В этом направлении большие работы проведены Л. М. Самариным [1] и JI. хМ. Новик [2], которые производили вакуумную обработку жидкой стали в ковше и разливку в защитной атмосфере на Енакиевском металлургическом заводе, заводе. «Днепроспсц-сталь» и заводе «Серп и молот». Такой обработке подвергались трансформаторная сталь, легированные конструкционные стали, шарикоподшипниковая сталь и др. При вакуумировании трансформаторной стали было достигнуто понижение содержания углерода (0,02—0,03%) и серы (не выше 0,005%), а также устранение случаев роста слитков.
При вакуумировании в ковше шарикоподшипниковой стали было несколько снижено содержание водорода в металле.
Проведенная разливка в атмосфере аргона показала, что поверхность слитков при этом значительно улучшается. К другому направлению следует отнести плавку и разливку металлов под вакуумом. Плавка и разливка металлов под вакуумОхМ с целью их дегазации и очистки от вредных примесей была впервые проведена W. Rohn, который в 1930 г. плавил и разливал стали и сплавы в высокочастотных печах емкостью до 5 т в вакууме около 5 мм рт. ст. После второй мировой войны получили распространение высоковакуумиые плавильные печи емкостью от 25 кг до 1 т, которые работали при вакууме 10-4 льи рт. ст. В таких печах плавили и разливали в слитки в основном жаропрочные деформируемые стали типа нимоник-90, М-252, GMR-235, удимст-500 и др., содержащие в своем составе алюминий и титан.
F. Т. Chesnut [3], описывая, например, опыт работы одной американской фирмы, указывает, что слитки, отлитые в вакууме из перечисленных выше сплавов, не содержали окислов алюминия и титана. Кроме того, при этОхМ было уменьшено содержание водорода и азота.
Об аналогичных результатах говорится в работе Darmara and Shuntingon [4], которые описали плавки в вакууме сплавов на никелевой основе.
Выплавленный в вакууме сплав разливали также под вакуумом в изложницы.
При усовершенствовании технологии плавки удалось увеличить длительную прочность :в 3 -раза по 'Сравнению со сплавом, выплавленным в атмосфере воздуха.
4
Кроме того, плавки в вакууме дали возможность выдержать содержание титана и алюминия в сплаве в узких пределах. Такие же данные были получены и на других сплавах с никелевой основой, например сплаве М-252, и в каждом случае налицо было увеличение времени до разрыва и пластичности, если сравнивались плавки в атмосфере воздуха и плавки в вакууме. Улучшение свойств при плавке в вакууме и нейтральной среде наблюдалось не только у деформируемых сплавов, но и литейных.
При этом, когда при прецизионном литье в качестве шихты используется металл, выплавленный в вакууме, жаропрочность возрастает вдвое по сравнению с тем, когда в качестве шихты использовался металл, выплавленный в атмосфере воздуха. Прецизионное литье непосредственно в вакууме должно дать еще более высокие прочностные свойства.
Увеличение жаропрочности объясняется стабилизацией химсостава сплава по алюминию и титану, чистотой границ зерен, уменьшением содержания вредных примесей, таких как марганец и свинец, и уменьшением количества растворенных в металле газов.
Появление первых работ в области точного литья жаропрочных сплавов в вакууме в иностранных источниках относится к периоду 1954—1956 гг. F. Iverson [5] описывает первые опыты литья по выплавляемым моделям в вакууме, проводившиеся со сплавами на основе никеля й кобальта. Американская фирма Austenal Ing [6] организовала массовое производство турбинных лопаток по выплавляемым моделям в вакууме. Процесс проводится в порядке предварительного изготовления слитков сплава требуемого химического состава плавкой в вакууме. Последующий переплав отдельных порций готового сплава также осуществляется в вакуумных печах непосредственно перед заливкой металла в формы. Такой метод давал большую равномерность состава сплава. Химические активные элементы при переплаве в вакууме выгорали значительно меньше по сравнению с обычными методами переплава.
В статье W. W. Dyrkacz [7] говорится о применении углерода и водорода в качестве раскислителей при плавке в вакууме жаропрочных сплавов, содержащих легкоокисляющиеся элементы — алюминий и титан. При отливке лопаток из сплавов типа «вас-паллой» в вакууме было получено улучшение ползучести и жаропрочности сплава. Улучшение ползучести происходило за счет уменьшения колебания содержания алюминия и титана, которое составляло ±0,10% (вместо ±0,25% при плавке в атмосфере воздуха). Увеличение жаропрочности при вакуумных плавках объясняется тем, что в сплаве мепыиес количество алюминия и титана находится в виде нитридов и оксидов и, таким образом, 13 твердом растворе имеется в наличии большее количество эффективного алюминия и титана для выделения их в виде интер-металлоидов типа NhAlTi, которые и увеличивают жаропроч-
кость сплавов. Кроме того, возрастание свойств происходит бл;-ь годаря удалению таких примесей, как олово, свинец, сурьм а, висмут. Плавки осуществлялись в вакууме примерно 1 - 10~3 /,{лг рт. ст.
В статье Н. О. Mcintire [8] затронуты некоторые вопросы. касающиеся огнеупоров и формовочных материалов для плавки и заливки под вакуумом. Автором были проведены плавки в тиглях из окиси алюминия, окиси магния и стабилизированной двуокиси циркония.
Опытные плавки чистого железа, никеля и кобальта под вакуумом показали, что равновесие между металлом и тиглем из окиси магния устанавливается для железа при 0,005%, для никеля при 0,003% и для кобальта при 0,001% кислорода.
При плавке железа под вакуумом в тиглях из глинозема равновесное содержание кислорода составляет 0,005%, а в тиглях из двуокиси циркония 0,007%. Установлено, что при плавке под вакуумом никелевых сплавов в тиглях из окиси магния равновесное содержание кислорода было меньше 0,003%.
Автор делает заключение, что одинаковые и вполне приемлемые в производственных условиях равновесные содержания кислорода получаются при плавке под вакуумом в тиглях из всех трех материалов.
В Советском Союзе исследования в области применения вакуума при литье деталей по выплавляемым моделям начались в 1956 г. Вопрос этот является новым и мало изученным.
В работе [9] приведены результаты исследования, которые показали. что литье деталей из жаропрочных сплавов в вакууме является радикальным средством борьбы с окисными пленами.
В статье говорится о необходимости создания специальной печи, предназначенной для заливки форм в вакууме. По мнению авторов, печь должна иметь специальную камеру для предварительной дегазации форм в вакууме, оборудованную электроподогревателем.
Конструкция такой печи должна предусматривать возможность периодической загрузки новых форм и шихты и выгрузку залитых форм без нарушения вакуума в основном рабочем пространстве установки т. е. осуществлять полунепрерывный процесс литья. Были проведены работы, посвященные литыо деталей из жаропрочных сплавов в вакууме, в которых изыскивается возможность получения отливок без окисных плен в относительно неглубоком вакууме (0,2 0,3 лич рт. ст.) при применении в качестве шихты слитков, выплавленных в атмосфере воздуха.
Подтверждено мнение о том, что решающую роль в деле исчезновения окисной плены играет реакция восстановления окис-лов углеродом в вакууме.
Опубликованные работы [9]—[И] и др. в известной пепени способствовали разработке и внедрению в производство плавки и литья по выплавляемым моделям жаропрочных сплавов в вакууме. 6
ГЛАВА I
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ ПЛАВКИ МЕТАЛЛОВ В ВАКУУМЕ
1. УДАЛЕНИЕ ГАЗОВ ИЗ МЕТАЛЛОВ
Содержащиеся в сплавах вредные примеси, к числу которых относятся растворимые газы, некоторые легколетучпо элементы и неметаллические включения, в известной степени ухудшают свойства сплава. Повышая диффузионную подвижность атомов или ослабляя межзерепные сцепления при выделении но грани-
Фиг. 1. Растворимость водорода при Фиг. 2. Изменение количества растворсп-лавлепии 1 ат в никеле, железе, ко- ного водорода и азота в металле при Сальте и меди в зависимости ог различных внешних давлениях [18]. температуры [18].
нам зерен, такие примеси повышают ползучесть сплава или раз-упрочияют его под нагрузкой. Растворенные в металле газы, особенно водород, вызывают образование флокенов, резко снижающих ударную вязкость сплава. Водород является главной причиной хрупкости большинства конструкционных сталей. Растворимость его сильно растет с температурой. Уже при 1600° па каждые 100 г металла приходится 30 сн3 водорода (фиг. 1).
7
Ео время охлаждения отливок водород выделяется и в значительных количествах концентрируется в замкнутых порах, создавая там огромные давления. Возникшие на границах пор напряжения приводят к образованию трещин и повышают хрупкость металла. Уменьшая давление Р над расплавом, можно значительно понизить растворимость газа в металле; растворимость при этом уменьшается пропорционально ]/ Р (фиг. 2). Переплав металла даже в неглубоком вакууме дает возможность значительно снизить количество растворенного в нем водорода, кислорода и азота. В табл. 1 приведены экспериментальные данные о количестве газов и неметаллических включении, содержащихся в стали, выплавленной в атмосфере воздуха и в вакууме.
Таблица 1
Содержание газов и неметаллических включений в стали, выплавленной в атмосфере воздуха и в вакууме
Способ выплавки стали	Содержание примесей в			
	Oj	н2	N.	Неметаллические ЕКлючепи и
В атмосфере воздуха		0,0192	0,003	0,0056	0,039
В вакууме		0,0019	0,0005	0,0028	0,0042
2. МЕХАНИЗМ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ОКИСНЫХ ПЛЕН
В процессе вакуумирования металла из него удаляются не только растворенные кислород, водород и азот, по и неметаллические включения (табл. 1).
Плавка в вакууме прежде всего исключает возможность образования окислив и нитридов.
В условиях вакуума химическая реакция кислорода с углеродом и водородом пли с другим растворенным в металле элементом, образующим летучие окисли, идет гораздо быстрее, чем в атмосфере воздуха, благодаря тому, что газообразные продукты реакции непрерывно удаляются. Особенно интенсивно идет раскисление металла в вакууме в присутствии углерода, который при низких остаточных давлениях газа над металлом является более энергичным раскислителем, чем кремний и алюминий.
Углерод при взаимодействии с кислородом, растворенным в жидком металле, образует нерастворимый окисел в газообразном состоянии. Константа равновесия
дг__ РСО*
с :[%С] [%он реакции
[С| + х [О| = СОх (газ)
8
И данной температуре не зависит от давления образующейся Азовой фазы (главным образом окиси углерода). Однако снижение давления этой газообразной фазы при постоянном значении константы равновесия, естественно, сопровождается уменьшением значения произведения [% С]Х[%О]Л'. Таким образом, применение вакуума является средством повышения раскисли-тельпой способности углерода [12].
U Следовательно, кроме удаления поглощенных сплавом газов,
вакуумная плавка создает условия для восстановления окислов.
Подробное изучение влияния плавки в вакууме па процесс восстановления окисных плен показывает, что этот метод является весьма эффективным для борьбы с окисными пленами.
Интенсивность восстановления окисных плен зависит от многих факторов: величины вакуума, температуры жидкого металла, количества находящегося в сплаве углерода и др. Наблюдение за поверхностью жидкой ванны при плавке в вакуумной индукционной печи показывает следующее: при расплавлении металла окисные плены, находящиеся в слитках, всплывают на поверхность и сплошным слоем закрывают все зеркало металла. При нагреве и перемешивании металла слой окисных плен становится тоньше, количество плен уменьшается и остатки их распределяются в виде ободка по стенкам тигля. С увеличением темпера-
туры и времени выдержки металла под вакуумом количество плен продолжает уменьшаться. Особенно заметным становится
исчезновение плены при повышении температуры металла до 1600—1650° и выдержке при этой температуре. Восстановление окисных плен происходит значительно интенсивнее (при тех же величинах вакуума, температурах нагрева и выдержках) в случае дополнительного введения в жидкий металл углерода. Происходит бурное кипение металла, сопровождающееся выделением пузырьков черного цвета. Зеркало металла быстро освобождается от плен. Наблюдения показывают, что если в вакууме переплавлять сплав, в котором совершенно отсутствует углерод, то восстановление окисных плен почти не наблюдается. Интенсивность
восстановления плен возрастает также с повышением величины вакуума. При низком вакууме плены восстанавливаются в случае перегрева металла до высоких температур. При наличии же высокого вакуума таких перегревов не требуется. Резюмируя сказанное, можно сделать следующий вывод: восстановление окисных плен происходит тем интенсивнее, чем выше температур.а металла, чем больше выдержка жидкого металла под вакуумом, чем значительнее величина вакуума и чем больше углерода содержится в данном сплаве. Механизм восстановления окисных
плен можно объяснить следующим образом.
В состав некоторых литейных жаропрочных сплавов входят такие элементы, как никель, хром, алюминий, титан, молибден др. Эти элементы при плавке и разливке сплава активно соединю! ся с кислородом воздуха с образованием окислов, наблюда-
9
<?мых в виде пленки, плотно покрывающей все зеркало металла Рассматривая кривые зависимости свободной энергии образов^ ния окислов от температуры, можно заключить, что при повыще. нии температуры тепловой эффект их уменьшается, стремления к реакции замедляются и устойчивость окисла уменьшается, а нри определенной температуре идет диссоциация окислов с поглище_ нием тепла (фиг. 3).
Фиг. 3. Зависимость свободной энергии образования окислов от темпера । уры [13].
Известно также, что сродство к кислороду у металлов с повышением темпера гуры понижается. Для углерода, наоборот, сродство к' кислороду с повышением температуры повышается. Это говорит о том, что борьбу с пленообразованием можно вес гм двумя путями: а) нагревом сплава при плавке до высоких температур и б) восстановлением окислов в зоне высоких темпепа-।ур углеродом.
Увеличением температуры металла, как известно, пользуются при ведении открытых плавок для уменьшения брака деталей пи 10
нам Однако это увеличение имеет границы в пределах УргдЛ—1680°. Дальнейшее увеличение температуры металла невозможно из-за понижения свойств сплава при высокой температуре разливки.
Известно также и то обстоятельство, что при снижении температуры металла его поверхность снова покрывается окисной пленой.
При проведении же вакуумных плавок в целом ряде случаев при подстужпвапип металла окисная плена нс образуется. Зеркало металла остается в этих случаях совершенно без следов плены вплоть до окончания кристаллизации. Это указывает па то, что в вакууме, кроме обратимого процесса растворения плены, в расплаве протекают какие-то реакции, приводящие к необратимому процессу ее растворения.
Для проверки предположения о том, что именно наличие над перегретым металлом вакуума приводит к необратимому исчезновению плены, было проведено расплавление металла иод вакуумом с последующим заполнением камеры аргоном. В результате проведения серии таких плавок было установлено, что при перегреве металла и выдержке его под аргоном плена временно исчезает, но потом вновь появляется при его остывании.
Таким образом, единственным объяснением необратимого исчезновения ее может служить наличие над расплавом пониженного давления.
Выше было сказано, что для углерода сродство к кислороду с увеличением температуры повышается.
Этим и объясняется возможность восстановления довольно прочных окислов металлов углеродом при высоких температурах. Как видно из фиг. 3, для восстановления, например, окиси алюминия нужна температура около 2000°. Но получить такие высокие температуры при обычных условиях сталеварения в атмосфере воздуха невозможно, поэтому в этих плавках и невозможно восстановить окислы углеродом. Вакуум, как известно, смещает реакцию 2С-гО2 = 2СО вправо. Это означает, что вакуум снижает начальную температуру восстановления окислов углеродом.
О возможностях снижения в вакууме начальной температуры восстановления окислов углеродом свидетельствуют данные, приведенные в табл. 2. Как видно из табл. 2. температура начала вос-4Пп1ЮВ;1е-1И'-Я окислов металлов углеродом в вакууме снижается на Ю—600\ Это означает, что при выдержке металла пои пониженном давлении реакции восстановления протекают при 1500—1600', т. е. при температурах, вполне достижимых при работе на индукционных, печах. I аким образом, создаются условия для протекания реакции МеО + С=-Ме-гСО', сопровождающейся выделением пузырьков окиси углерода.
^Момент окончания выделения пузырьков свидетельствует о рекращении реакции восстановления, т. е. об исчезновении на поверхности металла окисных плен.
11
Следовательно, причиной необратимого процесса исчезновения плены является реакция восстановления ее углеродом, интенсивно протекающая в условиях пониженного давления и высокой тель пературы. Чем больше в сплаве углерода, тем интенсивнее протекает восстановление. При дополнительном введении свободного
'Г а б л и ц а 2
Температуры начала восстановления окислов углеродом в вакууме и при обычном давлении
Окисел	Температура в 2 С	
	в вакууме	при давлении 760 мм рт. ст.
Сг2О3	690	1105
TiO3	1100	1700
SiO2	1250	1560
MgO	1350	1800
А1,ОЛ	1350	1950
углерода в расплав в виде прутка графита или электродного боя восстановление плен происходит наиболее полно. И, наоборот, при полном отсутствии углерода в сплаве восстановление плен в вакууме не происходит. При этом обнаруживается, что если сплав, пе содержащий углерода, окислить и затем подвергнуть вакуумированию, то плена полностью пе исчезает, но характер ее по сравнению с первоначальной пленой становится иной. При вакуумировании и повышении температуры металла плена сначала исчезает, а перед кристаллизацией расплава появляется ьповь, но уже в меньшем количестве, менее толстая и менее вязкая.
Изменение характера плены без ее полного исчезновения, no-видимому, обусловлено протеканием других реакций, кроме реакции образования окиси углерода, сопровождающихся образования хМи летучих соединений.
По мнению некоторых исследователей, к реакциям образования летучих соединений можно отнести образование летучих соединений алюминия с кислородом при пониженной валентности алюминия.
Предположение о возможности соединения кислорода с алюминием пониженной валентности, т. е. о существовании так называемой «субокпсп» (А12О), высказано в работе 114]. Существование низшего окисла алюминия в газообразном состоянии было установлено спектрометрическим [15] и масспектрометрическим методами при выдержке смеси порошков алюминия и окиси алюминия при высокой температуре в вакууме.
12
J советскими исследователями [16] при изучении продуктов 7 танов тения окиси алюминия (Л12О3) углеродом, а также при В0С'еве брикетированной смеси алюминия с Л12О3 в вакууме бы-ПаГ ютучсны из газообразной фазы в конденсате прозрачные иг-?И бпазпые кристаллы голубого цвета, плотность которых рав-7,00ась 2,74. Рентгеноструктурпым анализом определено, что это "оелинепие является субокисью алюминия. Указьшается на чрезвычайно большую летучесть указанного соединения, достаточную устойчивость его при высокой температуре и разложение при низкой температуре па алюминий и глинозем. При выдержке в вакууме перегретого‘расплава, содержащего алюминий, контакти-рующегося с пленой, вполне возможно образование летучей суб-сжисн алюминия. Причиной изменения характера плены и ее
уменьшения при выдержке в вакууме расплава, не имеющего в своем составе углерода, является, ио-видимому, исчезновение из состава плены окиси алюминия в результате образования летучей субокиси по реакции АЬОз-НЛ^ЗАЬО : .
Полностью плена не исчезает, потому что остальные составляющие ее окислы (TiO2 и др.) лишь растворяются в жидком металле
при повышении температуры и появляются вновь при его кристаллизации.
Из всего сказанного можно сделать следующие выводы: в механизме восстановления окисных плен в вакууме основной реакцией является реакция взаимодействия углерода, находящегося в металле, с кислородом окисных плен. Эта реакция сопровождается бурным кипением расплава с выделением газовых пузырей. Побочную роль играет реакция образования летучей суб-скиси алюминия.
3. ИСПАРЕНИЕ МЕТАЛЛОВ В ВАКУУМЕ [17], [18]
Кроме разобранных процессов, при плавке в вакууме происходит испарение элементов. Сжорость испарения металлов зависит от многих физических величии. Как известно, устойчивость агрегатного состояния вещества определяется давлением и температурой.
Диаграмма состояния однокомпонентного вещества приведена на фиг. 4.
При давлениях и температурах, соответствующих области диаграммы левее АВС, вещество в равновесном состоянии должно находиться в твердом состоянии; при давлениях и температурах, соответствующих области CBD,— в жидком; правее ABD - - в газо-ооразпом состоянии.
Поэтому, если над веществом создается низкое давление, ниже авления в тройной точке В, то при нагревании вещество перейдет твердого в газообразное состояние, минуя жидкое; в таких ус-ноТ вещество расплавить невозможно. Для того чтобы возмож-ыло расплавить данное вещество, давление над ним должно
13
превышать упругость пара в тройной точке. Однако, как известно на практике оказывается возможным расплавить в вакуумной печи' при разрежении в ней порядка 10-4 лш рт. ст. такие металлы, как никель (упругость пара в тройной точке, приближенно равпа 4,37 • 10“3), железо	(упругость	пара	в	тройной	точке	рав;щ
3,72 •10~'3), кобальт	(упругость	пара	в	тройной	точке	равна
0,76* 10-3) и др. Никакого несоответствия между тем, что наб,подается па практике, и тем, что должно быть на основании общих положений термодинамики, здесь не. имеется. Как этого и требует
Фиг. 4. Диаграмма состояния олнокомпонснтного вещества [13].
шой упругости пара пронсхо.
термодинамика, расплавление в вакуумной печи металлов с. большой упругостью пара происходит в таких условиях, когда над металлом в тигле создается давление, большее упругости пара в тройной точке; приборы же измеряют давление на значительном расстоянии от тигля. Образование указанного давления над металлом может быть объяснено следующим образом. Если тигель с металлом открыт и вблизи последнего имеются холодные поверхности, на которых конденсируются его пары, то в случае боль-[т дистилляция металла и перегонка
его из тигля на окружающие холодные предметы; если же тигель закрыт крышкой или достаточно узок, то над металлом всегда
имеются пары, которые и создают определенное давление.
Это давление может превысить давление, соответствующее тройной точке, если температура металла выше температуры плав
ления.
Упругость пара непосредственно над поверхностью металла определяется температурой. С увеличением расстояния от поверхности металла упругость пара падает, если температура окружающих предметов в печи ниже температуры металла; равновесие здесь
пе имеет места, и поэтому металл все время испаряется.
В случае небольшой упругости пара в тройной точке '(10-2 шл рт. ст. и ниже) скорость его испарения настолько мала, что подводящееся к нему тепло пе успевает расходоваться на испарение и приводит к повышению температуры металла. При этом упругость пара соответственно возрастает, что соответствует переходу в область выше тройной точки, и расплавление металла становится возможным. В случае, если в вакууме нагревается вещество с большой упругостью пара в тройной точке, как например хром, магний или кальций, если не приняты специальные меры, имеет место его возгонка.
Таким образом, при проведении плавок в вакууме важно знать величины упругости паров металлов, входящих в состав сплава.
Давление паров и скорости испарения различных металлов при нагреве [18]
Табл и п а 3
Металл	Температура (Г) в °C и ско рость испарения (И') в г/см- сек	Давление паров в Л!.к рт. ст.	j						1 Темпера- 1 тура 1 плавления | 1 в -С.	| 1	Давление i пара при \ тсмпсрату-1 pc ।(.Павле- 1 Н11Я П Л1.Ч I рт. с г. |
		Ю-5	10—4	Ю“3	I0-2	,	1 10-1	|	1			
Никель		т W	1157 1,18-10--	1257 1,14 • 10-е	1371 1,10-10—	1510 1,06-10—1	1679 1,01-10-3	1884 9,62. (О-2	1 1455	1 4,37-10~3
Вольфрам			т IV	2554 1,46-10-7	2767 1,46-10-ь	3016	: 1,45-10-5	3309 1,43-10-1	—	—	3387	17,5-Ю-’
Кобальт 		Г W	1249 1,1510-'	1362 1,11.10-ь	1494 1,06-10-5	1649 1,02-10-4	1833 9,76-10—<	2056 9,28-Ю-з	1480	0,76-10-3
Кремний ....	т U7	1024 8,58-10-«	1116 8,29-10-7	1223 7,99-10-ь	1343 7,68  IO--	1485 7,37-10-1	1670 7,01-Ю-з	1410	31,6 ю-3
Марганец		т W	717 1,38-10-7	791 1,32-10—^	878 1,27-10-ь	980 1,22.10-4	1103 1т1710-3	1251 1,11- Ю-з	1244	9,04-10
Молибден		т и/	1923 1,29-10-7.	2095 1,18-10-ь	2295 1,12-10--	2533 1,05.10-1	—	—	2622	22,0-10-3
Алюминии 		7’ W7	724 : 9,60-Ю-ь j	808 9,21-10-7	881 8,88-10-	996 8,51 10-	1123 8,11-10-1	1279 7,69-Ю-з	660	1 ,2.10-ь
Т итап		Т W	1134	| 1,08-10-7|	1249 1,04-10-<7	1384 9,92-10-ь	1546 9,47-10-5	1742 9,00-10-1	1965 8,53 -10—3	1727	84,3-10-3
Хром		т W	907 I 1,22-10-7 j	992 1,18.10-’'	1090 1,14.10-->	1205 1,09-10--	1342 1,05-10-3	1504 1,00-10-'	1900	63,5
Железо		т UZ	1094 1,29-10-7	1195 1,20-10— •	1310 1,10-10-5	1447 1,02.10-*	1602 1 ,0Ы0-3 1 	1	1783 9,6-10-*	, 1355	37,2-10-3|
В табл. 3 приведены экспериментальные данные о давлении паров я скорости испарения различных металлов при нагреве в вакууме.
Как видно из приведенных данных, скорость испарения метал-
лов зависит в первую оче-
400 800 12001600 2000 2800 Температура
Фиг. 5. Скорость испарения металлов в вакууме в зависимости от температуры [13].
Как видно из графиков, скорость
растает с увеличением температуры.
редь от упругости пара данного металла. Чем больше упругость пара, тем больше скорость его испарения. Так, скорость испарения никеля составляет 1,10х Х105 г!см2сек при 1371° к при давлении 10~3 мм рт. ст., а хрома 1,14 • I0-5 г! см* сек при 1090° и при давлении ]0~3 льн рт. ст. У вольфрама и молибдена! скорости испарения в аналогичных условиях значительно ниже. Влияние вакуума проявляется особенно резко, когда остаточное давление равно или меньше парциального давления паров испаряющегося металла.
Скорость испарения металлов в зависимости от тем пер а тур ы в а нпы представлена графически па фиг. 5.
испарения металлов резко воз-
ГЛАВА П
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА СПЛАВОВ, ВЫПЛАВЛЕННЫХ В ВАКУУМЕ
1.	ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ
Интенсивное испарение металлов, происходящее при наличии разрежения над жидкой ванной, оказывает определенное влияние на химический состав сплава. Поэтому при плавке в вакууме существенное значение имеет воспроизводимость химического состава сплава от одной плавки к другой. В работе [43] был проведен ряд анализов сплава удимет-500 на образцах, взятых до и после переплавлепия сплава в вакууме 10-3 мм рт. ст. при продолжительности цикла плавки и заливки 25 мин. Исследованием установлено, что изменение химического состава отливок из переплавленного в вакууме сплава находится в пределах точности лабораторного анализа. Типичные результаты полученных химических анализов приведены в табл. 4. Анализы других сплавов, переплавленных в вакууме, показали примерно те же результаты. Данные химического анализа сплава на никельхромовой основе, содержащего в своем составе алюминий, титан, кобальт и другие элементы, переплавленного в широком диапазоне вакуума с 10-1 по 10-6 лш рт. ст., показывают следующее. Содержание алюминия и хрома практически не изменяется при переплаве в вакууме до 10-2 лш рт. ст. п незначительной выдержке под этим разрежением. При разрежении 10-3 льн рт. ст. и выдержке 40—50 мин. уменьшение содержания алюминия и хрома становится ощутимым. С дальнейшим увеличением разрежения содержание алюминия и хрома продолжает уменьшаться (фиг. 6 и 7). Содержание титана практически не изменяется при переплаве сплава в диапазоне разрежений с 10-1 но 10~6 мм рт. ст. (фиг. 7). Содержание углерода уменьшается в среднем на 0,05% при переплаве сплава под разрежением 10-3 мм рт. ст. и на 0,1 % в случае переплава в вакууме 10-5 мм рт. ст. Па содержание углерода в сильной степени влияют температура и время выдержки расплавленного металла в вакууме (табл. 5). В целях компенсации уменьшившегося содержания углерода его обычно вводят в расплав в виде графитового боя за несколько минут до слива металла в форму. Вольфрам, молибден и кобальт, имеющие высокие температуры плавления и низкие упругости паров, не из-2 С. И. Кузьмин	17
?>& ила:
Химический состав сплаза удимет-500 до и после переплава в вакууме
Таблица 4
? Сидсржанп		* элементов до переплава п гикууме в %				№ отливок	Содержание элементов после переплава н вакууме в %						1 № отливок	Снижение пли повышение содержания элемента при переплаве					
С	Si	Мп	Ti	Al	(Jr		С 1	Si	Мп	Ti	Al	Сг		С	Si	Мп 1	I Ti ।	1 л, 1	1 Сг
						1	0,05	0,05	следы	3,05	1 2,99	19,1	1	0,0	-0,06	—	+ 0,04	-0,02	0,0
						2	0,05	0,05		3,06	3,03	19,1	2	0,0	-0,06	—	-0,05	1 0,02	0,0
0,05	0,11	0,10	3,01	3,01	19,1	3	0,05	0,05	•	3,02	3,13	19,1	3	0,0	- 0,06	—	+0,01	1-0,12	0,0
			1	1		4	0,05	0,05		3,09	2,97	19,1	4	0,0	- 0,06	—	| 0,06	-0,04	0,0
			1		I	5	0,06	0,05		2,98	3,00	19,1	5	+ 0,01	—0,06	—	-0,03	-0,01	0,0
			1			1	0,05	0,04	следы	3,02	3,05	18,9	1	—0,02	-0,06	—	+0,07	+ 0,05	0,0
				[		2	0,07	0,09	J	2,93	2,78	19,1	2	0,0	-0,01	—	-0,02	-0,22	+0,2
0,07	0,10	<0,10	2,95	3,0	18,9	3	9,07	0,09	п	2,88	2,81	19,1	3	0,0	-0,01	—	—0,07	—0,09	+ 0,2
						4	0,08	0,10	9	3,12	2,84	19,1	4	+ 0,01	0,0	—	+-0,17	—0,16	-0,2
						5	0,05	0,03	п	3,09	2,87	18,9	5	-0,02	-0,07	—	+ 0,14	1-0,13	0,0
						6	0,06	0,06	•	2,96	3,01	18,9	6	-0,01	—0,04	—	+0,01	-0,01 I	0,0 J
Фиг. 6. Изменение содержания хрома в сплаве на никелевой основе в зависимости от величины вакуума при переплаве в вакуумной индукционной печи.
ъииержикие	исаержание
титана	алюминия*
Давление
Фиг. 7. Изменение содержания титана и алюминия в сплаве на никелевой основе в зависимости от величины вакуума при переплаве в вакуумной индукционной печи.
3*
19
меняют существенно своего содержания при переплаве сплава под разрежением 10~3 мм рт. ст. и выше (фиг. 8). Известно, что в жа-ропрочных сплавах па никельхромовой основе присутствие таких
Давление
Фиг. 8. Изменение содержания молибдена, вольфрама и кобальта в сплаве на никелевой основе в зависимости от величины вакуума при переплаве в вакуумной индукционной печи.
элементов, как железо, марганец, кремний, медь, является нежелательным, так как наличие их снижает свойства сплава.
Таблица 5
Влияние температуры и времени выдержки расплавленного металла в вакууме 510"3 мм рт. ст. па угар углерода
Температура металла в ®С	Время выдержки в мин.	Содержание | углерода в % .	Температура металла в °C	Время выдержки в мни.	Содержание углерода в %
1 1400-1450	10	0,14	।	1500—1550	10	0,15
1400-1450	40	0,13	1500-1550 1	40 1	0,07
Экспериментальными исследованиями установлено, что при плавке в вакууме значительно снижается содержание этих элементов. Так, содержание марганца от исходного уменьшается до следов; сплав освобождается также от свинца, частично железа и ме-20
Фиг. 9. Испаряемость марганца, кремния и фосфора в зависимости от величины вакуума при переплаве сплава на никелевой основе в вакуумной индукционной печи.
•in. Значительно в меньшей степени уменьшается содержание кремния и фосфора (фиг. 9).
Таким образом, жаропрочные сплавы и стали, содержащие хром, никель, алюминий, титан, молибден, вольфрам и кобальт, можно переплавлять в вакууме до 10-3 мм рт. ст. при продолжительности цикла плавки около 20 мин. без изменения химического состава. Исключение составляет углерод, уменьшение содержания которого необходимо компенсировать. Как показывает практика работы заводов, при отработке режима плавки по температуре, времени выдержки и величине вакуума сплав получается с заданным содержанием углерода и других элементов без каких-либо затруднений. Одним из важных качеств вакуумной плавки является то обстоятельство, что опа дает возможность уменьшить колебание процентного содержания таких химически активных элементов, как алюминий и титан.
По данным отечественных и зарубежных исследователей, при выплавке жаропрочных сплавов в вакууме содержание алюминия и ти
тана может быть выдержано с точностью ±0,1% и даже с более узкими пределами. Если при выплавке сплава в атмосфере воздуха для алюминия устанавливается разница в верхнем и нижнем пределах процентного содержания 1,3% и для титана 0,8%, то при выплавке в вакууме она составляет для обоих элементов 0,2%; это означает, что отклонение содержания алюминия и титана от расчетного состава будет составлять ±0,1% (фиг. 10). Это обстоятельство имеет немаловажное значение, так как известно, что жаропрочность сплавов, содержащих алюминий и титан, зависит от строго регулируемого соотношения этих элементов. Вторым качеством вакуумной плавки, положительно влияющим на химический состав и свойства сплава, является удаление примесей. Наиболее чистым по примесям сплав получается при выплавке его из исходных компонентов высокой чистоты непосредственно в вакууме.
2.	СТРУКТУРА СПЛАВОВ, ВЫПЛАВЛЕННЫХ В ВАКУУМЕ
В настоящее время существует незначительное количество данных о структуре жаропрочных сплавов, выплавленных и отлитых в вакууме. Однако имеющиеся результаты исследований уже даюг
21
некоторое представление о характере структуры и ее изменении в процессе ползучести, позволяющие в какой-то степени понять вопросы улучшения свойства сплава при выплавке в вакууме.
Алюминий
Расчетный состав 1,3% -----1---!---L—I----1----1---1__L j
% Титан
ff>g-
0,7- Расчетный состав 1,0%
0,5
J-I-1-!-1_I_I_L- I I
7 239567 8 9 10
Номера плавок
Фиг. 10. Воспроизводимость химического состава десяти плавок по содержанию алюминия и титана при выплавке сплава на никелевой основе из первичных < материалов в вакууме 10 ~3 рт. ст<
Согласно исследованиям жаропрочных сплавов на никельхромовой основе, легированных алюминием и титаном, проведенным Э. В. Поляк и автором, макро- и микроструктура этих сплавов значительно отличается от структуры аналогичных сплавов, выплавленных в атмосфере воздуха.
В первую очередь обращает на себя внимание различие в макроструктуре. Величина макрозерна сплава, выплавленного и отлитого в вакууме, заметно больше зерна сплава, выплавленного и отлитого в атмосфере воздуха (при равных условиях заливки). Разница в атмосфере зерен увеличивается с увеличением степени вакуума. Чем меньше остаточное давление, при котором выплавлялся сплав, тем крупнее получается зерно в отливке.
На фиг. 11, а, б, в показано, как изменяется макроструктура сплава в зависимости от степени разрежения. В вакууме 10~3 дм: рт. ст. зерно курпнее, чем у сплава,’ отлитого при атмосферном давлении, а в вакууме 10-6 ли рт. ст. размер его еще больше возрастает. Изменение величины зерна в зависимости от глубины вакуума обусловлено скоростью охлаждения сплава в процессе кристаллизации. Чем выше вакуум, тем меньше теплоотдача; сплав охлаждается медленно, и в процессе кристаллизации зерно получается крупнее.
Рост зерна с повышением степени вакуума вызван также удалением из сплава различных примесей. О более высокой чистоте сплава, выплавленного в вакууме, свидетельствует дендритная структура и структура границ зерен. У сплава, выплавленного и отлитого в вакууме, дендриты имеют более тонкое строение, чем дендриты сплава, выплавленного в атмосфере воздуха (фиг. 12). 22
Фиг. 11. Макроструктура сплава па никельхромовой основе, выплавленного н отлитого в атмос-фере воздуха и при различных величинах вакуума:
а — н атмосфере воздуха. X". б —в вакууме 10ллс рт. ст. Х7, в-в ва« кууме Ю~в лыс рт. ст. Х7. Температура формы 800°.
Фиг. 12. Дендритная структура выплавленного и отлитого в л--в атмосфере воздуха. уП, б —в
сплава на никельхромовой основе, вакууме и атмосфере воздуха: вакууме. XII. Температура фирмы 800°.
23
По границам зерен сплава, выплавленного и отлитого в вакууме, располагаются более тонкие выделения, чем у сплава, выплавленного и отлитого в атмосфере воздуха (фиг. 13 и 13а). У сплава, выплавленного в вакууме, мелкие карбиды располагаются по границам зерен в виде прерывистых цепочек; у сплава же, выплавленного в атмосфере воздуха, па границах зерен часто встречаются крупные карбиды и карбонитриды и другие грубые выделения.
Различие в состоянии границ зерен и дендритного строения является наиболее важной структурной особенностью для сплавов, выплавленных в вакуумных печах, так как время до разрушения и пластические свойства жаропрочных сплавов при воздействии высоких температур и растягивающих напряжений в значительной мере определяются состоянием границ зерен, ибо разрушение при длительной работе происходит во времени по границам зерен. Следовательно, состояние границ зерен является одним из основных факторов, определяющих жаропрочные и пластические свойства сплава.
Сопоставление строения и дисперсности упрочняющей интермс-таллидпой а'-фазы в сплаве, выплавленном в вакууме и на воздухе, нс дает существенного различия (фиг. 14). Дисперсность и форма (/-фазы при данном легировании зависит, как известно, не от условий плавки, а от скорости охлаждения после закалки. Поскольку режим термической обработки был одинаков для сплавов, выплавленных в вакууме и в атмосфере воздуха, то и в строении а'-фазы разницы не наблюдается.
Исследование с помощью электронного микроскопа структурных изменений, происходящих при испытании на длительную прочность, позволяет косвенно оцепить сравнительную скорость диффузионных процессов в сплавах, выплавленных в атмосфере воздуха и в вакууме.
В структуре сплава, выплавленного -в вакууме, во времени происходит ориентированный рост а'-фазы и вытягивание ее в длинные параллельные пластины.
Сопоставление структурных изменений сплава, выплавленного в вакууме, со структурными изменениями сплава, выплавленного в атмосфере воздуха, показывает, что коагуляция и вытягивание (/-фазы у сплава, выплавленного в атмосфере воздуха, происходит за более короткое время; причем эти структурные изменения протекают неравномерно: в зоне разрыва под влиянием максимальных растягивающих напряжений (/-фаза вытягивается сильно, тогда как вблизи головки образца а'-фаза имеет форму правильных кубиков. После испытания на длительную прочность границы зерен сплава, выплавленного в атмосфере воздуха, имеют значительно более грубое строение, чем у сплава, выплавленного в вакууме (фиг. 15). Устранение при плавке в вакуумных печах растворенных в сплаве газов, воздуха и восстановление окисных плен создает более- благоприятные условия для лучшего смачивания ра-24
Фиг. 13. Структура границ зерен сплава на никельхромовой основе, выплавленного и отлитого в атмосфере воздуха и в вакууме:
а — в атмосфере воздуха. Х1000, б —в вакууме. Х1000. Температура формы 86GC.
Фиг. 13а. Структура границ зерен сплава на никельхромовой основе, выплавленного и отлитого в атмосфере воздуха и в вакууме:
о-в атмосфере воздуха, у 1000, б—в вакууме. ХЮОО. Температура формы 800е.
Фиг. 14. Микроструктура сплава, выплавленного и отлитого в вакууме и в атмосфере воздуха;
а~ в атмосфере воздуха. X 10 000, б— н вакууме. XJOOOO.
25
стущих в жидком металле кристаллов и для получения более плотного металла, что по-видимому, способствует снижению скорости диффузионных процессов в сплаве.
Фиг. 15. Микроструктура сплава, выплавленного R атмосфере воздуха и в вакууме, после испытания на длительную прочность:
а — в атмосфере воздуха. Х1000, б —в вакууме. X1000.
3.	СТРУКТУРА И ПЛОТНОСТЬ ОТЛИВОК в ЗАВИСИМОСТИ ОТ УСЛОВИЙ ПЛАВКИ И РАЗЛИВКИ В ВАКУУМЕ
Плавка жаропрочных сплавов и отливка деталей в вакууме может производиться при различных условиях: в вакууме, в среде нейтрального газа и в вакууме с последующей кристаллизацией отливки в атмосфере окружающего воздуха.
По первому способу весь процесс плавки, разливки и кристаллизации осуществляют в вакууме; во втором случае расплавление металла происходит в вакууме, а разливка в среде нейтрального газа. Третий вариант состоит из плавки и разливки в вакууме с последующим быстрым заполнением вакуум-камеры плавильной печи атмосферным воздухом. В последнем случае еще не успевший затвердеть жидкий металл кристаллизуется в форме под давлением окружающего воздуха. Условия плавки и литья в вакууме выбираются в зависимости от требований, предъявляемых к деталям.
Плавки по первому варианту проводятся как с отключением насосов перед сливом металла, так и с работающими насосами во время слива и кристаллизации металла. В первом случае плавки проводятся по системе: металл расплавляют в вакууме и дают выдержку при определенной величине вакуума. По окончании выдержки насосы отключают и сливают металл в форму; при этом после отключения насосов вакуум падает за счет выделения газов 26
из металла, тигля и формы (металл еще находится в тигле) и про-должает падать при заполнении металлом формы. Кристаллизация отливки происходит уже в небольшом разрежении, в смеси газов, выделенных формой, металлом и тиглем. Во втором случае расплавленный и выдержанный под вакуумом металл сливают в форму, не отключая насосов. Это обеспечивает сохранение вакуума до окончания кристаллизации отливки.
Фиг. 16. Дендритная структура сплава па никельхромовой основе в зависимости от условий плавки и разливки:
а — плавка и зилпвка в атмосфере воздуха. XII, б — плавка и разливка в вакууме. ХГ. в — плавка в вакууме, разливка в атмосфере юлил давлением 1 ит. XII. г — плавка и разливка в вакууме, кристаллизация в атмосфере воздуха. У11. Температура формы 800°.
По второму варианту после расплавления металла и выдержки его в вакууме насосы отключают и заполняют вакуум-камеру аргоном или гелием до определенного давления. Слив металла и кристаллизация осуществляются уже в нейтральной атмосфере.
В третьем варианте после расплавления металла и выдержки его под вакуумом при работающих насосах заливают металл в форму. После этого быстро перекрывают насосы и в вакуум-каме-РУ напускают воздух до давления одной атмосферы. В этом случае заливка металла осуществляется в вакууме, а кристаллизация его ироисходит в смеси воздуха с газами, выделяемыми формой, металлом и тиглем. Совершенно очевидно, что качество детали будет
27
зависеть от разобранных вариантов проведения плавки и заливки в вакуумной печи.
Исследования, проведенные Э. В. Поляк и автором, свидетельствуют о том, что структура сплава также изменяется в зависимости от условий плавки, заливки и кристаллизации.
Фиг. 17. Микроструктура сплава в зависимости от условий плавки я разливки: а — плавка и заливка в атмосфере воздуха. ХЮОО. б—плавка и разливка в вакууме. Х1000. « — плавка в вакууме, разливка в атмосфере гелия давлением 1 ит. Х1000- г — плавка и разливка в вакууме, кристаллизация н атмосфере воздуха. ХЮОО. Температура формы 800Л
На фиг. 16 сопоставлена дендритная структура сплава, выплавленного на воздухе и в вакууме с различными способами разливки. Наиболее тонкая дендритная структура образуется при плавке и разливке в вакууме, а наиболее грубая—при плавке и разливке на воздухе. Промежуточное положение занимает разливка в среде нейтрального газа и разливка в вакууме с кристаллизацией в атмосфере воздуха. На фиг. 17 сопоставлена микроструктура сплава, вы-28
давленного в вакууме при различных условиях заливки^и в атмосфере воздуха. В сплаве, выплавленном и разлитом в "вакууме, по границам зерен видны мелкие карбидные выделения, расположенные прерывистой цепочкой. Примерно такой же формы карбидные выделения наблюдаются на. границах зерен сплава при правке в вакууме и заливке в среде нейтрального газа. При плавке и разливке в вакууме, но с кристаллизацией на воздухе выделения по границам зерен утолщаются. Наконец, наиболее грубые выделения наблюдаются па границах зерен у сплава, выплавленного и отлитого в атмосфере воздуха. По границам зерен располагаются крупные карбидные и карбонитридные соединения.
Одной из трудных задач прилитье в вакууме является вопрос получения плотной отливки. Как бы тщательно при плавке в вакууме не производилось удаление газов из металла, практически невозможно их удалить полностью. Поэтому в случае заливки формы в вакууме оставшиеся газы продолжают выделяться и образуют газовую пористость при кристаллизации отливки. Кроме того, отсутствие атмосферного давления затрудняет питание отливки, что ведет к образованию усадочной рыхлости. Таким образом, при плавко металла и заливке детали непосредственно в вакууме трудно добиться плотной отливки. Болес выгодные условия для кристаллизации отливки создаются в случае расплавления металла в вакууме, а заливки в среде нейтрального газа давлением 1 ат. В этом случае отливка получается наиболее плотной.
4.	МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВОВ, ВЫПЛАВЛЕННЫХ В ВАКУУМЕ
Одним из важных преимуществ жаропрочных сплавов и сталей, выплавляемых в вакууме, является улучшение их механических свойств. По данным многих исследователей, плавка и литье в вакууме позволяют максимально использовать все возможности, заложенные в сплаве. Вакуумная плавка предотвращает появление окисных плен и приводит к уменьшению разброса свойств.
Жаропрочные сплавы на железной, никелевой или кобальтовой основах содержат, как правило, значительные количества высокоактивных элементов (титан, алюминий и др.). Известно, что длительная прочность этих сплавов зависит от строго регулируемого соотношения титана и алюминия. Для получения максимального времени до разрушения количество этих элементов в сплаве должно регулироваться в очень узких пределах. Как было показано выше, вакуумная плавка как раз способствует уменьшению колебания содержания этих элементов. Вторым фактором является чистота границ зерен от оксидов и нитридов. Известно, что оксиды и нитриды не только изменяют химический состав сплава, но и образуют выделения по границам зерен, загрязняя материал. При плавке в вакууме окисные плены пе образуются и последние пе загрязняют сплава. Отрицательное влияние на жаропрочность сплавов сказы-
29
00
О

л В&гСллав васпаллой, выплавленный б вакууме УЯЯСплав Васпаллой, выплавленный в аргоне
Фиг. 1б. относительное удлинение и поперечное сужение образцов из сплавов васпаллой, удимет-500 и инко-713, полученных отливкой в вакууме по выплавляемым моделям [6].
ет присутствие в незначительных количествах свинца, марганца, ваеМИИя. Перечисленные элементы удаляются при вакуумной плав-КР в связи с высокой упругостью паров этих элементов при темпе-КдТуре плавления. И, наконец, четвертый фактор — это удаление Рдзов, растворенных в металле. Эти газы по мере расплавления металла выходят на поверхность и удаляются насосами.
u В иностранной и отечественной
приводится целый экспериментальных ных об улучшении ств жаропрочных вов, выплавленных
кууме. По сообщениям американской фирмы Austenal Jnc. [6], последняя организовала массовое производство турбин-
литературе ряд дан-свой-спла-в ва-
кГ/мм2 42
а 35
I**
21
14
710
о
J</{/ / п г, -У’**1
20	50	100	200
Время до разрыва
500 час.
ных лопаток по выплавляемым моделям в вакууме. Отлитые в вакууме лопатки отличались высокой пластич-
Фиг. 19. Длительная прочность образцов из сплавов васпаллой, удимет-500 и ипко-713, полученных отливкой в вакууме по выплавляемым моделям [6].
ностыо. На фиг. 18, 19, 20 и 21 приведены.полученные фирмой данные по механическим свойствам сплавов, отлитых в вакууме. Вакуумная плавка способствует значительному повышению мехапи-
Тенпература испытания
Фиг. 20. Предел прочности образцов из сплавов васпаллой, удимет-500 и ипко-713, полученных отливкой в вакууме по выплавляемым моделям [6].
ческих свойств металла. Все сплавы отличаются высокой пластичностью; максимальными значениями относительного удлинения и относительного сужения характеризуется сплав васпаллой. На фиг. 21 показаны кривые длительной прочности за 100 час. при различных зтемпературах для образцов из сплавов удимет-500, инко-713 и васпаллой, отлитых в вакууме по выплавляемым моделям. Из этих кривых видно, что длительная прочность при повышенных температурах у литого сплава выше, чем у деформированного. Улучшение длительной прочности наблюдалось также и для
31
^Инно -713
Уди мет -500(лит ой)
\&£^Удимет -500
(деформированный) у&"~Васпаллой
760	980
Температура
/(Г/мм2
92 сз I 28
* /V
О
Фиг. 21. Длительная прочность за 100 час. для образцов из различных сплавов [16].
сплава васпаллой. Длительная прочность для отлитого в вакууме инко-713 оказалась выше средних значений длительной прочности этого сплава, отлитого в атмосфере аргона. Рассмотренные здесь сплавы представляют собой литые композиции, которые успешно применяются для производства лопаток газовой трубины. Свойства жаропрочных сплавов, выплавляемых в вакууме, существенно зависят от величины вакуума, качества исходной шихты и скорости натекания. На свойства сплава оказывает также влияние темпера-ту pu-i ы й р ежим плавки, продолжительность выдержки жидкого металла под вакуумом, условия раскисления, среда, в которой осуществляется заливка форм, и другие факторы.
Так, например, по данным В. И. Кашина и Л. М. Самарина [10], проводивших исследование свойств сплава па никель-хромовой основе при выплавке его в вакуумной индукционной печи, отмечается улучшение свойств сплава е увеличением степени разрежения. Металл, переплавленный в вакуумной печи при остаточном давлении около 1 мм рт. ст., обладает более высокими механическими свойствами по сравнению со сплавом, выплавленным в атмосфере воздуха. Длительная прочность такого сплава при 850' составляет в среднем 68 час., а у исходного сплава (до переплава в вакууме) 52 часа. Металл, переплавленный при остаточном давлении 5-Ю-3 мм рт. ст., показывает еще более высокую стойкость; его длительная прочность в среднем по пяти плавкам составляет 114 час. Таким образом, переход от выплавки сплава на воздухе к выплавке его в вакууме позволил почти в 2 раза повысить срок службы данного сплава. В табл. 6 представлены полученные в работе [10] результаты испытаний сплава па растяжение при температуре 800°. Испытания показали, что относительное удлинение, сужение поперечного сечения образцов и предел прочности растут при переходе от выплавки на воздухе к выплавке в вакууме. Аналогичные данные -получены автором. Были проведены плавки из нескольких видов шихты в различной величине вакуума и при различных условиях проведения плавки. В результате исследования установлено, что при переплаве в вакууме сплава, предварительно выплавленного в атмосфере воздуха, свойства возрастают по мере увеличения вакуума (фиг. 22). При проведении плавок в вакууме наг той же шихте, но с дополнительным введением в расплав углерода с целью раскисления сплава
32
Табл и ца 6
Механические свойства сплава на никельхромовой основе при 800° С [10]
№ плавки	Условия пласки	Предел прочности в кГ/мм*	Относительное удлинение 1 и %	Относительное сужение в ”5
1а	Исходный металл		77,7	7,7	!	8,3
2а		73,2	6,7	10,2
67		68,3	5,5	9,0
12		70,6	4,6	6,7
	В среднем	72,4	6,1	8,5
42	Переплавлен при 1 мм рт. ст		80.0	13,8	16,7
43		75,6	10,9	17,6
74		75,0	10,3	15,9
84а		70,0	9.0	13.8
	В среднем	75,0	11,0	16,0
39	Переплавлен при 10-2 мм рт. ст		81,0	20,0	20,5
37		83,0	18,4	20,6
75		78,2	17,8	18,4
40		_ 77’7	15,8	21,3
	|	Переднем	80,0	| 18,0	20,2
свойства сплава возрастают более ощутимо. Так, в вакууме от 1 мм до ЬЮ"1 льи рт. ст. длительная прочность возрастает на 40%, при вакууме от I-IO”1 до М0“2 .о рт. сг. длительная прочность повышается на 50% и при вакууме от НО-2 до 1-10 4 мм рт. сг. наблюдается увеличение се 60- 80%. Количество вводимого для раскисления углерода при этом составляло 0,01 -0,2% от веса металла. При введении больших присадок углерода, не выгорающих в процессе реакции и потому проявляющих себя не только -как раскислитель, но и как легирующий элемент, наблюдается резкое снижение жаропрочности сплава. Отмечается, в частности, заметное повышение ударной вязкости раскисленного углеродом сплава (фиг. 23). Наиболее высокие прочностные свойства получены при лигье из сплава, выплавленного в вакууме. В этом случае в качестве шихты использовался сплав, выплавленный в вакууме 10 -з мм рт. ст. из чистых исходных компонентов; при этом алюминий и титан были введены в очень узких 'пределах. Полученный сплав вторично переплавляли в вакууме МО-3—ЬЮ-5 jmi рт. ст. и отливали образцы в формы, нагретые до температуры 950°. Результаты испытания образцов па длительную прочность и ударную вязкость приведены в табл. 7 и на фиг. 24.
Длительная прочность в этом случае составила 84—127 час. вместо 50 час. у сплава, выплавленного в атмосфере воздуха, т. е. возросла в 2 раза. Увеличились также пластические свойства и Ударная вязкость. Ударная вязкость получена в пределах 1,25— 3 С. И. Кузьмин	33
| ,87 кГм/см2 (у сплава, выплавленного в атмосфере воздуха, ak =: ^-0,62 кГ/см2), а относительное сужение с 5,5% 'возросло до 9.7— 11,6%. (Аналитические данные получены /X. В. Емельяновым и Л М .Зубко.)
При выплавке сплава на ни-
кельхромовои основе из чистых исходных компонентов непосредствен-
Аадление
Время do разруиеня
Фиг‘ 22. Механические свойства сала- Фиг. 23. Механические свойства сплава ва на никольхромовой основе, перс- на никсльхромовой основе, переплавлея-плавлепного при различных величи- кого при различных величинах вакуума нах вакуума.	и раскисленного углеродом
Таблица 7
Механические свойства сплава на никельхромовой основе, выплавленного в вакууме из свежих шихтовых материалов
№ пласой	Ударная ЕЯЗКОСТЬ Б кГм/СМ*	Длительная прочность при напряжении 20 кГ/мм* и температуре 975 3		
		Время до разрушения Е Ч.1С. И МИК.	Относительнее удлинение в у..	Относительное сужение В “5
1	1,25	127.20	7,4	9,7
2	1,4	109.40	8,4	11,6
3	1,87	101 55	5,0	—
4	1,62	84.35	8,0	—
~ 					
но в вакууме 10—3—10~4 мм рт. ст. (фиг. 25) ими получены более высокие механические свойства нежели при переплаве в аналогии-34
hIbix условиях сплава, выплавленного в атмосфере воздуха. Это положение авторы объясняют тем, что сплав, выплавленный в атмосфере воздуха, содержит весьма стойкие окислы, которые нельзя полностью уничтожить в вакууме 10 3 лш рт. ст. Локальное
размещение газа по границам зерен приводит к тому, что связь между зернами ослабевает, а это влечет за собой разрушение кристаллической решетки в
межзерновом «пространстве и ускорение диффузионного процесса разупрочнения. На фиг. 26 приведены свойства сплава на никсльхромовой основе в зависимости от величины применявшегося при плавке вакуума и вида шихты. Как видно из графика, при одной и той же величине	вакуума
(10 ~?> мм рт. ст), но с применением различной шихты и различных условий’ проведения плавки максимальное улучшение свойств сплава получено в случае отливки образ
Фпг. 24. .Механические свойства сплава на ппкельхромозок основе, выплавленного в вакууме из первичных материалов.
цов из сплава, выплавленного в вакууме. Приведенные данные подтверждают общепринятое мнение о том, что примене-
ние для литья в вакууме сплава, предварительно выплавленного в вакууме, т. е. вакуумных слитков, является наиболее целесооб-
разным нс только с точки зрения ликвидации окисных плен и ускорения процесса плавки, но и с точки зрения поднятия свойств сплава до более высокого уровня.
Выше говорилось о том, что па свойства сплава оказывает влияние скорость натекания вакуумной печи. Экспериментальные данные, приведенные в работе [10], свидетельствуют о том, что скорость натекания оказывает существенное влияние па жаропрочность и содержание газов в сплаве.
Опыты, проведенные па чистом электролитическом никеле, предварительно дегазированном в глубоком вакууме в жидкОхМ и твердом состоянии при 1550°, показали, что между суммарной скоростью натекания и содержанием кислорода в чистом никеле существует прямолинейная зависимость (табл. 8).
О влиянии скорости натекания па жаропрочность и пластичность сплава па никелевой основе говорится также в работе [19].
3*
35
Таблица 8
Влияние скорости натекания на жаропрочность и содержание газов в сплаве [10]
ИЯЯ1ПГН «у |	Остаточное давление в лси.рт.ст.	Скорость натекания в лмк}сек	Время до разрушения в час. и мин.	Пластичность при испытании на длптсль-I кую прочность R %		Содержание газов в	
				5 	Ф		Цислор од	Азот 1
1	10-2	1000	77.15 59.30 99.15	19,4	32,2	0,0018	0,0032
2	2-10—2	2200	13.30 4.20 38.50	12,0	| 25,0	0,0039	0,005
3	1; 5-10-а	3000	28.15 38.— /. —	13,2	28,6	0,0051	0,004
Было найдено, что при остаточном давлении 1 - 10 3 мм рт. ст. и скорости повышения давления около 100—300 лифтн, концентрация кислорода в металле оказалось более 0,026%. Такое же количество кислорода было получено под остаточным давлением околи I лкч рт. ст. Таким образом, вследствие наличия натекания металл
Фиг. 25. Механические свойства литого сплава па никельхромозой основе, выплавленного при различных величинах вакуума на шихте, составленной из первичных материалов
насыщается газами и теряет свойства. Основными источниками насыщения металла газами при использовании чистых шихтовых материалов являются огнеупорная футеровка и неплотности вакуумной системы.
На свойства сплавов оказывает определенное влияние продолжительность выдержки жидкого металла под вакуумом. Исследования .показывают, что длительная выдержка металла под ваку’ умохм (до 1 часа) нс улучшает жаропрочности и пластичности по сравнению с металлом, выдержанным в течение 15—20 мин. На
36
против, при больших выдержках и при наличии значительных температур перегрева металла имеет место взаимодействие тигля с расплавленным металлом, вследствие сильного разогрева тигля. В результате взаимодействия в металле может увеличиться содержание кислорода и других примесей. Возможность попадания примесей из тигля при плавке в вакууме оказывается более вероятной, нем при плавке на воздух. Попадание примесей в металл мо-
Ааоление iu нм рт. ст
Фиг. 26. Механические свойства сплава на никельхромовой основе в зависимости от вида шихты, величины вакуума и различных условий плавки.
жет в значительной степени испортить качество металла и свести к нулю положительное влияние вакуумной плавки на свойства сплавов.
Поэтому при проведении плавок в вакууме должен быть тщательно отработан режим плавки по величине вакуума, температуре металла и времени выдержки жидкого металла под вакуумом применительно к материалу тигля и марке сплава.
37
ГЛАВА '//
ЖИДКОТЕКУЧЕСТЬ ПЛЕНООБРАЗУЮЩИХ СПЛАВОВ В ВАКУУМЕ И В СРЕДЕ НЕЙТРАЛЬНОГО ГАЗА
1.	ЗАВИСИМОСТЬ ЖИДКОТЕКУЧЕСТИ ОТ ВЕЛИЧИНЫ ВАКУУМА
Плавка и литье в вакууме улучшают также литейные свойства окисляющихся на воздухе жаропрочных сплавов и сталей; так. например, значительно возрастает жидкотекучесть сплавов.
Жидкотекучесть характеризует способность сплава заполнять форму. Степень заполнения формы зависит от многих факторов [38]: “
а)	физико-химических свойств жидкого металла (вязкости, поверхностного натяжения, теплоемкости, теплопроводности), температуры заливки и т. п.;
б)	физико-химических и технологических свойств формы, ее конструкции, подвода металла, физико-механических свойств и состава формовочной смеси и т. и.;
в)	условий заливки (состава атмосферы, давления и др.).
Обычно при плавке и литье в атмосфере воздуха учитывается только первая группа факторов (а), а влияние остальных двух групп ( б и в) принято считать постоянным.
При плавке и литье в вакууме, кроме первой группы факторов, на жидкотекучесть сплава будут существенным образом влиять и два остальных переменных фактора.
При плавке и литье в атмосфере воздуха полость формы заполнена воздухом, а струя металла покрыта вязкой окисной пленой. Воздух и вязкая окисная плена оказывают сопротивление металлу при заполнении нм формы. Два этих фактора значительно понижают жидкотекучесть. При литье в вакууме из формы удаляются газы и воздух, а металл защищен от окисления наличием разрежения, в результате чего в полости формы к моменту слива металла содержится лишь небольшое количество газов, а струя металла свободна от окисных плен. Вследствие этого сопротивление металлу становится меньшим, и жидкотекучесть сплава возрастает.
Автором было проведено экспериментальное определение жидкотекучести при различных величинах вакуума сплава на никель-хромовой основе. Жидкотекучесть определялась но спирали трапециевидного сечения (фиг. 26а). О жидкотекучести сплава судили по длине залитой части спирали. Общая длина спирали составля-38
ла 1700 мм. Из литниковой чаши спирали металл поступал в стояк через три отверстия диаметром 6 ,м. Для обеспечения строго горизонтального положения витков восковой модели спирали, легко прогибающейся при формовке, к их нижней поверхности припаивались воском керамические прутки. Восковую модель спирали вместе с литниковой «системой окрашивали огнеупорной краской.
После окраски производили формовку моделей в жидком па-
Фнг. 26а. ^Модель спирали, покрытая керамической пленкой.
Фиг. 27. Зависимость жидкотекучести сплава на пикельхромовой основе от величины вакуума.
Температура формы 800° Температура металла
полнителс. Вытопка, сушка и прокалка форм осуществлялась по технологии, принятой в производстве деталей методом точного литья.
Жидкотекучесть сплава определялась при температуре формы 800е и температуре заливаемого металла 1400". Такая температура была выбрана потому, что первая попытка залить спираль при более высокой температуре (1600е) закончилась тем, что металл заполнил всю спираль до конца вместе с выпором.
Жидкотекучесть сплава проверялась при следующих давлениях: 760 мм, 3-10-1, 3-10'-, 3-10-3 леи рт. ст. Результаты исследования приведены на фиг. 27.
Из рассмотрения полученных данных следует, что уже в вакууме 3-10 1 леи рт. ст. длина залитой части спирали почти в 2 раза больше, чем при атмосферном давлении. С дальнейшим увеличением вакуума жидкотекучесть продолжает увеличиваться. В вакууме 3-10"3 мм рт. ст. жидкотекучесть сплава в 2,5 раза больше, чем при давлении 760 мм рт. ст.
ТакИхМ образом, жидкотекучесть сплава в вакууме возрастает с увеличением величины вакуума.
39
2.	ПРИМЕНЕНИЕ ПОНИЖЕННОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ МЕТАЛЛА И ФОРМЫ ПРИ ЛИТЬЕ В ВАКУУМЕ
Увеличение жидкотекучести сплава при плавке и разливке в вакууме позволяет применять пониженную температуру заливки металла и более низкую температуру формы с целью поднятия механических свойств сплава при литье в прецизионные формы. Известно, что жаропрочные сплавы, отлитые в земляную форму, имеют большую ударную вязкость, чем после заливки в нагретые до 950° прецизионные формы; так, например, сплав на пикельхромо-вой основе имеет ударную вязкость 1,5—3,5 кГм1см\ а при заливке в формы, нагретые до 950°, 0,7—1,5 кГм!см2\ другой сплав соответственно 1—2 и 0,6—1,0 кГм/см2 и т. д., т. е. эти сплавы теряют примерно в 2 раза свою ударную вязкость вследствие того, что при литье деталей применяют формы, нагретые до 950°. Известно также, что при понижении температуры формы и температуры заливаемого металла ударная вязкость сплава возрастает.
Так, по данным исследований В. Ф. Аксенова, при снижении температуры формы с 950° до 20° ударная вязкость сплавов возрастает с 0,75 до 1,25 кГм!см\ а при снижении температуры металла с 1700 до 1500° ударная вязкость возрастает с 0,75 до 1,5 кГм]см2, т. е. мы имеем в обоих случаях увеличение ударной вязкости примерно вдвое. Однако при существующем способе точного литья в атмосфере воздуха понизить температуру металла или формы с целью восстановления потерянной ударной вязкости сплава по представляется возможным, так как получается незаполнсние формы металлом, вызывающее брак по нсзаливам, спаям и т. д.; поэтому заливка производится в формы, имеющие температуру не менее 950° при температуре металла 1600—1680°. Увеличение жидкотекучести сплава в вакууме позволяет снизить температуру заливаемого металла и формы с целью повышения механических свойств сплава. Была проведена отливка образцов при пониженной температуре металла и формы в вакууме 10"3 мм рт. ст. Условия проведения таких плавок и полученные результаты механических свойств приведены в табл. 9.
Из рассмотрения данных табл. 9 видно, что снижение температуры металла и формы благоприятно сказывается па механических свойствах сплава. Образцы, отлитые при температуре металла 1420^ и температуре формы 700° и ниже, имеют предел прочности 93—99 кГ/мм2, ударную вязкость 1,4—1,6 кГм/см2\ время до разрушения при испытании па длительную прочность составило 65— 100 час.
При температурах заливаемого металла 1480—1520° и температурах форм 800° и выше получены меньшие значения ударной вязкости.
Наиболее высокое значение ударной вязкости получено при температуре металла 1420° и температурах форм 700, 500 и 150".
Однако следует сказать, что все детали, отлитые в формы, имеющие температуру 500 и 150°, получили трещины, которые явились 40
Таблица 9
результаты испытания механических свойств сплава на никельхромовой основе, отлитого в вакууме при различных температурах металла и формы
		Температура формы в °C	Величина вакуума в .«я рт. ст.	Кратковрсм енные испытания на разрыв				Температура п °C	Длительная прочность при температуре 975' и напряжении 20 кГ}мм-		
№ планок	Температура металл; в °C										
				в kJ'/мм2 '		-Л.	3		Время до разрушения в час. и мин.	1 ,с	% я £
29	1420	500	9Л0-3	93,4	2,8	3,6			800	65.05				
29	1420	500	9-I0-3	93,4	3.6	7,6	1,4	20	65.00	—		
30	1420	150	9-Ю-з	97.0	4,0	3,6	—	800	75.30	1,0	1,2
30	1420	150	9-Ю-з	94,3	4,8	9,2	1,6	20	85.10	—		
33	1420	700	7-10->	88,2	2,4	2,0	—	800	67.30	—		
33	1420	700	7-Ю-з	99,0	8,0	10,0	1,4	20	108.45	3,6	0,7
53	1550	800	8-Ю-з	—	—	—	0,62	20	65.25	3,8	4,4
54	1480	800	8-10- з	—	—	—	1,1	20	49.25	6,0	1,9
55	1480	700	Гелий 760 мм	—	—	—	1,4	20	46.30	4,0	3,0
			рт. ст.								
62	1480	850	8-Ю-з	—1	—	—	0,75	20	73.00	5,8	3,9
56	1490	800	8-Ю-з	—	—-	—-	1,0	20	55,30	3,4	1,1
65	1500	760	Гелий 7(50 мм	—	—	—	0,87	20	116.00	2,0	0,8
			рт. ст.								
67	1500	760	8-Ю-з	—	—	——	0,87	20	64-15	3,6	0,8
60	1500	670	8-Ю-3		—	—	0,75	20	76.00	1,6	1,6
61	1520	760	Гелий 760 мм	—	—	—	0,62	20	68.15	2,4	6,6
			рт. ст.								
	П риме ч		а н и е. Сиойства исходного сплава до переплава в накууме:								
а. - 0,62 кГМ}СМ2;											
	время до разрушения при температур				е 975- ।	। напряжении 20 кГ[мм2 29—40 час.					
следствием малой податливости формы и большого перепада температур металла и формы.
При заливке деталей в форму, имеющую температуру 700е, таких трещип нс было; следовательно, пз двух факторов: снижение температуры металла и снижение температуры формы — более целесообразным является снижение температуры металла, а снижение температуры формы не должно быть ниже 700°, так как более низкая температура формы вызывает трещины отливок.
Кроме того, на деталях, залитых в форму с температурой 500 и 150°, были обнаружены нсзаливы. На деталях же, отлитых в форму с температурой 700°, незаливов не оказалось.
Таким образом, увеличение жидкотекучести при плавке в вакууме позволяет снизить температуру заливаемого металла па 150—200° и температуру формы па 200—250" и тем самым стабилизировать значения ударной вязкости и длительной жаропрочности. Кроме того, увеличение жидкотекучести сплава дает возможность заливать детали с очень топкими кромками.
41
3.	ЖИДКОТЕКУЧЕСТЬ ПЛЕНООБРАЗУЮЩИХ СПЛАВОВ В ВАКУУМЕ
И СРЕДЕ НЕЙТРАЛЬНОГО ГАЗА
Находящиеся в сплаве окисные плены значительно ухудшают жидкотекучесть сплава. Пленообразование зависит от количестза пленообразующих элементов в сплаве. Чем выше содержание в
Фиг. 28. Влияние легирующих элементов и защитной атмосферы на жидкотекучесть нихрома при постоянном перегреве 100- над температурой ликвидуса:
а — плавка и разливка и атмосфере аргспа, 6 — плавка в атмосфере аргона, разлив:--:л на воздухе 1-01-
сплаве плсиообразующего элемента, тем больше образуется окисных плен и тем в большей степени ухудшается жидкотекучесть. Наиболее активными пленообразующими элементами являются титан, алюминий, хром. Особо большое влияние па изменение жидкотекучести оказывает титан. Хром по сравнению с титаном и алюминием является менее активным пленообразующим элементом. Изменение жидкотекучести хромоникелевого сплава в зависимости от содержания легирующих элементов показано на фиг. 28. а [20].
Влияние легирующих элементов и защитной атмосферы на жидкотекучесть хромоникелевого сплава показано на фиг. 28, б. Как видно из графиков, почти все указанные легирующие элементы ухудшают жидкотекучесть сплава. Жидкотекучесть сплавов сильно меняется также в зависимости от условий плавки и разливки. Изменение жидкотекучести сплава на никельхромовой основе в зависимости от условий плавки и разливки приведено на фиг. 29 [20].
Как видно из рассмотренных данных, максимальная жидкотекучесть получается при плавке металла и заливке форм в вакууме. В тех же случаях, когда плавка проводится в вакууме, а затем в вакуум-камеру напускают инертный газ и заливка форм осу-42
ществляется уже в среде нейтрального газа, жидкотекучесть сплава ухудшается. Вследствие этого при отливке деталей в среде ней-
Фиг. 29. Изменение жидкотекучести хромоникелевого сплава R зависимости от условий плавки и разливки: 1 — плавка и разливка на воздухе. 2—планка н атмосфере аргона, разливка па воз духе. .3 — плавка н разливка н атмосфере аргона, / — плавка и разливка в вакууме Г21].
трального газа требуются температуры металла и формы, близкие к температурам при литье в атмосфере воздуха. Наименьшую жидкотекучесть имеют сплавы при плавке и разливке в атмосфере воздуха.
ГЛАВА IV
ТЕХНОЛОГИЯ точного литья в вакууме
1. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ТОЧНОГО ЛИТЬЯ В ВАКУУМЕ
Технологический цикл изготовления деталей методом точного литья в вакууме состоит из следующих операций:
1.	Изготовление пресс-формы.
2.	Прессование восковых моделей.
3.	Сборка моделей в блок.
4.	Нанесение огнеупорного покрытия.
5.	Формовка.
6.	Удаление восковой композиции и сушка форм.
7.	Прокалка форм.
8.	Плавка в вакууме.
9.	Заливка в вакууме.
10.	Выбивка форм.
Последующие после выбивки операции определяются для каждой отливаемой детали или группы деталей в зависимости от требований, предъявляемых к детали, категории контроля и т. д.
Большинство деталей ответственного назначения, отливаемых из жаропрочных сплавов, подвергается, как правило, термической обработке, рептгеноконтролю, люминесцентному контролю или контролю цветной дефектоскопией, обмеру геометрических размеров детали. На некоторых заводах для контроля деталей применяется метод, заключающийся в том, что для обнаружения окиспых плен, газовых раковин и други:; дефектов, детали подвергаются травлению поверхностного слоя с последующим его контролем с помощью лупы.
Большинство перечисленных операций почти ничем не отличается от операции, выполняемых при точном литье в атмосфере воздуха. Эти операции хорошо известны, достаточно подробно освещены в литературе и поэтому здесь разбираться не будут.
В зависимости от номенклатуры деталей и предъявляемых к ним требований отливку деталей из плеиообразующпхея сплавов в настоящее время осуществляют двумя способами:
а)	плавка металла и заливка форм в вакууме;
б)	плавка металла в вакууме, заливка в среде нейтрального газа.
44
При первом способе весь процесс от расплавления металла до заливки форм осуществляется в вакууме.
Для отливки деталей в вакууме необходимо прежде всего установить величину минимального остаточного давления в вакуум-камере плавильной печи, которая отвечала бы следующим требованиям:
1)	предотвращению образования окислов на поверхности данного сплава;
2)	предотвращению при температуре плавки и заливки заметного испарения металлов, приводящего к изменению химического состава сплава;
3)	необходимый вакуум должен быть без особых затруднений получен в заводских условиях с использованием стандартного оборудования и минимальных затрат.
Руководствуясь этими соображениями, выплавку сплава и отливку деталей производят как правило, или при разрежении 1-10"1—5-Ю-1 мм рт. ст., т. е. в вакууме, создаваемом только форвакуумными насосами, или при разрежении 1-10~3—5-10~3 лъч рт. ст., создаваемом бустерными насосами. Величина вакуума, которую необходимо применить, определяется во многом характером применяемого сплава или стали ЧЕсли, например, детали отливаются из стали, содержащей марганец, то совершенно очевидно, что в процессе плавки, даже при неглубоком вакууме, он улетучится, и мы не получим требуемого химического состава. Такие стали лучше плавить и заливать в среде нейтрального газа. Процесс плавки и заливки в среде нейтрального газа состоит в том, что после создания в камере предварительного вакуума в нее к началу расплавления металла напускают инертный газ (аргон или гелий), и дальнейшее расплавление, доводку и слив металла в форму или кокиль осуществляют уже в нейтральной среде. Применяемый нейтральный газ должен содержать минимальное количество кислорода и влаги. Обычно технический аргон или гелий перед напуском в камеру подвергают очистке и сушке, пропуская через систему, заполненную силикагелем пли алюмогелем. Давление нейтрального газа, которое необходимо создать в плавильной камере, зависит от требований, предъявляемых к отливке. Плотность отливки будет тем больше, чем выше давление нейтрального газа в вакуум-камере. При давлении 760 рт. ст. создаются условия для кристаллизации, близкие к кристаллизации в атмосфере воздуха. Кроме того, есть еще одно обстоятельство, которое заставляет стремиться при заливке в среде нейтрального газа к давлению, близкому или равному 760 .им рт. ict. Дело в том, что после того, как камера наполнена аргоном или гелием до давления, например, 100 jlu рт. ст.,
3 Для отливки деталей из сплавов, не содержащих пленообразующпх элементов, можно применять разрежение 10лги рт. ет., так как в этом случае' имеется в виду только улучшение заливки тонких стенок пли кромок детали. При отливке деталей из плспообразующих сплавов необходим вакуум 10“3 рт. ст.
45
из футеровки тигля и из каждого металла продолжают выделяться газы, поэтому доводка металла и слив осуществляются в атмосфере, состоящей из смеси выделившихся газов и аргона или гелия. Выделяющиеся газы будут способствовать окисляемости сплава. Исходя из этих соображений, а также из соображений создания лучших условий кристаллизации отливки, давление нейтрального газа должно составлять 760 мм рт. ст.
2. ШИХТА ДЛЯ ЛИТЬЯ В ВАКУУМЕ
При отливке деталей в вакууме из плеиообразующих жаропрочных сплавов па никельхромовой основе пользуются шихтой различных состояний. Рассмотрим последовательно три вида шихты, которые могут быть применены для отливки деталей в вакуумных индукционных печах, с точки зрения качества получаемых деталей, производительности и стоимости литья: сплав, выплавленный в атмосфере воздуха, первичные шихтовые материалы и сплав, выплавленный в вакууме.
Слитки сплава, выплавленного в атмосфере воздуха, как с поверхности, так и в изломе содержат окисные плены. Как показывают исследования и практика работы, при переплаве этого сплава в вакууме окисные плены частично восстанавливаются. Как в низком, так и в высоком вакууме для интенсивного восстановления окисных плен требуется высокая температура нагрева металла и значительная выдержка жидкого металла под вакуумом при этой температуре. При небольших же температурах нагрева восстановление окисных плен протекает менее интенсивно, и в этом случае в отлитых деталях обнаруживаются окисные плены. Кроме того, было показано, что благоприятное действие на восстановление окисных плен оказывает дополнительно вводимый углерод. Между тем высокая температура жидкого металла, выдержка при этой температуре и повышенное содержание углерода в ванне как раз вредны при плавке в вакууме по той причине, что эти три фактора ускоряют процесс восстановления футеровки тигля. Так, например, при ведении плавок в тигле из плавленой двуокиси циркония, из последней в металл восстанавливается цирконий, количество’которого тем больше, чем выше температура плавки и чем больше введено углерода в расплав. Значит, для устранения загрязнения металла цирконием нужно снизить температуру металла, а это, как показывают эксперименты, тормозит исчезновение плен; следовательно, сплав, выплавленный в атмосфере воздуха, для отливки деталей может быть рекомендован только в том случае, когда ставится задача значительно уменьшить количество плен в отливках, но не избавиться от них полностью.
С точки зрения удобства загрузки тигля сплав отвечает требованиям плавки, так как слитки могут быть получены с такими габаритами, которые наилучшим образом соответствуют энергетическим возможностям вакуумной печи и обеспечивают наиболее же-46
нательное уплотненно металла в тигле. Продолжительность плав-ки, а следовательно, и производительность при переплаве в вакууме слитков, предварительно выплавленных в атмосфере воздуха, будет складываться из газонасыщенности слитков, температуры нагрева металла и времени выдержки под вакуумом. Второй вил щпхты, который может применяться для отливки детален в вакууме, это исходные элементы, входящие в состав сплава. Эти элементы в виде электролитического никеля, хрома и др. закладываются в тигель и расплавляются в вакууме с последующей заливкой детали.
Плавки на шихте, составленной из свежих элементов, показывают практически полное отсутствие окисных плен в случае литья деталей в вакууме 10-3 лги рт. ст. Так как в расплаве плои не образуется, то не требуется подвергать жидкий металл перегреву и выдержке под вакуумом. С этой точки зрения получение беспле-нистых отливок упрощается. Однако процесс литья деталей на шихте, составленной из чистых компонентов, в условиях опытного производства затруднен по следуюшшм причинам:
1)	процесс загрузки шихты в тигель сложен; вся шихта в тигель не помещается, и часть ее нужно укладывать в дозатор; по мере расплавления металла нужно периодически вводить из дозатора остатки шихты и присадки; это приводит к разбрызгиванию жидкого металла, падению вакуума и, как результат, к увеличению продолжительности плавки;
2)	большое содержание газа в свежих материалах, количество которого заранее неизвестно и может постоянно меняться в зависимости от исходного сырья, также приводит к увеличению продолжительности плавки;
3)	при работе на вакуумных печах малой емкости (8—10 /сг), позволяющей заливать одну форму, от каждой плавки потребовалось бы брать пробу на химанализ, что практически невозможно.
В случае же применения вакуумных печей большой емкости, позволяющей плавить большие порции металла (100 кг и больше) и одновременно осуществлять заливку нескольких форм, процесс литья деталей н вакууме из свежих материалов может быть осуществлен, хотя и в этом случае продолжительность плавки будет большой из-за потерь времени па загрузку материалов в тигель в процессе плавки и дегазацию сильно газонасыщенных шихтовых материалов. Более всего удовлетворяет условиям литья в вакуумс-сплав, выплавленный в вакууме (т. е. слитки, предварительно выплавленные в вакуумной печи большой емкости). Эти слитки загружают в тигель, переплавляют в вакууме и из полученного жидкого металла отливают детали. В большинстве случаев в тигель загружается количество металла, достаточное для заполнения только одной формы. При литье деталей из этих слитков в высоком вакууме (10 3 лы/ рт. ст.) плены полностью отсутствуют; слитки могут быть получены различных габаритов и загружены полностью в тигель, создав хорошее уплотнение металла в тигле. Газонасы-
47
щепность слитков ничтожная, поэтому времени на дегазацию талла затрачивается очень мало. Не нужны также перегрев до соких температур и выдержка жидкого металла под вакуумОм для исчезновения плен, так как плены в расплаве не образуются Использование сплава, выплавленного в вакууме, для отливки деталей в вакуумных индукционных печах снижает время плавки и увеличивает производительность.
Обозначения:
.....Чистые исходные компоненты .....Сплава Выплавленный В атм. воздуха .....Сплав выпладленный в вакууме
Фиг. 30. Продолжительность плавки в вакууме в зависимости от вида применяемой шихты [5].
Способ этот экономичен, так как слитки просто переплавляют в вакууме и сливают в формы для точного литья. Конструкция печи для отливки деталей при работе на готовых, предварительно выплавленных в вакууме слитках будет также значительно проще. Производительность вакуумных индукционных печей при работе на различных видах шихты приведена на фиг. 30 [5]. Как видно из приведенных экспериментальных данных фиг. 30, литье деталей путем переплава готовых предварительно выплавленных в вакууме слитков требует примерно в 2 раза меньше времени, чем вакуумная плавка на чистых материалах.
Резюмируя все вышесказанное по вопросу о том, какой величины вакуум и какая шихта необходимы для отливки деталей из пленообразующих сплавов,можно сделать следующие выводы: необходимая величина вакуума, шихта и условия проведения плавки и разливки должны быть выбраны в каждом отдельном случае исходя из конкретных задач производства.
ГЛАВА V
ТИГЕЛЬ ДЛЯ ПЛАВКИ В ВАКУУМЕ
1. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ТИГЛЕЙ
К тиглю индукционных печей 'предъявляется ряд требований: хорошая термостойкость, достаточная огнеупорность, химически не взаимодействующий с плавящимся металлом и жидким шлаком материал тигля, достаточно плотная для устранения возможности просачивания металла рабочая поверхность тигля и др. К тиглю вакуумных индукционных печей предъявляется ряд дополнительных требований, налагаемых вакуумом: материал тигля не должен испаряться в вакууме при рабочих температурах, а также содержать или же образовывать (в результате реакции с жидким металлом) сильно летучих и легко диссоциирующих соединений. Так, например, не рекомендуется проводить плавку стали под вакуумом в кварцевых тиглях из-за значительной летучести крем-некислоты и окиси кремния. Плавка в вакууме также сильно ухудшает работу магнезитового тигля, удовлетворительно работающего при плавке в атмосфере воздуха. Здесь имеет место разложение материала тигля ввиду сильного испарения магния в вакууме. Испаряющийся магний конденсируется на холодных внутренних деталях печи и на смотровом стекле, что затрудняет ведение плавки.
Рассмотрим существующие огнеупорные материалы с точки зрения возможности использования их для футеровки вакуумных печей. Свойства огнеупоров приведены в табл. 10 и 11.
Как видно из таблиц, среди сравниваемых огнеупоров окись магния обладает наиболее высокой температурой плавления, но одновременно и большим тепловым расширением. Стабилизированная двуокись циркония при весьма близкой температуре плавления окиси магния имеет вдвое меньшее тепловое расширение. Наименьшим тепловым расширением обладает циркон. Кремнезем, претерпевающий фазовые превращения при нагреве, расширяется особенно сильно, а при температуре 590° склонен растрескиваться. Окись магния, а также глинозем имеют высокую теплопроводность, однако глинозем, имеющий значительно меньшее тепловое расширение, термически более стоек. Цирконий и особенно стабилизованная двуокись циркония имеют наименьшую теплопроводность, но вследствие своего малого теплового расши-4 С. И. Кузьмин	49
Таблица 10
Некоторые свойства основных высокоогнеупорных окислов
Наименование материалов	Обозначение	Температура плавления в CC	Максимальная температура применения в СС	Удельный вес в г<см3	Твердость по минералогической шкале	Коэффициент лилейного теплового расширения (в интервале температур) х 10*“ 6	Теплопроводность в кал/см-сек град		Средняя удельная теплоемкость при различных температурах в кал/г
							при 100°	при 1200°	
Окись магния		MgO	2800	1600	3,58	5—6	15,6(20-1700°)	0,0823	0,0140	100-0,233 900-0,276 1800-0,294
Магнезиальная шпинель . . .	MgOALA	2135	—	3,0	8	8,5(27—1000°)	—	—	—
Глинозем 		Л!гО3	2050	Г8и0	3,97	9	8,4(20-1000°)	0,0723 j	I 0,0132	100-0,206 700-0,250 1700-0,280
Муллит		3Al2O;i-2SiO2	1810	—	—	—	5,2(27—1000°)	—	—	—
Циркон		ZrO2-SiO2	2550	1900	4,4	7,5	4,5(27-1000°)	—	—	—
Окись бериллия		Be О	2530	2000	3,01	9	10,6(20-1700°)	0,520	0,0412	100-0,299 400-0,421 900—0,497
Стабилизованная двуокись циркония 		ZrO2	2715	2200	5,6	7	7,7(70—1000°)	0,00466	0,0057	20-0,120 600-0,137 1000-0,157 1400—0,175
Окись тория		ThO2	3050	2700	9,69	6,5	10,2(25—1700°)	0,0245	0,00599	20—0,06
Таблица 11
Упругость пара некоторых окислов при различных температурах [29)
Окисел	Температура в °C	Упругость пара в мм рг. ст.	Окисел	Температура в °C	Упругость пара в .«.и рт. ст.
	2360	6		1767	3,04-10~а
А1А	2490	22	MgO	1867	1,06-10—1
	2580	55		1927	2,28
	2980	760	ZrO2	1740	1,52-10—'
	1600	3,15 10-7		2000	8,35 10-3
ВеО	1800 2000 4120	1,5Л0-5 3,55-10-< |	760	ThO2	2127 2404	2,77-10-3 6,46-10—а
рения оба материала стойки против растрескивания. В отличие от чистой двуокиси циркония, претерпевающей большое изменение в объеме ’при 1090°, двуокись циркония с добавкой доли процента
окиси кальция или окиси
магния (стабилизованная) < кмл/кольО2
-80 " wo
I -120 i -<*» - 150
обладает объемой стойкостью. При значительном снижении давления (до 1X ХЮ-3 мм рт. ст.), как это бывает в условиях вакуумной плавки, большое значение приобретает улетучивание некоторых составляющих огнеупорных материалов и возникающие при этом реакции. Пониженное давление часто способствует взаимодействию окислов с углеродом или водородом. Стойкость материалов при высоких температурах и низких давлениях может характеризоваться количеством свободной энергии образования. Чем больше тепла
съ
§ -2W
S -260
| -280
-300
Фиг. 31. Зависимость свободной энергии образования окислов от температуры [13].
высвобождается в процессе образова-
ния соединения, техМ больше его устойчивость при высоких температурах.
На ф'иг. 31 показано изменение свободной энергии в зависимости от температуры образования некоторых окислов. С увеличением численного значения изменения свободной энергии (на ординате эти значения имеют отрицательный знак) возрастает Устойчивость соединения при высоких температурах. Из окислоз, представленных на фиг. 31, наиболее термостойким соединением является окись кальция, но опа неприменима в качестве огнеупора. 4*	51
так как образует легкоплавкие соединения с другими окислами, а в нормальных атмосферных условиях легко образует гидраты и карбонаты.
Еще более термостойка окись тория, пока еще слишком дорогая для .промышленного применения. При температурах до 1370° паи-более термостойка окись магния, но при температурах выше 1540е она уступает двуокиси циркония и глинозему.
Кремнезем и особенно окись железа легко восстанавливаются при низких давлениях и высоких температурах. Вследствие этого при литье под вакуумом сплавов, содержащих углерод, алюминии и титан, можно ожидать реакции кремнеземистой формы с этими элементами.
Все названные выше окислы при соприкосновении с жидким металлом в некоторой степени диссоциируют, а продукты диссоциации растворяются в металле или уходят в виде газа.
Из приведенных данных видно, что наиболее приемлемыми материалами для тиглей при вакуумных плавках могут быть двуокись циркония, глинозем и окись магния.
В настоящее время перечисленные окислы являются наиболее распространенными огнеупорными материалами для изготовления тиглей индукционных вакуумных печей. Указанные материалы применяют ’плавлеными. Нсплавленыс огнеупорные материалы вследствие их сильного взаимодействия с металлом и незначительной стойкости непригодны для изготовления тиглей вакуумных индукционных печей. Не следует также применять в качестве связующего борную кислоту, так как это портит металл. Так, например, в сплаве, выплавленном в тигле из неилавленого магнезита с добавкой борной кислоты, содержится бора в 2—2,5 раза больше расчетного. Увеличивается также количество кислорода в сплаве вследствие реакций восстановления окиси магния углеродом, содержащимся в металле. Бор почти полностью остается в металле, а магний в металле не обнаруживается. Но на внутренних стейках вакуумной печи осаждается порошок светло-серого цвета, состоящий в основном из окиси магния, что свидетельствует о возгонке огнеупорного материала тигля в условиях вакуума.
2. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТИГЛЕЙ ДЛЯ РАБОТЫ В УСЛОВИЯХ ВАКУУМА
В настоящее время в заводской практике применяются в основном два способа изготовления тиглей, работающих в условиях вакуума: 1) набивка тигля из плавленых огнеупорных материалов с применением минерализующих и клеящих добавок по металлическому выплавляемому шаблону и 2) набивка тигля из плавленых огнеупорных материалов по графитовому шаблону с последующим спеканием и оплавлением тигля разогревом шаблона до высокой температуры.
52
Исходные материалы для изготовления набивных тиглей с применением связующих приведены в табл. 12.
Таблица 12
Наименование материала	ГОСТ или ТУ
Основные материалы Электрокорупд белый	 Магнезитовый порошок	 Глинозем	 Техническая двуокись циркония	 Добавки Плавиковый шпат (фтористый кальций)	 Декстрин	 Огнеупорная глина 		ТУМТ-71-1 ГОСТ 4689-49 ГОСТ 6912-54 М ПТУ-4357-53 ГОСТ 7618-55 ЦМТУ-1260-42 ГОСТ 6034-51 ТУО-51
Из указанных основных материалов приготовляют одну из следующих смесей:
1)	глипозем 70% и магнезит 30%
2)	магнезит 70% и глипозем 30%
3)	магнезит 70%, глинозем 20% и двуокись циркония 10%
Указанные смеси порошков тщательно перемешивают до равномерного распределения и затем плавят в электродуговой печи. Электроды располагают вертикально или под углом 25—30°. Футеровка печи магнезитовая. Подину печи набивают магнезитовым порошком и подсыпают смесь, которая подлежит плавлению. Полученную после расплавления и затвердевания массу удаляют из печи механическим путем в виде блоков при вертикальных электродах или коржей при угловом расположении электродов. Затвердевшая масса обладает большой хрупкостью, имеет монолитный вид и кристаллическое строение. Выход плавленой массы составляет около 50% от первоначального веса смеси порошков, засыпанных в печь для расплавления. Нерасплавившаяся смесь идет на повторное расплавление. Полученный сплав, очищенный от порошка, подвергают дроблению и помолу. Дробленую массу рас-* сеивают на три фракции с размерами зерен 4—2 мм, 2—1 мм и меньше 1 мм: Кусковой плавленый магнезит подвергают также дроблению и помолу с рассевом па указанные фракции. Зернив тость электрокорунда выбирается по классификации, утвержденной ГОСТом для абразивных материалов: фракция 4—2 мм соответствует зерну № 6—12, фракция 2—1 мм соответствует зерну № 12—24 и фракция меньше 1 лш — зерну от № 24 до № 320.
Приведенные выше составы можно применять и неплавлеными, а состоящими из механических смесей электрокорунда и плавлено* го магнезита. Такая смесь обеспечивает также высокую стойкость, но меньшую, чем плавленые смеси. Тигли можно изготовлять от-53
дельно из корунда или из плавленого магнезита; стойкость их в этом случае ниже тиглей как из плавленых, так и неплавлепых смесей. Далее приготовляют тигельную массу. Требуемое количество тигельной массы на набивку одного тигля определяют практически в зависимости от его емкости и размеров. Отдельные составляющие массу компоненты отвешивают на технических весах. Выбор массы для набивки тигля производят исходя из возможностей цеха и наличия материалов. Возможные составы масс приведены в табл. 13 и 14.
Таблица 13
Состав огнеупорных масс для изготовления тиглей
№ масс 	i	Состав сплавленных масс (из порошков)	Зерновой состав в %			Содержание добавок к основным материалам в %		
		4—2 мм	2—1 мм	меньше 1 .к ле	Ми не-pa л и-33 . Gp	Вода	Декстрин
1	Глинозем 70% Магнезит 30%	10	20	70	2	4	1
2	Магнезит 70% Глинозем 30 %	10	20	70	2	4	1
3	Магнезит 70% Глинозем 20 % Двуокись циркония 10%	10	20	70	2	4	1
4	Плавленый электрокорунд 100%	10	20	70	2	4	1
Таблица 14
Состав огнеупорных масс для изготовления тиглей
М масс	Состав смесей плавленых огнеупоров	Зерновой состав в %			Содержание добавок к основным материалам в ?□		
		4—2 мм	2—1	меньше 1 мм	Минерализатор	Вода	Декстрин
1	Электрокорунд		10	20	40	2	4	1
	Плавленый магнезит			—	30			
2	Плавленый магнезит		10	20	40	о	А	1
	Электрокорупд 		—	—	30			1
3	Плавленый магнезит		10	20	40	2	А	1
	Электрокорунд		—	—	20		т	1
	Двуокись циркония 		—	—	10			
4	Электрокорунд		10	20	70	2	4	1
Сухие компоненты тигельной массы нужно смешать в смесительных механических мешалках или в бегунах. При отсутствии смешивающих машин допускается многократное перемешивание вручную. Порядок смешивания: тонкозернистую фракцию (зерно меньше 1 мм) основного компонента тщательно смешивают с ми-54
нерализатором, после этого последовательно добавляют крупную фракцию (зерно 4—2 лья) и среднюю (зерно 2—I мм). Все фракции перемешивают до равномерного распределения. Приготовленную сухую смесь увлажняют (до 4%) водным раствором клея (1% по сухому веществу), после чего тщательно перемешивают на смешивающих машинах. Массу следует сразу подавать на набивку. Допускается ее хранение не более 2 час. в железной таре, накрытой влажной мешковиной.
Фиг. 32. Схематический разрез индуктора вакуумной печи: / — витки индуктора, 2 — керамическая обмазка.
Фиг. 33. Общий вид прокладок из стеклоткани:
1 — донные круги из стеклоткани, 2 —цилиндры из стеклоткани для обкладки индуктора, 3 — шов нна хлсстку.
Тигель набивают непосредственно в индукторе печи по шаблону. При установке нового индуктора для избежания ионизации в вакууме его следует предварительно покрыть изоляционной обмазкой (фиг. 32). Для этого витки промазывают бакелитовым лаком, затем обматывают лакотканью, а поверх лакоткани стеклотканью (фиг. 33). Обмотку следует наносить очень тщательно, плотным слоем. Чтобы стеклоткань прочнее держалась, ее покрывают сверху шеллачным .раствором (раствор шеллака в спирте). Обычно изолируют таким способом три верхних и три нижних витка, а также концы индуктора. Можно изолировать и все витки. Кроме того, пространство между витками промазывают керамической обмазкой с целью дополнительной изоляции. Применяются следующие керамические обмазки:
1)	кварцевая мука (или маршалит) 66% и алебастровая мука 34%;
2)	цирконовая мука 50% и электрокорунд № 100 и 300 (в соотношении 1:1) 50%;
3)	тальковый порошок 65% и бакелитовый лак 35%.
55
Указанные смеси размешивают до консистенции густой сметаны и быстро промазывают пространство между витками так, чтобы масса была с обеих сторон заподлицо с витками (см. фиг. 32). Первая смесь замешивается на воде, вторая — на этилсиликате (1 л этилсиликата растворить в 100 г воды). Изолирующую об
мазку индуктора сушат на воздухе до полного высыхания.
Тигель набивают непосредственно в индукторе печи по шаблону. Перед набивкой тигля необходимо тщательно проверить
Фиг. 34. Крепление шаблона перед набивкой: /—траверса для поджатия шаблона, 2 — графитовый стержень. нв?р истый в шаблон, 3 —графитовый шаблон.
исправность всех механизмов и частей печи (поворотного механизма, крепления индуктора, каркаса печи, водоохлаждающей системы, обмазку и изоляцию индуктора и др.). При повреждении этих элементов их следует восстановить. Подготовленный индуктор изолируют от набивной огнеупорной массы стеклотканью. Стеклоткань приклеивают к обмазке индуктора раствором жидкого стекла или декстрином. Общий вид прокладки из стеклоткани показан на фиг. 33. Применять для тех же целей асбестовые листы не следует, так как они обладают большой газонасыщенностыо и сильно снижают вакуум. Набивают тигель непосредственно в индукторе пневматическим трамбованием или вручную. На подину (шамотная плита или шамотные кирпичи) насыпают с л о й т и ге л ъ н о й массы толщиной до 10 мм. Набивку подины производят слоями толщиной 20—30 лш с помощью плоской трамбовки. Перед засыпкой очередного слоя поверхность набитого слоя не
обходимо взрыхлить металлической гребенкой-рыхлителем на глубину 5 мм. Плохое разрыхление может привести к расслоению с образованием глубоких трещин. Набивка подины заканчивается на уровне второго витка индуктора. Толщина подины должна быть не мепее 50 мм для тиглей емкостью 10—15 кг и не менее 80 мм для
тиглей емкостью 50 кг. В центре утрамбованной поверхности подины устанавливается металлический шаблон, который строго центрируется относительно индуктора. В отцентрированном положении шаблон закрепляют траверсой (фиг. 34). Можно также закрепить шаблон деревянными клиньями. Геометрическая форма и размеры шаблона определяются объемом и профилем плавильного прост
ранства.
Шаблоны изготовляют литые (монолитные и пустотелые), точеные или сварные из листовой стали толщиной 3—5 лш. Литые
56
шаблоны можно изготовлять как из чугуна, так и из стали. Форма шаблона предпочитается коническая, как обеспечивающая лучшую стойкость тигля. По высоте шаблон должен быть такой, чтобы верхний его край находился выше уровня верхнего витка индуктора. Размеры шаблонов устанавливают в зависимости oi размеров тигля. При применении литых шаблонов в них следует предусматривать небольшую полость с тем, чтобы при выплавлении шаблона жидкий металл не переливался через края тигля. Набивку стенок тигля производят также послойно с особой тщательностью и до максимального уплотнения массы.
Для набивки стенок применяют трамбовки со сферической поверхностью. При набивке не допускается смещение шаблона вверх .или в сторону; следует также следить за тем, чтобы при набивке не попадали в массу и не затрамбовывались посторонние включения (асбест, слюда, металл и т. д.), так как это сильно ослабляет стенки тигля и снижает его стойкость. Для хорошего уплотнения верхних слоев стенок тигля необходимо набивать стенки на 20—30 мм выше установленной высоты, что достигается установкой специального металлического кольца по наружному диаметру тигля. После набивки излишняя высота срезается, и срезанный торец хорошо заглаживается металлической гладилкой.
Воротник печи изготовляется в зависимости от способа слива металла в форму. В случае заливки форм с поворотом на 180е на заглаженный торец стенок тигля накладывается керамическое кольцо заподлицо с верхней плитой индуктора, а при заливке формы через сливной носок (или при установке формы под углом 00° к вертикальной оси тигля) вместо кольца устанавливается фасонная керамическая плита. Образующийся шов между торцом тигля и керамическим воротником тщательно заделывается и заглаживается составом, состоящим из тигельной массы с добавлением каустического магнезита или часовъярской огнеупорной глины в количестве 6—8%. Керамические воротники в виде колец илп фасонных плит изготовляют из массы следующего состава:
электрокорунд	белый (ЭБ-99), зерно № 36—46	46%
электрокорунд белый (ЭБ-99), зерно Xs 100— 120 •.......................................... 46%
минеральная композиция........................... 8%
13 весовых частей
парафин..............................'	. . от веса массы
Приготовление минеральной композиции, формовка и обжиг воротников производится аналогично порядку изготовления керамических драйеров, т. е. перечисленные материалы смешиваки при определенной температуре в конверторе до жидкотекучего состояния и заливают в пресс-форму; извлеченную из пресс-формы застывшую массу ставят в короб, засыпают просушенным глиноземом и подвергают обжигу в высокотемпературных печах. При отсутствии в цехе возможности изготовления керамических ворот-
ников последние изготовляются из то!! же массы, что и стейки тигля, но с добавлением разбавленного водой жидкого стекла В этом случае воротник просто намазывается на стенки тигля и ему придают .необходимую форму. Аналогично футеруют сливной носок.
Набитый в индукторе тигель подвергают сушке в течение нескольких часов па воздухе, а затем электроспиралью или непосредственно под током. Ориентировочный режим сушки под током в зависимости от емкости тигля:
15—20 кет
20—30 „
30-40 .
40—50 .
10—15 мин.
15-20 „
10—15 „
Ю-20 „
После того как тигель хорошо просушен (отсутствуют пары и конденсат на витках индуктора), переходят к расплавлению шаблона. Просушивание и прокаливание стенок тигля можно также производить графитовым электродом, который имеет форму и размеры металлического шаблона. При этом способе графитовый электрод устанавливают вместо металлического шаблона, удаленного после набивки тигля. После расплавления шаблона тигель должен быть полностью заполнен жидким металлом. Температуру металла доводят до 1800—1900°. Выдержка при указанной температуре 10—20 мин., в зависимости от объема тигля.
Затем тигель освобождают от жидкого металла и производят тщательную очистку стенок и дна тигля от пленки застывшего металла и шлака о помощью железного ломика-юкребка, расплющенного на конце и имеющего вид совковой лопаточки. Очистку следует производить быстро без ударов по стенкам и дну тигля. После чистки производят осмотр состояния тигля. Поверхность стенок тигля должна быть гладкой, заглазурованпой и механически прочной по всей высоте. При чистке тигля стенки не должны осыпаться. При недостаточном спекании стенок тигля после расплавления металлического шаблона можно произвести дополнительное прокаливание с помощью графитового шаблона. Для этого в тигель вставляют графитовый шаблон, выточенный из графитового электрода по форме металлического шаблона. После осмотра тигля проводят промывную плавку металлом того же состава, который будут плавить при последующей эксплуатации тигля. Температура жидкого металла промывной плавки должна быть на 200—300° выше обычной. Это необходимо для лучшей термической обработки контактной поверхности стенок тигля. После промывной плавки тигель готов к эксплуатации.
Второй способ изготовления тиглей для работы в условиях вакуума заключается в набивке тигля из плавленых огнеупорных материалов вокруг графитового шаблона с последующим спека-'8
чИеМ и оплавлением стенок тигля разогревом шаблона. Исходными основными материалами при этом способе являются те же смеси из плавленых огнеупоров, что и 'при первом способе (см. габл« 53 и 14). Добавки (связующие) в этом случае не применяются. Изоляция индуктора аналогична описанной в первом способе.
В качестве керамической подмазки для витков лучше всего применять смесь талька с бакелитовым лаком. Тальк тщательно размешивается до густообразного состояния. Полученной в .виде замазки смесью промазывают индуктор, как показано па фиг. 32, к сушат па воздухе. Если после подмазки получились неровности и шероховатости, то их нужно до сушки затереть спиртом с целью получения гладкой поверхности. Сушку нужно производить до тех пор, пока подмазка не станет совершенно твердой. Обычно это наступает через 2—3 суток. Для ускорения сушки можно пользоваться электролампой мощностью 500—1000 вт. Полученный защитный слой затем используется па несколько набивок.
После подготовки индуктора следует изготовить графитовый шаблон по размерам тигля и графитовый стержень с резьбой (фиг. 35). Материалом для шаблонов служат графитовые электроды. На наружной поверхности графитового шаблона не следует допускать грубых забоин и раковин. Далее следует .приготовить огнеупоры необходимой грануляции и перемешать их тщательно в сухом виде. Для изготовления воротника и сливного носка тигля обычно берут электрокорунд марки ЭБ-99 и увлажняют жидким стеклом, разбавленным водой. После этого производят набивку тигля. Для этого устанавливают индуктор таким образом, чтобы ось А индуктора была расположена вертикально (фиг. 36). Затем приготовленной заранее смесью в сухом или слегка увлажненном виде засыпают и утрамбовывают подину. На подину устанавливают графитовый шаблон. Пространство вокруг шаблона засыпают той же смесью, что и подину, и утрамбовывают ручной трамбовкой. Для улучшения набивки смесь слегка увлажняют водой или этилсиликатом. Для изготовления воротника и сливного носка тигля обычную смесь слегка увлажняют раствором жидкого стекла в воде. Радиус закругления воротника и желоб сливного носка следует оформить по шаблону.
Набивку тигля можно производить непосредственно на печи или вне печи, отсоединив индуктор и установив его на специальный стенд. Набитый тигель подвергают сначала сушке на воздухе, затем лампой или электроподогревателем. При сушке следует тщательно просушить воротник и сливной носок тигля. Для этого обычно одни нагреватель устанавливают над носком, а второй -над центром шаблона.
Просушенный тигель подвергают спеканию и оплавлению. Для этого индуктор с тиглем устанавливают внутрь вакуумной печи (если набивка производилась вне печи) и выравнивают его. Затем ввертывают в шаблон графитовый стержень и устанавливают
59
утеплительную падставку. После этого соединяют стержень с помощью троса с крюком тельфера и слегка натягивают трос; при этом трос должен быть натянут строго вертикально н совпадать с вертикальной осью шаблона; перекос тигля и шаблона допускать нельзя. Поверхность графитового шаблона, выступающего из тигля, а также поверхность стержня обычно покрывают огнеупорной краской па высоту 100—200 лш или -слегка обмазываю" глиной во избежание обгорания графита во время нагрева.
Фиг. 36. Схематический разрез устройства для изготовления тигля по графитовому шаблону: 1 — крюк тельфера, 2 — металлический трос, 3 — ниппель графитовый. 4 — утеплительная надставка, 5. 6 — корунд, 7 — шаблон графите вый, S —шамотный кирпич.
Фиг. 35. Графитовый шаблон и стержень: / — графитовый шаблон, 2 — графитовый стержень, ввертывающийся в шаблон.
В качестве огнеупорной крас
ки можно использовать покрытие, применяемое в точном литье для окраски восковых моделей. По-еле этого включают генератор и разогревают шаблон. Начальный прогрев шаблона производят на малой мощности генератора, для того чтобы выжечь из графита грязь и масло и избежать вспучИ' вания воротника и сливного носка. После того как основная масса газов из футеровки тигля и шаблона удалена, увеличивают мош.' ность, для того чтобы окончательно высушить и -спечь тигель. За-тем увеличивают мощность до максимальной и накаляют шаблон до температуры оплавления материала тигля. При этой темпе1' ратуре топки-j слой набивки, прилегающий к шаблону, оплая-
ляется. Оплавление можно заметить по появлению зеленоватых язычков пламени, возникающих между шаблоном и футеровкой тигля. После того как произошло оплавление стенок тигля, вытаскивают шаблон из тигля на высоту 50—100 лш. Раскаленный шаблон держат в приподнятом положении несколько минут с тем, чтобы спечь воротник тигля. Затем шаблон снимают и кладут на сливной носок для обжига последнего.
Горячий тигель подвергают дегазации при максимально воз-
можном вакууме. Эту операцию после удаления шаблона, не дав возможности остынуть тиглю, так как удаление газов из сильно раскаленного тигля происходит наиболее эффективно и обеспечивает при дальнейшей работе быстрое. получение рабочего разрежения в вакуум-камере. Шаблон остужают в воде для предохранения от обгорания его на воздухе. Шаблон используется па несколько набивок. Для проведения последующих набивок поверхность шаблона предварительно зачищают наждачной бумагой.
Общий вид тигля, изготовленного описанным способом, показан на фиг. 37. Хорошо изготовленный тигель должен иметь ровную глазурованную поверхность. При таком способе изготовления тигля стенка тигля имеет несколько слоев с различной степенью спекания: 1-й слой —
следует производить тотчас же
Фиг. 37. Обший вид тигля, изготовленного методом оплавления (разогревом графитового шаблона). Материал тигля — плавленая двуокись циркония.
оплавленный, 2-й слон — спеченный, 3-й слой — полуспеченный и
4-й слой — неспеченная сыпучая масса.
Подипа, как 'правило, имеет более толстый спеченный слой. Если при удалении шаблона происходят подрывы стенок тигля, то места подрыва обычно подмазывают смесью, применяемой для набивки тигля; подмазанные места просушивают и снова оплавляют путем разогрева шаблона до высоких температур. Для избежания подрывов не следует допускать перекосов шаблона при его установке и удалении.
Описанный способ изготовления тиглей имеет преимущество перед первым способом по качеству получаемой поверхности тигля. Оплавленная глазурованная поверхность при прочих равных Условиях в меныпей степени взаимодействует с жидким металлом, чсм просто спеченная поверхность, так как имеет по сравнению с последней максимальную поверхность соприкосновения с жид
61
ким металлом. Однако следует заметить, что способ набивки тигля по графитовому шаблону менее технологичен, чем первый способ, и дает удовлетворительное качество тиглей при сравнительно небольших емкостях (10—15 кг). Получить таким способом тигли больших емкостей сложно ввиду трудности изготовления соответствующих габаритов графитовых шаблонов, сложности их удаления в раскаленном состоянии, а также склонности тиглей к растрескиванию.
3. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕТАЛЛА С МАТЕРИАЛОМ ТИГЛЯ
Как уже было сказано выше, тигель, работающий в условиях вакуума, кроме стойкости к растрескиванию и размыванию, должен отвечать еще одному серьезному требованию — материал
Фиг. 38. Восстановление циркония из материала тигля (плавленая двуокись циркония) в зависимости от температуры жидкого металла. Вакуум 1  1()“3 мм рт. ст. Выдержка 40 мин. Сплав на никельхромовой основе.
тигля но должен химически взаимодействовать с жидким металлом, чтобы пе вызывать изменения химического состава последнею. При обычнОхМ атмосферном давлении окись алюминия, окись магния и двуокись циркония имеют высокую температуру начала восстановления, поэтому возможность восстановления из футеровки тигля алюминия, магния и циркония в этих условиях при температурах металла 1500—1600° исключается. В вакууме же, как известно, температуры начала восстановления окислов значительно снижаются и, следовательно.
возможно загрязнение металла продуктами диссоциации указанных окислов даже в случае применения этих окислов в плавленом виде. Для предотвращения восстановления футеровки тигля решающее значение имеет режим ведения плавки.
Исследования показали, что па ин-
тенсивность восстановления в основном влияют четыре фактора: величина вакуума, температура металла, время выдержки жидкого металла под вакуумом и состояние поверхности стенок тигля.
Зависимость восстановления футеровки из плавленой двуокиси циркония от температуры показана па фиг. 38.
Как видно из приведенных графиков, при температуре 1600 — 1650° в металле обнаруживаются только следы циркония; с увеличением температуры до 1750° в сплав -попадают уже сотые доли процента циркония, а при температуре выше 1750° — десятые доли.
62
В плавках, которые проводятся с дополнительным введением в расплав свободного углерода с целью раскисления сплава, при прочих равных условиях обнаруживается большее количество циркония по сравнению с плавками, в которые углерод дополнительно не вводится. Существенное влияние оказывает также величина вакуума и продолжительность выдержки под вакуумом жидкого металла (фиг. 39 и 40).
Фиг. 39. Восстановление циркония из материала тигля (плавленая двуокись циркония) в зависимости от величины вакуума. Сплав на никельхромовой основе:
А — без раскисления углеродом, Б — с р а скис л ei । н ем угл е род о м.
Фиг. 40. Содержание циркония в металле в зависимости от времени выдержки жидкого металла под вакуумом. Материал ' тигля — плавленая двуокись циркония. Сплав па ннксльхромовон основе. Вакуум НО-4 мм рт. ст.
Приведенные данные о восстановлении плавленой двуокиси циркония безусловно являются весьма относительными и могут изменяться в зависимости от условий проведения плавки. Тем не менее на основании экспериментальных и практических данных заводских плавок можно сделать заключение о том, что интенсивность восстановления футеровки тигля в вакууме прямо пропорциональна величине вакуума, температуре жидкого металла и времени выдержки жидкого металла под вакуумом. Чем больше указанные величины, тем интенсивнее идет восстановление материала тигля.
Кроме температуры и времени выдержки, на восстановление материала тигля оказывает сильное, влияние присутствие различных количеств углерода в сплаве. Чем больше в сплаве углерода, тем интенсивнее идет восстановление (см. фиг. 39). Следовательно, для предотвращения химического взаимодействия металла с футеровкой тигля и загрязнения металла продуктами восстановления плавку и литье в вакууме следует проводить при минимальной температуре жидкого металла, при невысоком вакууме и незначительной выдержке жидкого металла под вакуумом. Эти Основные параметры плавки металла в вакууме следует в каждом отдельном случае подбирать применительно к тому огнеупорному
63
материалу, из которого сделай тигель. Кроме того, материал тигля должен быть подобран в зависимости от марок выплавляемых в нем сплавов с тем, чтобы не загрязнять сплав нежелательными •компонентами. Так, например, плавить в тиглях из окиси алюминия можно только те сплавы, которые содержат в своем составе алюминии и для которых незначительная добавка алюминия в процессе восстановления не сыграет никакой роли.
Как показывает практика работы, жаропрочные сплавы на никельхромовой основе, содержащие в своем составе алюминий и титап, можно выплавлять в тиглях из плавленого корунда в определенном температурном диапазоне жидкого металла (1450— 1550°) и при определенной продолжительности выдержки пол вакуумом (20—40 мин.).
В табл. 15 приведены данные по содержанию алюминия в металле при проведении серийных заводских плавок в тиглях из плавленой окиси алюминия емкостью 50 кг. Из приведенных данных видно, что при температуре металла до 1550° и выдержке при этой температуре под вакуумом в течение 20—40 мин. количество алюминия в сплаве практически не изменяется. Применение тиглей из плавленой окиси алюминия при температурном режиме до 1550° приемлемо для сплавов, содержащих алюминий.
Таблица 15
Содержание алюминия в сплаве при проведении плавок в тигле емкостью 50 кг из плавленой окиси алюминия
Условия проведения плавки				Содержание алюминия в металле в %
Материал тигля	Температура металла в °C	Величина вакуума в леи рт. ст.	Выдержка жидкого металла в мин.	
Плавленая окись алюми-	1410	7-ю-3	24	6,44
ния	1410	5-10-3	30	6,40
	1420	5-10-3	38	6,44
Плавленая окись алюми-	1500	7-Ю-3	28	6,09
ния	1490	5-Ю-3	34	6,40
	1500	7-IO-3	35	6,31
	1520	7-10“3	37	6,31
	1490	7-10-3	38	5,72
i	1490	5-IO-3	38	6,40
	1510	9-Ю-3	40	6,36
	1520	7-Ю-3	41	6,0
	1500	7-Ю-3	67	5,89
Плавленая окись алюми-	1550	7-Ю-з	18	6,31
ния	1540	6-10-3	22	6,40
1	1560	8-10-3	20	6,40
1	1540	9-10—3	26	6,28
	1550	7 10—3	32	6,37
	1560	7-Ю-3	40	6,44
Примечание. Соде	•ржание алюмин	•ия в сплаве до nepi	еплава в вакуум	се 6,3%.
64
При проведении плавок в тиглях из двуокиси циркония, окиси магния и окиси алюминия особое внимание должно быть уделено времени выдержки под вакуумом и температуре металла. На фиг. 41 приведено содержание кислорода в сплаве в зависимости от температуры металла и времени выдержки. Как видно из графиков, при увеличении выдержки до 60 мии. содержание кислорода в сплаве увеличивается.
Большое значение для уменьшения взаимодействия
Фиг. 41. Содержание кислорода п сплаве в зависимости от температуры металла и времени выдержки: /—температура мt:г,ijj.i•! 1ГЛ0Л 2 — температур;) металла 1-150°. .Материал тигля — плавленая дрлчн.иеь циркония.
Сплав на ппкелъхромовой основе. Вакуум 5 • 10з.'.и рт. ст.
металла с тиглем имеет зернистость огнеупорного материала. При использовании огнеупорного материала, состоящего из смеси мелкозернистых со ст а вл я ющи х,	пол у ч а ю тся
лучшие результаты, так как огнеупорный материал образует псп набивке более плотную массу с меньшей поверхностью смачивания ее жидким металлом. Кроме того, такая мас-
са лучше противостоит зарастанию степок тигля металлом и скисл ам и.
Для максимального избежания взаимодействия жидкого металла с футеро-вкон тигля плавку сплавов па никельхромовой основе обычно проводят в вакууме 1 • 10—3 —5 • Ю~3 льн рт. ст. при температурах 1400—1450°. При этой температуре производят выдержку жидкого металла в течение 15—20 мин. с целью удаления
1азов и восстановления окисных плен.
Перед разливкой металла в формы-печь обычно заполняют инертным газом (0,5—1 ат), затем повышают температуру до необходимой и производят заливку.
ГЛАВА V/
ФОРМЫ ДЛЯ ЛИТЬЯ в ВАКУУМЕ
Применение плавки и разливки металла в вакууме значительно облегчило получение качественного металла при заливке его в металлические изложницы, но сильно усложнило получение деталей при изготовлении их методом точного литья по выплавляемым моделям.
Одной из причин этого усложнения явилась трудность получения качественной формы.
Чтобы подобрать материалы для литейной формы, необходимо в первую очередь знать поведение при литье в вакууме форм на жидком наполнителе, влияние облицовочных покрытий и модельных масс формы на качество литья, влияние различных способов заливки и литниковых систем на качество отливки, необходимо исследовать такие вопросы, как удаление газов из формы, время дегазации формы и влияющие на него факторы, состояние внутренней полости формы и ее влияние па геометрию и качество отливки, необходимые литниковые системы и другие вопросы.
1. УДАЛЕНИЕ ГАЗОВ ИЗ ФОРМ
Форма испытывает менее сильное воздействие жидкого металла, чем тигель. Однако при заливке под вакуумом любая реакция, приводящая к образованию газов, более опасна» чем при нормальном давлении.
?Ииогие формовочные материалы, прокаленные при темпеэа туре 950°, сохраняют летучие вещества, которые выделяются прь соприкосновении формы с еше более горячим жидким металлом Поэтому вопрос дегазации формы имеет важное значение. Опыты [[оказывают, что если прокаленную до 950° форму поставить в вакуум-камеру и, поддерживая температуру формы, производить дегазацию формы в течение непродолжительного времени (10 — 15 мин.), то в ней все же остается большое количество газов. После слива в форму металла вакуум падает вследствие га.зо-выделеиия формы.
Только при продолжительном вакуумировании насосами достаточной мощности хорошо прокаленной формы дегазация се происходит достаточно полно; в момент заливки вакуум в камера 66
надает примерно на один порядок, что свидетельствует о хорошей дегазации формы (табл. 16).
Таблица 16
Величины вакуума в плавильной камере до и после заливки форм в зависимости от продолжительности дегазации форм
№ плавок	Г абарпты форм в ,ил	Количество форм	Состав формовочной смеси	Время дегазации формы в час. и мин.	Температура формы в РС	Вес металла в иг	Вакуум к моменту разлила в мм рт. ст.	Ва^ уум после разлива в мм рт. ст.
1	014О>28О	1	38% песка. 12% цемента	4. —	950	3,2	8,5-10-5	3,5-10-4
о	0140 У 280	1	То же	3. 40	950	2,6	4.10-'»	8-10-s
3	0140/ 280	1		3. 25	950	2,6	2-10--4	6-10-1
4	0140/ 280	1		4. 20	950	2,6	1,5-10—1	6-10—«
5	0140x280	1	»	3. 15	950	3,0	6,5-10-ь	1,5-10-«
Примечав и е.		, Tемпература металла		, сливавшегося в		ферму, ]	[450°.	
Однако следует отмстить, что в том случае, если темпера гура формы не сохраняется и форма остывает в процессе вакуумирования, степень дегазации -'е становится меньше. Экспериментами установлено, что пониженная температура прокалки форм также уменьшает степень ее дегазации. Так. например, при температуре прокалки формы 850° и времени вакуумирования в течение 35 мин. насосом БН-1500 был достигнут вакуум 7- 10~3 jlu рт. ст. После заливки формы металлом весом 8 кг с температурой 1420° вакуум упал до 3- КН лич рт. ст.
При температуре прокалки 750° и времени вакуумирования в течение 15 мин. насосом ВН-4 был достигнут вакуум 5-Ю-1 мм рт. ст. После заливки формы металлом весом 8 кг вакуум упал до 500 мм рт. ст. Эти результаты говорят о том. что для улучшения степени дегазации формы решающим фактором является температура формы. Эта температура должна быть максимально высокой и се необходимо поддерживать в течение всего процесса вакуумирования вплоть до заливки. Иными словами, необходим электроподогрев форм в процессе их дегазации.
В табл. 17 п-'Иведены экспериментальные данные по определению продолжительности дегазации формы в зависимости от мощности применявшихся насосов и достигнутой величины вакуума.
При дегазации форм указанных габаритов вакуум 4-Ю-3— 9* 10“3 мм рт. ст. создается насосами БП-З и БН-1500 примерно За 30—35 мин. (включая время работы форвакуумных насосов), причем иасос БИ-3 справляется с откачкой газов из формы при наличии в вакуум-камере 8 кг холодного металла; при разогреве и плавлении металла вакуум резко падает, так как насос не справляется с эвакуацией газов. Насос БН-1500 обеспечивает вакуум Ю~3 мм рт. ст. при одновременной дегазации формы и жидкого 5*	.	67
Таблица 17
Величина вакуума, достигнутая в плавильной камере, в зависимости от мощности применявшихся насосов и продолжительности вакуумирования
Г абариты форм В ЛШ	КОЛН’ЦСГ-1’0 форм	Состав форМ0Г:07Я0Ч СИССИ	Тип насоса	Время дегаза-нп 1 15 M’.ill.	Достигнутый вакуум в ,н>: рг. сг.	Дегазировалось одновременно С формой В мкуум-камсре 1
235 .< 180x36")	1	Песка 88%, цемента 12%	ЕН-2	2	5-10-1	।
235 X 180z\360	1	То же	ВН-2	3	3.10-1	Только форма
235x180x360	1		ЕН-2	3	з-ю-1	Объем ваку ум-ка-меры 1 и3
235 < 180X360	I		ЕН-4	13	1,5-Ю-1	8 кг холодного ме-
235X180x360	1		ВН-4	12	2 10-1	талла и тигель
I 235x180x360	1		ВН-4	15	8 10-2	емкостью 15 кг.
1 235X180X36) I	1	и	ВН-4	12	7-10—-'	Об i см вакуум- • камспы 1 .и3
L i ! Цилиндрическая I 0 200X385	1		ВН-4	10	3.J0-1	8 кг металла, разо-
	1		ЕН-4	15	110-1	грето о до 9j0c, и тигель емкость и 8 кг.
	1		ЕН-4	10	3-10 1	Об_.ем вакуум-камеры 1 .и3
235''180X360	1		ЕН-3	34*	8-10—1	8 кг холодного ме-
235X180x360	1		I5H-3	31*	9-10-3	талл : и тигель
235x180x360	1		БН-З	36*	4-10-3	емкостью 15 кг. Об. см вакуум-| камеры 1 л/3
Цилиндрическая	1		ВН 1500	30*	9-10—3	8 г металла, разо-
й 200X385	1		ЕН-1500	36*	6 IO-3	гретого до 1500°.
	1		БН-1500	35*	7-Ю-3	и тигель емкостью 8 кг. Объем вакуум-кам ры 1 л;3 1
200X260X400	8		В-Н -Г	14 1	1-Ю-'	Объем вакуум-ка-
200x260X400	8	п	БН-6Г	10 I	2-10-1	меры форм 2 .и3 •тигель с м?тал-ло 1 находится в другой камере)
200X260X400	8	*	БН-4500	12«	1 • ю-»	Объем вакуум-ка-
200x260X400	8		БН-4590	8**	5 10-»	меры форм 2 .к3 (тигель с металлом находится в другой камере)
€-8
Продолжение табл. 17
Габариты форм в леч	Киличгст-го форм	Состав формог очной смеси	Тип насоса	Время дегазации в мин.	Достигнутый ьаку-ум в мм рт. ст.	Дегазпрогалось	j одновременно с формой в •якуумка мере
Форм нет То же	—	—	ГН-6Г ГН-6Г	15 10	1-10-1 210-1	50 кг холодного ме-т лла, ти!ель емкостью 1.0 аи. Объем вакуум -ка?. еры 4 jz3	j i
Форм нет	—		ЕН-1500	15**	5-Ю-з	'0 кг металл.! от включения генератора до иод-1 л вленвя. Объем в куу?.>к<ме- । ры 4 .ч\ Тигель емкостью 50 кг
Форм нет			LH-45OO	45’*	1-10'3 1 	1	ГО кг металла от включения 1 оператора до рас-гл.вления л нагрева до температуры It 00°. Об г см вак\ умка.. сры 4 J;:3, ТИ- } гель е:. костью 50 кг 1 >
* Включая время работы механического насоса ВН-4.
Только время работы насоса БН-4500. Предгари юльный гакуум 2 Ю-’1— blO"1 л.м рт. | ст. создастся насосом ВН-6Г за Ю—14 мня.	I
Примечание. Начальная температура формы ЗБО’: форма в процессе ьакуумирокапня ! остывала до 800—850°.	|
Таблица 1В
Температура остывания форм в зависимости от продолжительности охлаждения в вакучме и на воздухе
Б г.акууме				11а юз духе	j		
Начальная температура формы	Вакуум в лм< рт. ст.	Продолжительность осты камня формы в час.	Т емперату-ра формы за гремя CCTL.il амия в = С	Начальная температура формы в °C	Продолжительность истысаяня формы в час.	Температура формы за гремя остьм акпя в °C
900	6-Ю-з	1	760	900	1	600
900	6-Ю-з	1,5	670	900	1,5	500
900	6-Ю"3	2	650	900	2	400
900	6-Ю-з	2,25	620	900	2,25	330
900	6 IO-3	3	580	900	3	240
900	6-Ю-3	4	500	900	4	180
69
Таблица 19
Величины падения вакуума после отключения насоса в зависимости от продолжительности дегазации форм к продолжительности выдержки после отключения насосов
Вакуум в мм рт. ст. после отключения насоса (падение вакуума) через отрезки времени в сек.	2	: . о • 00 ,'(  	7 7 7 ООО «—4	Т-М	г—t 00	О	об сч	со	СЧ
	150	см	см	см U	U	U •—«	5	»—1 CN	Ю	1О 04	СЧ	СЧ
	120	7 7 7 ООО 0104	04
	105	см	см	см ь	ь	ь об	со	со ♦—1
		г-01-S’I г-ОГЗ‘1 г-019‘1
	S	г_огег‘1 г—01 Е* 1 г-01 ГI
	о	СМ	СМ	СМ 1	1	) ООО —	04
	?	СО	СО	сО U ь ю	to	r- о	о	о
	о СО	со	со	л 1	•’	। ООО . СО ю о 00
	о см	со :0 со ь	U	L LO	LQ	00
	т"’ J	со	со	со 1	1 ООО ч—‘	т—,	»— Ю	LQ	Ь- О	(О
\l;> -jd jrr я ВЭЭЭРН BlfJJOh -ОНГИ10 A1K0W01V >1 еиЛлниа intiihiiL*dQ		СО	СО	со !=>	U	L •—4 LQ	О	Ю о	СО	СО
•ним и -эт?ь а икЦоф винил -odHW.<Axea вwadg		1 8 1 —5	^4 csi
металла. Однако продолжи тельность дегазации формы до начала плавления и -в этом случае большая.
Кроме Бремени на дега зацию формы, еще затрачивается значительное время на расплавление металла и выдержку его в вакууме; общая продолжительность плавки получается большой, и формы сильно остывают.
В табл. 18 приведены температуры остывания форм в зависимости от времени их охлаждения.
Приведенные данные свидетельствуют о том, что для сокращения продолжатель пости плавки при литье в вакууме, а также для улучшения цегазацни форм необходимо осуществлять вакуумирование форм параллельно с плавкой в отдельной камере, оборудованной эле ктр о i 1 одor р еб о м.
В табл. 17 (последыш пять граф) приведены результаты плавок на вакуумной печи непрерывного действия. Дегазация форм на этой печи производится па раллельно с плавкой в специальной камере отсеченной от литейной камеры шлюзом. Как видно из ппив^лоп-иых данных, вакуум 5* 10~3— 1 • 10-3 мм рт. ст. в этой камере при наличии 'В пен восьми форм создается за 18—22 мин., что позволяем сократить общую продолжительность плавки.
Как уже говорилось, насос БН-1500 создаст вакуум 5- Ю-3 мм рт. ст. при одновременной дегазации горя
70
чей формы и 8 кг жидкого металла. Этот вакуум сохраняется к моменту заливки и после заливки только в том случае, если заливку производить при работающем насосе. В этом случае но наблюдается падения вакуума.
Если же, откачав камеру до определенного разрежения, бустерный насос отключить, то уже через несколько секунд наблюдается падение вакуума вследствие продолжающегося газоотде-лепия формы. В табл. 19 приведены величины, до которых падает вакуум после отключения насоса.
Из приведенных данных следует, что слив металла в форму нужно производить немедленно после отключения насоса, тогда потери вакуума будут минимальными. В тех же случаях, когда эти потери недопустимы, заливку следует производить с работающими насосами; только в этом случае будет обеспечена постоянная величина вакуума! до заливки и в момент заливки.
2.	СОСТОЯНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ПОЛОСТИ ФОРМЫ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА РАЗМЕРЫ И КАЧЕСТВО ОТЛИВОК
Фиг. 42. Направление движения газов при вакууми< ровапии формы:
1 — опока, 2 — формовочная смесь. 3 -- огпеупорпми обличи-вочяый слой, 4 - вакуум-камер?..
При литье деталей в вакууме с применением формы на жидком наполнителе на отливках получается большое количество засоров в виде поверхностных включений песчинок п отдельных мелких и крупных. кусочков облицовочного слоя. Кроме того, на деталях получается больше чем обычно заливов, являющихся, как известно, результатом проникновения жидкого металла в трещины облицовочного слоя формы. Детальное ознакомление с процессом литья в вакууме и тщательный анализ брака показали, что основной причиной, вызывающей засоры и заливы при литье в вакууме, является форма. При вакуумировании форм точного литья на жидком наполнителе в начальный момент создаются разные разрежения Р} в полости формы и .₽2 в толще формовочной смеси (фиг. 42). Ввиду того что полость формы открыта и имеет большое сечение, в пей быстро создается разрежение Р\\ в формовочной же
смеси из-за ограниченной газопроницаемости разрежение Р2 создается медленно; при этом давление Р2 в начальный момент откачки будет больше давления Вследствие этого направление просасывапия идет так, как оно показано на фиг. 42 стрелками. При создавшейся разнице давлений облицовочный слой стреглит-ся отделиться от формы. При наличии в форме трещин (а они 71
имеются даже в тщательно выполненной и прокаленной форме)
из трещин в полость засасываются песчинки, а также кусочки от слоившегося облицовочного слоя. При заливке металла в формы песчинки и кусочки облицовочного слоя создают засор.
Всасывание песчинок и кусочков будет тем больше, чем больше величина вакуума. Это положение было подтверждено экспери-
ментами, сущность которых заключалась в том. что изменяли
Фиг. 43. Экспериментальная установ-
направление отсоса газов и:-, формы. С этой целью в стенка? опоки делали отверстия, нижний торец формы ставили на решетчатую подставку, а верхний то рец закрывали плотно алюми лиевой пластинкой. По такому способу была проведена сери-: плавок на специальной уставов ке, позволявшей закрыть полосн. формы путем поджатия ее черс:-. асбестовую прокладку к крышке вакуум-камеры (фиг. 43). В это?' случае просасывание воздуха происходило так, как оно пока зано на фиг. 43 стрелками. При этом полость формы вакуумировалась в последнюю очередь н давление Р\ в начальный момсн! откачки было больше давления Р2. Образовавшаяся разнос?; давлений поджимала облицовоч-
ный слой к толще формовочной
ка для определения влияния направления потока газов па отслоение керамической оболочки:
/ — стопорный ковш. 2 — пряжимы, ’ — держатель, 4 — асбестовая прокладка. 5— резиновая прокладка. 6 — керамический сгакаичкк. 7 — патрубок, г? — направляющие стойки, 9 — форма. 10 — шток. II — вз-куум-камсра, 12 — решетчатая подставка, — отверстие для ввода инертного газа, 14 — кронштейн, 15 — алюминиевая пластинка.
смеси, а нс отрывала от нес Отдельные песчинки также всасывались внутрь трещин. Результаты контроля поверхности деталей, отлитых таким способом
приведены в табл. 20.
Полученные результаты пока
зали, что, несмотря на наличие заливов на поверхности отлитых деталей, засоров в виде раковин от включений песчинок и кусочков облицовочного слоя обнаружено нс было.
Однако осуществить направление отсоса газов, показанное не фиг. 43, при практической работе па вакуумных печах не представляется возможным, и брак по засору при применении форм на жидком наполнителе остается большим.
Результаты контроля показали также, что формы на жидком наполнителе при литье в вакууме имеют большую чувствительность к проникновению металла в мельчайшие трещины и поры.
72
Таблица 20
Результаты контроля деталей, отлитых на установке, изображенной ________________________на фиг. 43______________________
№ иласок	Количестве отлитых деталей в шт.	Вакуум к моменту залиькн в мм рт. ст.	Состояние поверхности деталей		
			Засор	з	а л ивы	।
1	3	3-10-1	На трех деталях за-	Заливы на	двух деталях !
			соров нет		
2	3	5-10-1	То же	Заливы на	трех деталях !
3	3	з-ю-1		Заливы на	двух деталях
4	3	4-10-1		Заливы на	одной детали !
5	3	5-10-1	ц	Зал,чвы на	двух деталях j
6	3	5-10-1		Заливы на	одной детали \
7	3	5-10-1	W	Заливы на	двух деталях i
Прим	I с ч а н не.	Л ля всех форм	применялась модельная м:	ieca марки КПП. Форма на жид- ;	
ком исполнителе (88% песка, 12%' глиноземистого цемента и 30% ;;оды к •
СУХИМ С(.СТЙЬЛЯЮЩИ.М).	’
т. е. к заливам. Трещины, имеющиеся в форме, при движении газов в прямом или обратном направлении как бы «размываются-этими газами и становятся больше. Кроме того, как было уже доказано экспериментально, жидкотекучесть сплава в вакууме значительно возрастает, поэтому трещина, не заполняющаяся металлом при заливке форм в атмосфере воздуха, легко смачивается и заполняется жидким металлом в вакууме.
В процессе ведения плавок замечено, что если перед заливкой металлом форм в вакуум-камеру вводится аргон или гелий, то заливов становится меньше. Габариты внутренней полости формы, подвергнутой вакуумированию, практически нс изменяются и пе
Таблица 21
Результаты контроля размеров деталей, отлитых в вакууме 310—3 j/.w рт. ст., в мм
Сечения отлигкн	Селения отлигкн
I |	11	| HI | IV | V | VI	1	|	11	| ПГ | IV | V | VI
Допускаемая толщина отписки по чертежу г. ми	Допускаемый по чертежу зазор по профилю отлнкки в .W.K
2,894	3,17-	4,19 L	6,45 +	9,08 +	1 1.35 +	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5	0,5
+0,15	±0,15	т 0,15	+ 0,2	>0,2	-0,2						
3,0	3,1	4,05	6,45	9,1	11,25	0,6	0,6	0,5	0,4	0,6	0,3 :
2,7	2,75	3,78	6,26	8,8	11,2	0,6	0,6	0,7	0,8	1,1	0,3 ;
3,05	3,15	4,08	6,3	8.57	10,76	0,3	0,3	0,3	0,4	0,4	о.з !
2,7	2,93	3,85	6,25	8,92	11,3	0,3	0,3	0,5	0,7	0,7	0.3
3,1	3,2	4,28	6,63	9,22	11,6	0,2	0,2	0,2	0,3	0.3	0,3
2,7	2,76	3,8	6,42	9,05	11,62	0,3	0,3	0,4	0,5	0,6	0,6
3,0	3,16	4,13	6,38	8,92	11,2	0,3	0,3	0,5	0,4	0,3	0,3
2,78	2,85	4.1	6,6	9,26	11,6	0,3	0,3	0,2	0,2	0,2	0,2
приводят к искажению размеров отливки. Об этом свидетельствуют приведенные в табл. 21 результаты контроля размеров отливок. Как видно из 'приведенных результатов обмера, размеры деталей, отлитых .при различных величинах вакуума, соответствуют размерам, допускаемым по чертежу.
Сравнение результатов контроля размеров деталей, отлитых в вакууме, с размерами деталей, отлитых в атмосфере воздуха, не показало существенного различия.
3.	ВЛИЯНИЕ УСЛОВИЙ ЗАЛИВКИ ФОРМ НА КАЧЕСТВО ОТЛИВОК [27]
С целью изучения причин, вызывающих растрескивание облицовочного покрытия и -образование засоров при заливке форм н закууме, были проведены опыты, сущность которых заключалась з том, что формы, изготовленные по идентичному технологически му процессу, заливались различными способами:
а)	в атмосфере воздуха, стационарно из ковша;
б)	в атмосфере воздуха, на порционной поворотной печи ъ;--ia МБ;
в)	в вакуумной печи емкостью 50 кг через сливной носоь ;игля.
Модели изготовляли из технической мочевины (МБ-97/3) и окрашивали обычным облицовочным покрытием. Модельную массх удаляли вымыванием в горячен воде. Наполнитель формы жидкий ।люберецкий песок 88% и 12% этилс-иликата *в качестве связующего). Формовка на этилсиликате создавала близкие условия расширения наполнителя и керамической пленки, а удаление моделей водой исключало возможность растрескивания и разрушения облицовочного покрытия.
Перед заливкой форм по методу, описанному в пунктах а и % формы предварительно вакуумировали в специальной вакуум-камере в течение 15 мин. при вакууме 0,5 лнч рт. ст.
Результаты, приведенные в табл. 22, показали, что па деталях, отлитых в атмосфере воздуха на поворотной печи, количество засоров было минимально, несмотря па то, что формы, остывавшие в течение 15—30 мин., имели трещины.
Формы, залитые в вакууме и стационарно из ковша, почти во всех случаях имели большое количество засоров.
Можно предположить, что главной причиной, вызывающей брак отливок по засорам в случае вакуумного литья, являете0 изменение условий заливки форм, при котором засоры, получаемые от разрушения плавильного тигля и формы, не улавливаются элементами литниковой системы, а задерживаются стенками форм, что приводит к повышенному проценту брака по засорам.
Кроме того, формовка с жидким наполнителем способствует образованию трещин в керамическом покрытии, приводящему к засорам 'И браку отливок в результате создающегося в толщине формы значительного градиента давлений.
74
Таблица 22
Результаты контроля деталей, отлитых при различных условиях
Способ заливки	Время остывания форм перед заливкой в млн.	Количество деталей в форме	Виды брака			Количество годных
			Растрескивание керамических покрытий	Качество засоров		
В вакуумной печи емкостью 50 кг через сливной носок тигля i 1	30 30 30 30 30	2 2 2 2 2	Нет 1 шт. 2 „		Нет 1 Крупные по [ всей детали	2
1 В атмосфере воз-| духа на 1 оворотиой 1 печи типа МБ	5 5 15 15 35	2 2 2 2 2	Нет 2 шт. 1 „ Нет	Нет я		2 2 2 2 	2
Стационарная заливка из ковша i	5 5 15 15 30 30	Ю IO ю to bo to	Нет Незначительное растр-: скиванис		Нет Мелкие в ниж-' ней части отливки	2
4. ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ МОДЕЛЬНЫХ МАСС И ОГНЕУПОРНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА КАЧЕСТВО ОТЛИВКИ [28]
Для определения влияния различных модельных масс, способов их удаления и различных облицовочных покрытий на трещи-необразованно формы на жидком наполнителе в вакуумной печи емкостью 50 кг были залиты формы, в которых облицовочный слой состоял из следующих материалов: а) электрокорунда марки ЭБ-99; б) силиката циркония; в) кварцевого песка.
В качестве модельных масс применялись модельные массы марок КПЦ, ПП, техническая мочевина МБ-97-3. Удаление молельных масс производилось вытапливанием или вымыванием и Гастворенисм.
Формовку производили различными наполнителями.
Составы форм и полученные при литье в них результаты ото Сражены в табл. 23.
Из рассмотрения данных табл. 23 следует, что при формовке с жидким наполнителем, как правило, образуются трещины керамического покрытия в полости формы, приводящие к браку от яивок по засору.
Растрескивание защитного покрытия происходит при удалении -Модельных масс вытопкой и при остывании форм из-за различного коэффициента расширения керамической пленки.
Таблиц а 23
Влияние различных модельных гласе и огнеупорных материалов на качество отливки
Моде льна я масса	Керамическое покрытие		Наполнитель		Способ удаления модели	Колнчест-। о деталей в шт.	Вид дефекта		Колнчест-1 во годных деталей
	Суспензия	Припыл	сухой	жидкий			Рас грее кн ни.чис керамики	Засор	
кпц	Маршалит	Песок	—	Песок	Вытапливание	8	Небольшие	Небольшой	6
кпц	20 % А12Оя 80% маршалит		—	в	То же	4	Поперечные	Много	—
кпц	20% AIA 78% маршалит 2% Сг.,О3	•	—-			4	Продольные	Небольшой	2
КПЦ	АКОз	А1,О,	—		•	4	—	хМного	—
кпц	Силикат циркония	•	—	»	0	4	Большие по всей поверхности	—	—
кпц	Силикат циркония		—	Силикат циркония	0	4	Небольшие по поверхности пера	Нет	4
ПС	Маршалит	Песок	—	Песок	Вытапли -ванне	4	По перу	Много	—
ПС		-	—		Вымывание	4	Небольшие по перу	Небольшой	2
ПС	АЬОз	А12Оа	—		0	4	То же		2
ПС	Силикат циркония		—			16	я	W	13
МБ-97-3	Маршалит	Песок	—	•	Вытапливание	4	По всей поверхности	Много	—
МБ-97-3			—		Вымывание	4	Небольшие по перу	I Небольшой	3
МБ-97-3	-	Стекольный песок	—	*	*	4	То же	V	2
МБ-97-3		Болы кий песок	—	•	•	4	•	0	2
| МБ-97-3	А12О3	А12О3	—		-	4	По всей поверхности	Много	—
i МБ-97-3	Силикат циркония			-	0	4	небольшие по перу	Мало	3
[ МБ-97-3	Маршалит	Песок	МА	н	0	4	пет	Нет	4
МЬ-97-3	А1лО3	А12о;{	А1.О3	0	г>	4	в	0	4
Примечание. С.г.я sy тнрил Д 11 сугпея'зин брался гндролизогапггый ктнлеиликат. а для наполнителя ! 2^-чгя.З глиноземистый цемент.
Наилучшим защитным покрытием при жидком наполнителе является покрытие из силиката циркония (70%.ZrO2; 0,1% Ре20з; остальное SiO2), но и оно полностью не ликвидирует трещины в защитном покрытии при остывании формы.
Применение модельны?< масс, позволяющих производить их удаление за счет «вымывания» или «растворения» и сухого наполнителя, обеспечивает получение качественных форм без растрескивания керамического покрытия и качественны?: деталей без засоров по вине формы. Растрескивание керамического покрытия в этом случае не происходит ни в момент заливки форм металлом, ни при их остывании.
Были опробованы различные литниковые системы: а) заливка с верхним подводом металла; б) заливка с нижним подводом металла.
При заливке форм с нижним подводом металла, изготовлен' пых на жидком наполнителе, количество засоров получается несколько меньше, чем при заливке форм с -верхним подводом.
Однако нельзя получить качественных отливок без засоров, только за счет применения совершенной литниковой системы.
Если керамическое покрытие способно давать растрескивание, то это непременно приводит при литье в вакууме к получению большого количества засоров. Проведенные эксперименты покатывают, что наименьшее количество засоров получается на деталях, отлитых в форму, изготовленную по следующему технологическому процессу:
1.	.Модельная масса для изготовления моделей — техническая мочевина (.МБ-97-3), которая обеспечивает: а) минимальное колебание линейной усадки при небольшом коэффициенте линейного расширения в температурном интервале 15—35°; б) минимальное объемное расширение при переходе из твердого состояния в жидкое; в) .хорошую заполняемость пресс-формы и неприлииаемость модельного состава к стенкам пресс-формы и инструменту; г) отсутствие склонности к образовашпо в модели газовых и усадочных раковин и утяжки; д) достаточную прочность и отсутствие деформации в процесс? хранении и употребления; с) инертность по оншшепию к огнеупорным покрытиям; ж) низкую зольность — отсутствие зольности, так как модели удаляются растворением в воде; з) низкую температуру плавления; и) дешевизну и ^дефицитность.
2.	Модельная масса для изготовления литниковой системы Г1С (парафин—стеарин)— обеспечивает технологичность изготовления модельных блоков и позволяет высоко механизировать производство их.
3.	Керамическое покрытие: маршалит + гидролизованный этил-силикат. Количество слоев определяется сложностью конфигурации и размерами отливок; закрепление керамического покрытия производится жидким стеклом с добавкой 1% окиси хрома и 15% глинозема.
77
4.	Удаление моделей — вымывание в горячей воде.
5.	Наполнитель — электрокорупд, зерно № 24 или 36.
Электрокорунд не дает
ровании форм различного состава:
.4 — форма на жидком наполнителе, Б —форма па основе технической мочевины и сухого наполнителя, / — включение форвакуумного насоса, 2 — включение бустерного насоса. 3 — момент соединения камеры дегазации форм с плавильной камерой, '/ — слив металла.
растрескивания при прокалке форм при температуре 900—950° и не засоряет вакуумные насосы.
И р едл а г а е м ы й тех пол о -гический процесс изготовления форм для литых деталей, получаемых методом точного литья по выплавляемым моделям в вакууме, позволяет понизить трудоемкость, упростить и удешевить производство и обеспечить наибольшую точ-
пость геометрических ргь мерой деталей.
Кроме этого, сокращл ются затраты на изготовле
ние основного оборудования
Из технологического цикла выпадают прессы для изготовления
моделей, термические печи для вытопки и уменьшается количе-
ство прокалочпых печей за счет сокращения цикла и режима про-
калки и тем самым сокращаются производственные площади и увеличивается выход годного с 1 а2 площади цеха.
В случае заливки формы «с поворотом» необходимо укрепить сухой наполнитель сырой подушкой из 70% маршалита и 30% глиноземистого цемента толщиной 40—50 мм. Для стационарной заливки форм не требуется укрепляющей подушки.
Применение плавленого электрокорунда в качестве наполнителя обеспечивает быстрое удаление газов из формы. На фиг. 4-1 приведены записанные прибором кривые давления в камере при вакуумировании форм на жидком и сухом наполнителе.
Как видно из диаграмм, для удаления газов и создания вакуума 3- 10~3 мм рт. ст. затрачивается 15 мин. в случае применения форм с корундовым наполнителем и 35 мин. для форм на жидком
наполнителе.
Применение плавленого корунда с размерами зерен лл 24—3*3 создает газопроницаемость формы более высокую, чем в случи;* применения жидкого наполнителя.
Увеличенная газопроницаемость уменьшает перепад давлений между полостью формы и наполнителем, не вызывает отслоения облицовочного слоя во время вакуумирования форм и, следовательно, уменьшает количество засоров.
ГЛАВА VII
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПЛАВКИ И ЛИТЬЯ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ В ВАКУУМЕ
В настоящее время для промышленной отливки деталей методом точного литья в вакууме получили распространение в основном два типа индукционных вакуумных печей — вакуумные индукционные печи периодического действия емкостью тигля 10—15 кг и вакуумные индукционные печи непрерывного действия емкостью тигля 50 кг.
1. ВАКУУМНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕЧИ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЕ Конструкция печи
Вакуумная индукционная печь периодического действия рассчитана на выплавку в вакууме 8—10 кг металла и заливку одной формы. Она состоит из следующих основных узлов: вакуумной камеры с плавильной печью, механического привода поворота печи, холодильника, пылеулавливателя вакуумной системы, электрической силовой части и приборов для замера температуры и давления.
Вакуумная камера (фиг. 45) представляет собой горизонтальный цилиндр, откатывающийся на колесах. Одна из торцовых стенок камеры неподвижная. К ней крепится кронштейн для установки индуктора с тиглем. Через неподвижную стенку вакуумной камеры проложен электроввод и ввод для поворота печи. Стенка имеет отверстия с патрубками, через которые производят откачку воздуха насосами. От неподвижной стенки камера может огкаты-ватьс51 по рельсам, открывая таким образом доступ к печи (фиг. 46).
Вакуумная камера имеет водяное охлаждение. Снаружи на камере расположены дозатор для введения добавок в расплав, термопара погружения и ардометр для измерения температуры сплава, смотровые окна, клапан для напуска воздуха, двигатель и редуктор поворотного механизма, а также площадка для плавильщика. Установка питается от машинного генератора типа МГП-52 мощностью 50 кет, частотой переменного тока 2500 напряжение, подаваемое на индуктор, 375 в.
Механический привод для поворота печи расположен вне вакуумной камеры и состоит из электродвигателя мощностью 1 кат, редуктора, электротормоза и ограничителя поворота.
Наклон печи для слива металла происходит в результате зацепления червячного вала, вращающегося от электромотора с червячной шестерней (сектором), жестко связанной с каркасом печи. Скорость поворота печи составляет примерно 7 сек.
Фиг. 45 Схематический разрез вакуумной индукционной печи периодически । действия:
j — продольный разрез, б — поперечный разрез. / —	окна. 2 — вакуумигя камс< :•
! — волянья pvoaiinci. дозатор. 5 — плаьи.шнаа печь. f — кронштейн. 7 — резиновый и 1<оводолод|,.од.г1щий шланг, 8 — площадка, Р—ардометр. — электродвигатель и рс’укг.-’ поворотного механизма печи.
В некоторых конструкциях вакуумных установок поворот печи происходит в результате подъема нижней се части через трос из нихромовой проволоки, наматываемый на барабан. Управляет поворотом плавильщик с площадки вакуумной камеры. Наиболее совершенный поворот печи осуществляется с помощью так называемого коаксиального ввода, когда ток для питания индуктора и вода для его охлаждения подаются через систему концеитрп-Щ'ски расположенных трубок, заключеяпы.х в один общий цилиндр, который одновременно является силовым элементом для поворота печи. Плавильная печь в этом случае подвешивается на консоли. Такого рола поворотным устройством оборудована порциоппа i вакуумная индукционная печь типа ИВПС-0.025 ПФ конструкция треста «Электропечь». Эта печь является наиболее совершенной печью периодического действия, оборудованной различными автоматическими устройствами, облегчающими проведение плавки. Пс1,ь выпускается емкостью 10 и 25 кг.
so
Подробное описание конструкции коаксиального ввода дано ниже, в главе VIII.
Воцоподводящие шланги, провода к ардометру и к кнопочному управлению поворотом 'печи подводятся через установленную и стороне от камеры поворотную консоль. При передвижении камеры из одного крайнего положения в другое поворачивается и консоль.
Фиг. 46. Вакуумная индукционная печь периодического действия при открытой камере.
Ток к печи подводится 'при помощи гибкого провода, проходящего в резиновом шланге, внутри которого протекает вода.
Конструкция плавильной печи изображена на фиг. 47. Печь представляет собой жесткий каркас, внутри которого укреплен индуктор. Для избежания нагрева каркаса печи отдельные его элементы изолированы друг от друга текстолитовыми прокладками. Индуктор укреплен внутри каркаса па четырех распорках из стеклотекстолита.
Для предотвращения появления электроразряда между витками индуктора на индуктор наносят изоляцию согласно инструкции треста «Электропечь»; изоляция должна состоять из нескольких слоев лака ВЛ-7, обмотки стеклотканью, пропитанной кремпий-органичсским лаком, обмазки кремпийоргапическим лаком К-48, обмотки рсзипостеклотканью. На внутреннюю поверхность индуктора поверх всей изоляции наносится обмазка из маршалита с лаком ВЛ-7.
Кроме рекомендованной изоляции, применяются и другие составы изоляций; так, например, успешно эксплуатируется индуктор с изоляцией состава: два слоя бакелитового лака, затем обмотка лакотканыо, поверх нес стеклотканью ц сверху все промазывается шеллачным раствором (раствор шеллака в спирте).
6 С. И. Кузьмин	81
Болес подробная технология нанесения изоляции на витки индуктора была изложена выше, в главе V.
Тигель изготовляется из плавленых огнеупорных материалов (окиси алюминия и окиси магния, смешанных в определенном процентном отношении) путем спекания и оплавления засыпанной вокруг графитового шаблона массы или же путем иабивки по металлическому шаблону с последующим его выплавлением (см. главу V).
Фиг. 47. Устройство плавильной нечп:
/ — форма, установленная под заднику, 2 — тигель. 3— траверса устройства для зажима форм. -/—накладка, 5 — тяги устройства для зажима форм, 6 — цапфы, 7 — пазы для не ре.мещения плошадкн, Л—каркас печи. .9 — выводы индуктора. /9 — планки для креплен.я распорных стоек индуктора, /7 — нижняя опорная керамическая плита, 12 — кронштейны площадки для установки форм, /3 — ось поворота приспособления для зажима форм, /J — площадка для установки форм.
Плавильная печь снабжена площадкой, расположенной пол углом 90° к вертикальной оси тигля. Площадка предназначена для установки форм под заливку. Формы крепятся на площадке специальной откидной траверсой. В кронштейнах площадки имеются продольные пазы, которые позволяют перемещать площадку вверх и вниз и закреплять ее в нужном положении с помощью болтов. Это сделано для того, чтобы можно было подгонять литниковую чащу различных по габариту форм под сливной носок тигля. Для заливки металла в форму плавильная печь вместе с укрепленной на площадке формой поворачивается с помощью приводного механизма па 90°.
Вакуумная система печи
Вакуумная система печи представлена на фиг. 48. Она состоит из двух механических насосов, одного бустерного насоса, холодильника, пылеуловителя, системы вакуум-приводов и шиберов. 82
Изображенная на фиг. 48 схема, включающая наличие бустерного насоса типа БН-1500 производительностью 1500 л/сек, обеспечивает создание рабочего давления в вакуумной камере 1*10~3 мм рт. ст. Па порционных печах периодического действия часто работают и при меньшей величине вакуума. Так, например, на некоторых предприятиях остаточное давление в вакуумной камере в процессе плавки, доводки и заливки сплава составляет 0,2—0,8 мм рт. ст. В этом случае вакуумная система печи упрощается; она будет
Фиг. 48. Вакуумная система печи (вариант с высоким вакуумом). Остаточное давление в вакуумной камере 1—5 лш рт. ст.;
/ — механический насос ВН-4 или BII-I, 2, /7 — сильфоны, 3, 6, 10, 13, 18 — лампы вакуумметра. -/, 7, 9, 12, 15 — шиберы, .5 — бустерный насос 311-1500, 5 — вакуум-камера плавильной печи, // — пылеуловитель. Л/— вымора^пваюшие лопушки. 16 • механический насос ВН-4 пли ВН-6Г.
состоять из одного механического насоса, пылеуловителя, холодильника, вакуум-проводов и шиберов (фиг. 49).
Вакуумная система, представленная на фиг. 48, позволяет вести плавку как при вакууме 1 • 10“3—5-10~3 мм рт. ст., так и при 0,2—0,8 мм рт. ст. Вакуумная система предусматривает установку -нескольких шиберов, позволяющих соединять вакуумную камеру, холодильник, пылеуловитель и другие агрегаты с атмосферой воздуха без нарушения вакуума в остальной части системы. Для удобства проверки системы па герметичность па каждом участке, отсеченном шибером, обычно устанавливают лампу вакуумметра; это позволяет проверять герметичность системы посекционно, начиная от насоса и последовательно включая участки вакуум-провода, соединяющего насос с вакуумной камерой.
Механические насосы при работе создают значительную вибрацию. Для того чтобы вибрация не расшатывала вакуум-проводы if чтобы вследствие этого не нарушалась герметичность системы, &	83
между насосами и вакуум-проводом ставят металлические сильфоны. Кроме того, установку сильфонов предусматривают и в других местах для облегчения стыкования жесткой системы вакуум-проводов. Уплотнительные прокладки во всех соединениях обычно изготовляют из листовой вакуумной резины № 7889 (ТУ МХП У251-54).
Наибольшую трудность представляет уплотнение камеры с неподвижной стенкой ввиду больших габаритов прокладки. Изготовление прокладки путем склеивания из отдельных кусков не дает
Фиг. 49. Вакуумная система печи (вариант с низким вакуумом). Остаточное давление в вакуумной камере 0,2—0,8 лглс рт. ст.:
/ — механический насос. ВП-4 или ВН-6Г, 2 — сильфон, 6, 9, /2 — лампы накууммстра, 4 — холодильник, 5 — пылеуловитель, 7, И, 13 — шиберы, 8 — вакуумная камера, 10 — клапан для напуска атмосферного воздуха.
хороших результатов. В процессе работы за короткое время швы расходятся, и появляется течь. Обычно прокладки вырезают из целого куска резины толщиной 12—20 мм в виде бесконечной лепты, рассчитывая при этом ее длину по среднему диаметру кольцевого паза (фиг. 50). Полученную бесшовную прокладку вкладывают в кольцевой паз. Для того чтобы прокладка сидела в пазе без мор щи и, ее длину делают несколько короче длины окружности паза и вкладывают в паз с небольшим натяжением.
При вакуумировании вакуум-камеры вместе с откачиваемым воздухом насосы засасывают определенное количество паров воды. Влага извлекается из футеровки тигля; опа образуется при отпотевании стенок камеры и также, содержится в шихте. Попадая в иасосы, влага окисляет вакуумное масло, снижает производительность работы насоса, уменьшает глубину вакуума. Для улавливания паров воды из откачиваемых газов с целью предупреждения загрязнения вакуумного масла н поддсржаии51 необходимой величины вакуума между вакуумной камерой и насосом устанавливается холодильник. Одна из конструкций холодильника показана на фиг. 51.
Холодильник представляет собой цилиндр из листового железа с подвешенным в нем латунным баллоном. Баллон окружеп змеевиком. В баллон заливается жидкий воздух или кислород. Испа-84
ряющийся холодный газ проходит через змеевик и затем по трубопроводу удаляется в атмосферу. Змеевик увеличивает площадь охлаждения и уменьшает расход жидкого газа. Воздух, содержащий водяные пары, попадает в холодильник и соприкасается с змеевиком. При этом ‘водяные пары улавливаются, намораживала» на змеевике и стенках баллона. Конструкция холодильника позволяет периодически оттаивать намерзающий па
Фиг. 50. Способы вырезания прокладок из вакуумной резивЕл в виде бесконечной ленты.
Фиг. 51. Холодильник в разрезе:
1 — латунный баллон с жидким кислородом, 2 — цилиндр. <7 — змеевик, 7—теплоизоляция, .5 — кожух.
баллоне и змеевике лед и сливать воду. Снаружи холодильник снабжен теплоизоляцией из шлаковаты. В качестве охлаждающей смеси используют жидкий азот, а также сухой лед, залитый ацетоном или спиртом.
Обслуживание холодильника. Перед началом работы (не реже одного раза в двое суток) производят оттаивание льда со стенок сосуда и змеевика и слив воды; для этого закрывают шиберы 1 и 2 (фиг. 52), открывают заглушку 5’, открывают -пробку 4 и продувают сосуд сжатым воздухом. После слива воды и продувки закладывают заглушку 3 и пробку 4. Внутреннюю полость латунного баллона протирают ватным тампоном, обернутым марлей, для удаления конденсата масла, ле допуская при этом остатков ваты или марли па стенках баллона. После этого заливают жидкий газ в баллон. Заливку следует производить сначала небольшими порциями. При этОхМ не следует близко наклоняться над сосудом, так как первоначально происходит выброс газа вследствие быстрого его испарения. Затем доливают баллон приблизительно до
85
2/з его емкости. При понижении уровня жидкого газа в баллоне в процессе работы производят доливание газа, не допуская его полного испарения. Если возникает необходимость открытия крышки холодильника (для замены прокладок и других случаев), то следует предварительно закрыть шиберы 1 и 2. Один раз в 2—3 месяца стенки латунного баллона следует промывать
спиртом.
При обслуживании холодильника рекомендуется строго соблюдать существующие правила техники безопасности .при работе
с жидким воздухом, кислородом и азотом.
Для защиты насоса от попадания твердых частиц, приводящих к преждевременному износу его, служит пылеуловитель (фильтр). Конструкции пылсулови гелей бывают самые разнообразные. Но все они сводятся, как правило, к тому, чго отсасываемый воздух фильтруется, проходя через мелкую металлическую сетку или полотняную ткань, смо-
Фиг. 52. Схема холодильника:	ченпые вакуумным маслом.
1, 2 — шиберы, ,7 — заглушка. -/— ирсбкз. При 3>10М ТВврДЫС ЧИСТИНЫ оседают па поверхности фильтра. Для очистки пылеуловителя от набившейся грязи фильтр извлекают и промывают в керосине, а затем в бензине и тщательно просушивают. Чистый фильтр вновь смачивается вакуумным маслом. Дно и стенки пылеуловителя протираются чистой тряпкой.
Подготовка печи к плавке
Перед началом работы тщательно осматриваются тигель, индуктор и другие агрегаты печи. При необходимости тигель подмазывают и сушат. Если тигель пришел в негодность, его заменяют запасным. Внимательно осматривается изоляция витков индуктора. В случае нарушения изоляции -печь демонтируют для исправления изоляции.
Перед пуском печи в баллон холодильника заливается жидкий азот и затем пускается вакуумный насос. При проведении плавок насос не отключается; в холодильнике, пылеуловителе и трубопроводах поддерживается -вакуум в печение одной или нескольких смен. По мере испарения азота его доливают из сосудов Дьюара. Уровень азота в баллоне холодильника контролируется поплавком из латунной фольги.
86
Перед пуском насоса следует проверить положение шиберов. Шиберы 7, //, 13 (фиг. 49) должны быть закрыты. После включения насоса открывают шиберы 11 и 13. Затем пускают воду охлаждения на индуктор и стенки вакуумной камеры.
После создания вакуума в системе трубопроводов в тигель загружается вся навеска шихты из расчета заливки одной формы (6—8 кг при емкости тигля 15 кг). Шихта укладывается таким образом, чтобы в процессе ее расплавления не произошло заклинивания и зависания кусков сплава.
После загрузки шихты на площадку печи ставится прокаленная при температуре 950° форма, которая крепится с .помощью накидной траверсы (см. фиг. 47). Литниковая чаша формы должна примыкать к носку печи, чтобы при наклоне печи сплав точно перетекал из тигля в форму.
После закрепления формы камера подкатывается вплотную к неподвижной стенке, и закрывается клапан для впуска воздуха в камеру. Затем открывают ближайший к камере шибер 7. Благодаря возрастающему разрежению внутри камеры она плотно прижимается к резиновому уплотнению неподвижной стенки. Включают приборы для замора температуры металла и давления в вакуумной камере.
Плавка металла и заливка форм
Почти одновременно с открытием последнего шибера включают генератор и начинают разогрев и расплавление металла. Плавильщик ведет наблюдение за плавкой через смотровое окно. Зависание кусков шихты в верхней части плавильного пространства устраняют покачиванием печи или подплавлсписм кусков жидким металлом при выдержке в наклонном .положении. В некоторых конструкциях печей предусматривают наличие специального ломика для осаживания зависшей шихты.
Величина вакуума, температура металла и время выдержки жидкого металла под вакуумом должны соответствовать установленным нормам в технологии отливки детали. Непосредственно после расплавления зеркало металла покрывается окисной пленой, так как плены, бывшие в кусках шихты, всплыли на поверхность. По мере нагрева металла плена постепенно уменьшается. Остатки плен и шлака в результате циркуляции металла скапливаются у стенок плавильного тигля, и металл приобретает зеркальный блеск. Для того чтобы убедиться в полном исчезновении плены, печь па короткое время отключают; при этом металл успокаивается, отдельные островки плены наплывают па середину и становятся хорошо видимыми. Для полного их устранения плавку продолжают.
В процессе плавки не рекомендуется допускать перегрева сплава до высоких температур, так как тогда начинается бурное кипение, сопровождающееся выплесками. Поверхность металла
87
при этом покрывается шлаками, удалить которые значительно труднее, чем окисную плену.
В случае нагрева металла до высоких температур мощность сбрасывают и дают металлу успокоиться. После того как зеркало металла очистилось от окисных плен, нагревают металл до температуры слива и производят заливку форм. За несколько минут до заливки форм в жидкую ванну из дозатора вводится углерод в виде электродного боя в количестве, указанном в технологической карте. За ходом разливки наблюдают через смотровое окно. Для того чтобы в форму попадало как можно меньше частиц шлака, разливку металла производят под током, т. е. мощность генератора уменьшают до минимума и включают механизм поворота печи. Благодаря циркуляции металла под действием тока плавающие па поверхности частицы собираются у задней стенки тигля и могут попасть в форму лишь с последней порцией металла. После окончания заливки формы закрывается ближайший к вакуумной камере шибер и открывается клапан для напуска атмосферного, воздуха. Напуск продолжается обычно ш более 10 сек. После этого камера откатывается, убирается залитая форма и включается механический привод поворота печи, который поворачивает печь в положение для очистки тигля. Про изводится очистка тигля от шлака и плен, и из него выдувается сор сжатым воздухом, и тигель устанавливается в исходное вертикальное положение. После этого цикл плавки и заливки повторяется. Общая продолжительность плавки весом 6 ка металла составляет 18 мин. Из них на плавку и доводку сплава затрачивается 14 мин., а на все остальные операции 4 мин.
Следует иметь в виду, что если печь имеет вакуумную схему изображенную на фиг. 48, плавку металла и заливку форм .производят не в низком, а в высоком вакууме; при этом продолжительность цикла несколько возрастает, так как затрачивается дополнительное время, необходимое для создания высокого вакуума в вакуумной камере бустерпым насосом. В остальном плавка металла п заливка форм в высоком вакууме протекает аналогично описанной в разделе 4. После создания предварительного вакуума (I • 10-1—2 • 10_ 1 мм рт. ст.) в вакуумной камере включается бустерный насос и камера откачивается до остаточного давления 1 • 10-3—5*10-3 лш рт. ст. При этой величине вакуума производится доводка металла и очистка его от плен.
Следует заметить, что при данной величине вакуума восстановление окисных плен происходит более интенсивно, металл получается чище. При этом отпадает необходимость нагрева металла до высоких температур с целью ускорения .процесса восстановления окисных плен. После заливки металла в форму шибер, соединяющий бустерный насос с вакуумной камерой, перекрывают, но насос при этом оставляют включенным (работающим «на себя»). Это необходимо для того, чтобы масло в насосе пе остывало и чтобы во время последующей плавки он мог быть сразу 88
вслед за механическим насосом подключен на откачивание вакуумной камеры. Если же насос отключить, то затем потребуется время для того, чтобы разогрелось масло и насос мог бы начать работать. Это приведет к удлинению времени плавки. Для этой же цели в вакуумной схеме печи (в случае работы ее на высоком вакууме) предусматривается два механических насоса.
В процессе работы основные параметры плавки заносятся в плавильный журнал: порядковый помер плавки, вес и состав шихты, время включения насосов и генератора, величина вакуума, температура металла и др.
Во время круглосуточной работы на печи следует периодически (не реже одного раза в двое суток) производить оттаивание снега, намерзшего внутри холодильника. Для этого холодильник отсекается с двух сторон шиберами, размораживается и после слива воды продувается сжатым воздухом.
Для отливки фасонных деталей в вакууме применяются формы прецизионного литья, отформованные в литые или сварные опоки из жаропрочных материалов. Состав модельных масс и формовочных смесей применяется различный.
Контроль температуры и давления
Измерение температуры металла в процессе плавки осуществляется радиационным пирометром с учетом установленной поправки при условии, что зеркало металла свободно от окисных
Фиг. 53. График изменения давления в плавильной камере 10-кг вакуумной печи при проведении плавки в высоком вакууме (I • 10-н —5-10“~3 лл рт. ct.j:
J — включение механических насосов, 2 — включение бустерного насоса, включение гене ратора, 3 — подплявление металла, 4 — полное расплавление металла и начало выдержки жидкого металла под высоким вакуумом, 5 — введение углерода. 6 — конец выдержки, эауер температуры. 7 — слив металла в форму.
плен. Для предохранения линзы ардометра от копоти и брызг металла перед пим помещается защитное стекло, которое протирается после каждой плавки. В противном случае показания ра
89
диационного пирометра могут быть занижены. Кроме того, температуру периодически контролируют вольфрамомолибдеповой термопарой погружения с наконечником из окиси алюминия.
• Замор давления производится вакуумметром типа ВИТ-1. В местах замера давления устанавливаются термопарные лампы ЛТ-2. Основным местом замера давления является вакуумная камора. Остальные точки для замера давления выбирают исходя из того расчета, чтобы можно было определить герметичность любой части 'вакуумной системы. В некоторых случаях для удобства контроля давления в вакуумной камере лампу, установленную на камере, соединяют через вакуумметр с самопишущим прибором, который записывает на диаграмме изменение давления в камере во времени. Такие диаграммы весьма наглядно отображают колебание вакуума в процессе плавки в момент введения присадок и доводки металла. Падение вакуума на диаграмме своевременно свидетельствует о нарушениях в работе печи.
Диаграммы нумеруются номером плавки и затем хранятся вместе с плавильным журналом.
Типовая диаграмма изменения давления во времени в процессе плавки приведена на фиг. 53.
Техническая характеристика вакуумной печи
Техническая характеристика вакуумной печи приведена в табл. 24.
Таблица 24
1 [анмснованис	Единица измерения 1	Величины	Примечание
Тип плавильной печи 	 Способ слива металла из тигля . . . Емкость тигля		1 кг	10	Индукционная, позоротпая Через сливной носок тигля
Рабо !ая температура металла в тигле	*С	До 2000	Измерение темпе-
Количество форм, заливаемых за одну плавку			шт.	1	ратуры ардометром и термопарой погружения
Размер формы: ширина, длина, высота ....	1 мм	200X300Д	
Емкость дозатора		кг	'	v400 0,5	
1 Рабочий вакуум	  .	мм рт. ст.	мо-»	
Продолжительность плавки, доводки и заливки (для 4,5 кг металла) .	мин.	11	
Время подготовки печи к следующей плавке ...	.	...	...	I*	4	
Общая продолжительность плавки (в вакууме 0,2—0,8 мм рт. ст.) . . .	>1	15	
90
Продолжение табл. 24
Наименование	Единица измерения	Величины |	Примечание
Общая продолжительность планки в высоком вакууме	.	.	МИН.	25-30	
Источник питания—генератор повышенной частоты: мощность генератора .....	кет	50	
частота 		гц	2500	
напряжение .	.	...	в	!	375	
Установленная мощность вакуумных насосоз			кет	24,3	
Габаритные размеры вакуумной печи: длина ...	мм	3000	
ширина	  .		2000	
высота 			2000	
Занимаемая площадь			6	
Часовой расход охлаждающей воды	м^1час	-1	
2. ВАКУУМНЫЕ ИНДУКЦИОННЫЕ ПЕЧИ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ
Вакуумные индукционные печи непрерывного действия рассчитаны на проведение нескольких плавок и разливок металла подряд без открытия вакуумной камеры (т. е. без сообщения ее с атмосферой воздуха). Это обстоятельство создает ряд преимуществ проведения плавки, к числу которых следует отнести: устранение или сведение к минимуму адсорбции газов из атмосферы воздуха внутренними стенками камеры и агрегатами, расположенными внутри вакуумной камеры; сокращение количества те.пло-смси тигля, что положительно влияет па его стойкость, увеличивая продолжительность срока службы. Отсутствие необходимости откачки воздуха при непрерывной работе печи значительно увеличивает производительность.
Работа па вакуумных индукционных печах непрерывного действия, более сложных по конструкции, чем печи периодического действия, и оснащенных большим количеством всевозможных агрегатов, требует соответствующей квалификации обслуживающего персонала и высокой культуры производства.
Однако преимущества, которые дают вакуумные печи непрерывного действия, приводят к тому, что подобные печи получают все большее распространение на промышленных предприятиях и в научно-исследовательских институтах.
В отличие от существующих вакуумных печей периодического действия вакуумные печи непрерывного действия позволяют выплавлять в высоком вакууме (до 1 • 10 5 дш рт. ст.) жаропрочные сплавы и стали и непосредственно отливать их в вакууме пли в среде нейтрального газа в виде слитков, заготовок и фасонного литья в горячие и холодные формы, позволяют вести плавку как на первичных шихтовых материалах с введением всех необходимых
91
присадок, т. е. выплавлять сплав из первичных материалов, так и проводить плавку на готовой шихте (слитков, полученных с завода-поставщика), а также позволяют проводить необходимые металлургические процессы: взятие пробы по ходу плавки, введение до бавок и раскислителей, замерять температуру термопарой потру, жепия, вести продувку жидкого металла газами, проводить плавку в среде нейтрального газа и др.
Вакуумные печи непрерывного действия позволяют разливать металл как в несколько форм, так и порционно, т. е. в одну форму; позволяют снимать шлак с металла и очищать тигель после каждой плавки без нарушения вакуума в плавильной камере.
Вакуумные печи непрерывного действия снабжены специальной камерой для дегазации форм. Камера имеет электроиодогрев. позволяющий сохранять температуру форм в процессе их дегазации. Загрузка форм, шихты и добавок производится без снятия вакуума. Вакуумирование плавильной камеры, камеры дегазации форм, шлюзов, дозаторов и других агрегатов происходит параллельно с плавкой. Печи позволяют вести плавки различного веса (от 20 до 70 кг), что дает возможность их широкого применения как в промышленных, так и в научно-исследовательских институтах. Вакуумные печи непрерывного действия представляют собой универсальные плавильно-разливочные агрегаты промышленного типа, обладающие высокой производительностью и имеющие, большой диапазон применения.
Устройство вакуумной индукционной печи непрерывного действия
На фиг. 54, 55, 56, 57 и 58 представлены общин вид и схематические разрезы вакуумного индукционного плавильно-разливочного агрегата непрерывного действия типа В-165. Агрегат состоит из следующих основных частей: плавильной камеры; камеры дегазации форм; шлюза, соединяющего плавильную камеру с камерой дегазации форм; механизма загрузки шихты; дозатора; термопары погружения; механизма подачи форм под заливку; вакуумной системы; плавильной печи; механизма поворота плавильной печп: системы электропитания и водоохлаждепия. Кроме того, arperai оснащен приборами для замера температуры, приборами для замера и записи давления, а также оборудованием, необходимым для проведения металлургического процесса в вакууме (ломик для осаждения шихты, счищалка для очистки тигля от шлака и др.).
Агрегат питается от машинного генератора мощностью 100 кет. частотой переменного тока 2500 гц. Напряжение, подаваемое на индуктор, составляет 375 в.
Плавильная камера представляет собой горизонтально расположенный цилиндр диаметром 1500 мм и длиной 2000 мм с водоохлаждаемыми стенками. Внутри камеры расположены поворотная плавильная печь емкостью 50 кг, поворотная бадья для загрузки 92
шихты в тигель из дозатора, шлаковня для ссора шлака, промежуточные воронки для слива металла в формы, а также система поворотных металлических экранов, защищающих от нагрева уязвимые места камеры.
Плавильная камера имеет две дверцы: в переднем торце — круглую дверцу, снабженную смотровыми окнами и счищалкой, а на боковой поверхности — дверцу прямоугольной формы, на кото-
Фг.г. 54. Общин вид высоковакуумного пмавильно-разлнвочного индукционного агрегата непрерывного действия.
poii подвешена с помощью консоли плавильная печь. Через боковую дверцу проложен коаксиальный ввод питания и охлаждения индуктора.
Вакуумирование плавильной камеры осуществляется через задний торец и одну из боковых стенок. Торец и стейка имеют отверстия, в которые вварены соответствующие патрубки для подсоединения трубопроводов, ведущих к пасосам. В днище плавильной камеры расположен предохранительный клапан, предназначенный для сброса избыточного давления в аварийных случаях.
Сверху на плавильной камере расположены механизм для загрузки шихты, дозатор, термопара, ломик для осаживания зависшей шихты, цветовой электронный пирометр, смотровое окно для наблюдения за плавкой, клапан для напуска воздуха, гнезда для установки ламп вакуумметров, рукоятки поворота экранов и разливочных воронок и другое оборудование.
Перпендикулярно к продольной оси плавильной камеры горизонтально расположена поперечная камера диаметром 900 л/лг и длиной 2000 лм.\ сообщающаяся с плавильной камерой. К поперечной камере подсоединен шлюз, а к последнему — камера дегазации
93
форм. Камера дегазации форм имеет диаметр 900 льи и длину 2000 льи. Камера снабжена элсктроподогревом. Снаружи камер;.; закрывается дверцей. Внутри камеры дегазации, а также в поперечной камере расположены ролики, по которым перемещается платформа с формами. Приводной механизм для перемещения плат-
Фиг. 55. Схема высоковакуумного плапильно-разлпвочпого индукционного агрегата непрерывного действия:
/“Литейные формы, 2— камера предварительной дегазации форм. 3 — '•>лсктролодогр«в форм, 4 — платформа, 5 — ролики рольганга. 6 — цезочнаярейка платформы, 7 — зубчатое колесо-звездочка. 8—вакуумный шлюз (соединительная камера), //—плавильная камера. 10— механизм загрузки форм, //—коммуникации охлаждения индуктора, 12 — тупиковая камера. 13— механизм поворота, /7 ~ боковая дверца плавильной камеры, 15 — вакуумный шибер, 16 — алюминиевое донышко. 17 — контейнер. 18 — загрузочная камера, 19 — захват. 20 — стержень, 2/- нижняя плита механизма загрузки, 22 — трубки, 23 -- рас_порные стойки. 24— верхняя плита механизма загрузки, 25 — барабан привода, 25— трос, 2/- гидравлические затворы, 23 — траверса верхняя, 29— траверса нижняя. 30 — шихта. 31 — пидуктое. 32 • тигель.
формы расположен снаружи вдоль камеры дегазации, шлюза и поперечной камеры.
Агрегат работает следующим образОхМ (см. фиг. 55).
Подлежащие заливке формы 1 поступают в камеру предварительной дегазации форм. 2.
Для сохранения температуры формы в процессе дегазации камера имеет электроподогрев 3. Дегазированные формы подаются 94
через шлюз 8 пол заливку в плавильную камеру 9 с помощью механизма 10. Механизм состоит из ведущего вала, сцепляющегося с четырьмя приводными водоохлаждаемыми валиками. На каждом валике жестко укреплена звездочка 7.
Формы 1 устанавливаются па платформу 4, которая имеет внизу цевочную рейку 6.
Ведущий вал приводится во вращение приводом с реверспвпы?»! электродвигателем. При вращении вала звездочки 7, расположенные внутри камеры дегазации, поочередно входят в зацепление с цевочной репкой и перемещают ее вместе с установленными формами внутри агрегата но роликам 5 рольганга.
Оси роликов рольганга имеют интенсивное водоохлажденпе, чем обеспечивается надежная работа механизма в условиях высокой температуры.
'Механизм производит следующие операции: загружает платформу с формами в камеру дегазации; передвигает форму из камеры дегазации через шлюз в литейную камеру под заливку; возвращает залитые формы обратно в камеру дегазации и разгружает их в атмосферу.
Механизм передвигает платформу так, что устанавливает поочередно каждую форму под сливной носок тигля 32\ при заливке последних форм передняя часть платформы убирается в тупиковую камеру. 12. Плавка металла осуществляется блоком индукционной плавильной печи. Блок индукционной плавильной печи состоит из индуктора 31, тигля 32, силовых и охлаждающих коммуникаций 11 и механизма поворота 13.
Блок подвешен с помощью кронштейна на дверце 14, что позволяет выводить блок в рабочем состоянии из камеры наружу поворотом дверцы в течение нескольких секунд. Такая конструкция делает возможным быстро и удобно производить осмотр, ремонт и замену индуктора и тигля (см. фиг. 56).
Подача энергии и воды в индуктор, а также поворот тигля при разливке металла производятся посредством одного конструктивного элемента — коаксиального ввода (см. фиг. 57). Ввод состоит из трубки 8, являющейся одним концом индуктора, поверх которой надет резиновый чулок 7. На чулок насажены две металлические рубашки 6. Вес вместе вставлено во втулку 3. Втулка жестко связана с цапфой 4 индуктора. На втулке 3 имеется шестерня 2, которая сцепляется с шестерней 5 реверсивного привода.
Привод укреплен на дверце плавильной камеры. Вода для охлаждения индуктора поступает в трубку 8, обмывает индуктор и выходит по зазору 1 концентрически расположенных рубашек 6 в атмосферу.
Напряжение па индуктор поступает по медной трубке в и рубашке 6. С помощью привода поворачивается втулка 3, а вместе с ней и. индуктор. Коаксиальное выполнение электроввода устраняет электромагнитный нагрев стенки дверцы. Загрузка шихты в тигель перед началом плавки осуществляется с помощью загрузоч-
95
кого устройства (см. фиг. 55). Оно состоит из двух плит 21 и 2-1, между которыми находятся три распорные стойки 23, жестко связанные с плитами, две трубки 22 связаны сверху п снизу траверсами 28 и 29. Траверса 28 может передвигаться вверх и вниз по распорным стойкам 23.
Внутри трубок 22 проходят стержни 20, закапчивающиеся внизу захватами 19, а вверху гидравлическими затворами 27.
Фиг. 56. Схема расположения плавильной печи в плавильной камере:
1 — боковая дверца плавильной камеры. 2—плавильная лечь, 3 — выводы ипдуктооа. /—плавильная печь в состоянии» выведенном из плавильной камеры для осмотра и ремонт!.
Траверса 28 удерживается от опускания тросом 26, который намотан на барабан привода 25. Механизм работает следующим образом.
Открывается дверца камеры 18 и в контейнер 17 с вставным алюминиевым донышком 16 загружается шихта 30. При этом предварительно закрывают шибер 15. Контейнер подвешен на захватах 19 к стержням 20. Включают реверсивный электродвигатель, и привод разматывает барабан 25 с тросом. Подвешенная к тросу траверса 28 под действием веса контейнера с шихтой плавно скользит по распорным стойкам 23.
Вместе с траверсой опускаются жестко связанные с пей трубки 22 и подвешенный к захватам контейнер. При достижении контейнером дна тигля включается генератор, донышко расплавляется и шихта высыпается в тигель. Затем контейнер поднимают обратным вращением привода. Механизм загрузки позволяет также загружать шихту в виде болванки (без контейнера). В этом случае болванка непосредственно подвешивается к захватам и опускается в тигель. Гидравлические затворы 27 отцепляют болванку от захватов, и последние поднимаются вверх так же, как и в варианте 96
с контейнером. Для введения добавок в процессе плавки агрегат снабжен дозатором 2 (см. фиг. 58), в котором применяется дегазация подогретой шихты. Для этой цели в дозаторе имеется электронагреватель 1. Камера дозатора вакуумируется через патрубок 3. Дозатор отсекается от литейной камеры шибером 5. Загрузка шихты в дозатор осуществляется без нарушения вакуума в литейной камере. Подогрев добавок в дозаторе сокращает общее время
Фиг. 57. Схема коаксиального взода охлаждающей воды л электропитания га индуктор плавильной печи:
/ — заз.\>р для нычода охлаждающей ноды._ -‘ — шестерня. J — .ч гулка. ’ фланец цапфы, 5 — шссгерня, 4 — медная рубашка, /—резиновый чулок. 5 - медная трубка.
вакуумирования, так как дегазация добавок в дозаторе идет параллельно с плавкой металла в тигле. Кроме того, подогретые добавки устраняют выбросы жидкого металла и падения вакуума при введении их в тигель. Агрегат снабжен опрокидывающимся лотком 6. Лоток подвешен па двух кронштейнах, жестко связанных с корпусом камеры.
Лоток с помощью поворотного приспособления может опрокидываться, поворачиваясь вокруг оси 7 без нарушения вакуума. Лоток служит для смягчения удара падающей из дозатора шихты о дно тигля.
На фиг. 59 изображены различные приспособления, которыми снабжен агрегат. Приспособление 8 служит одновременно для трех целей: введения термопары, взятия пробы по ходу плавки и введения раскислителей и модификаторов.
Приспособление имеет шибер 7 и патрубок 11 для вакуумирования, благодаря наличию которых все три операции происходят без снятия вакуума в литейной камере.
Агрегат имеет ломик 1 для осаживания шихты в тигле без нарушения вакуума. Агрегат снабжен шарниром 3 и сильфоном 2, благодаря чему ломик имеет большую степень свободы (фиг. 59)-
7 С. И. Кузьмин	97
Фиг. 58. Схема пысоковакуумноги пляппльпо-разливочцого индукционного агрегата непрерывного действия:
1— ллектропа) |и кятель доз.поря, 2 — дозатор, 3 - патрубок для вику умпровлпня. -/ — добавки миалля. 5 вакуумный шибер, 'i — онрокп д '.'Di.'i ю1Ц1)Гп я лоток. 7 — ось попори!:: лотка, Л' цевочная рейка платформы, Р роли); ролыаша, /Р нодоо.хлаждаемый валик ролш и, // — сборник шлака. 12 — мешалка, /.7- енльфои. //-- шарнир.
Фиг. 59. Схема расположения приспособлений агрегата;
/- ломик для осаживания ihhxii.i и тигле, J — енльфот, UKipillip, 7 — К| •1И11ПТСППЫ ДЛЯ VCI .IIIOBKH OHpGkHI.nl нающсгося лотка. -• — опрокиды в.нощпнея лоток, 6—че xr.Bfi'iuK для поворота лотки, 7-- вакуумный шн’Ч'р, fc — приспособлен ня для виеж-вня термопары взятия проб и введения раскисли гелии и модификаторов. - i. enirp \ к) термо;.. г.к // —на i рх бок для ва кх х л’;»iюi..11чг•.
На фиг. 58 изображены мешалка 12 и шлаковпя И, которыми снабжен агрегат и которые служат для снятия шлака с металла в процессе плавки без нарушения вакуума. 1Мешалка укреплена па шарнире 14 в передней дверце. Поступательное и вращательное движение мешалки обеспечиваются шарниром и сильфоном 13.
Цикл работы агрегата состоит в следующем (см. фиг. 55).
В камеру 2 загружаются формы 1 вместе с платформой 4. В камеру 18 загружается шихта 30, а в дозатор — добавки. Производится вакуумирование камер 2, 8, 9, 18 и дозатора. Открывают шибер 15 и опускают шихту в тигель. Производят плавление металла, ввод добавок из дозатора.
Затем включают механизм 10, открывают шлюз 8 и подают формы в камеру 9 под заливку- Производится поочередная заливка форм наклоном индуктора. Залитые формы подаются механизмом обратно на разгрузку, а шлюз закрывают. В камеру 2 загружают следующую партию форм, и цикл повторяется.
Вакуумирование форм в камере 2, добавок в дозаторе и шихты в камере 18 идет параллельно с плавкой металла в тигле. Конструкция агрегата предусматривает возможность подсоединения к тупиковой камере 12 специальной камеры охлаждения и разгрузки форм. При наличии такой камеры производительность агрегата возрастает еще больше. Камера разгрузки аналогично камере дегазации должна отделяться от литейной камеры вакуумируемым шлюзом.
Вакуумная система печи
Вакуумная система печи представлена на фиг. 60. Она состоит из двух механических насосов типа ВН-6Г, бустерного насоса типа БН-4500, трубопроводов, шиберов, вымораживающей ловушки, отражателей паров масла и сильфонов.
Вакуумная система обеспечивает создание вакуума в процессе плавки Ы0~3 мм рт. ст. Кроме того, в системе предусмотрено место для подсоединения мощного диффузионного насоса типа М20-А производительностью 20 000 л,!сек. При необходимости создания в плавильной камере более высокого вакуума (до 1 * 10~5лш рт. ст.) можно подсоединить этот насос к фланцу 19 вакуум-провода, и печь будет работать при указанном разрежении. При плавке и разливке жаропрочных сплавов на пикельхромовой основе, легированных алюминием и титаном, обычно ограничиваются тре5 тьей степенью разрежения.
Вакуумная система работает следующим образом. Для создания разрежения в плавильной камере 4 открываются шиберы 34 и 38 и включается насос ВН-6Г 31. После создания предварительного вакуума, необходимого для работы бустерного насоса, открывают шиберы 25 и 29, включают насосы ВН-6Г 30 и БН-4500 24. Затем открывают шибер 20 и соединяют бустерный насос БН-4500 с плавильной камерой. После прогрева масла в насосе последний 7*	99
начинает быстро увеличивать разрежение в плавильной камере. После того как в плавильной камере достигнута необходимая но технологии величина вакуума, шибер 38 перекрывают и дальнейшее вакуумирование плавильной камеры осуществляют только одним бустерным насосом БН-4500. В течение всего периода работы насоса БН-4500 на его выхлопе должен работать насос В11-6Г 30.
Фиг. GO. Вакуумная система индукционного плавильно-разливочного агрегата непрерывного действия:
/ — камера дегазации форм. 5, 7, 11, 15, 21, 26, 28, 32, 36, 40 — крзны для установки ламп вакуумметров. 3— вакуумный шлюз. •/— г.ллньлышя камера, 6, 9. 12. 14, 16, 17, 2.5, 29, 34, 35, 38, 41 - вакуумные шиберы. 8— камера загрузки шп?сты. 10— дозатор. 13— термолапз погружения. 18, Z.’— отражатели паров масла. /9 —фланец для подсоединения высоковл-куумиого пасосз M2U-A. 20— шибер бустерного насоса БН-1500. 23— вымораживающая ловушка. 24 — бустерный насос Б И 4.'00- 27, 33. 37, 39- сильфоны. 30, -Я--насосы ВН-бГ.
Отсеченный от плавильной камеры насос ВН-6Г 31 используется затем для откачки воздуха из камеры форм, камеры загрузки •шихты, дозатора и термопары погружения. Для откачки воздуха из камеры форм открывают шибер 41 и соединяют камеру с работающим насосом ВН-6Г 31 (при этом шлюз 3 закрыт). После создания в камере форм необходимого вакуума шлюз открывают, соединяя таким образом плавильную камеру и камеру форм.
Разрежение в обеих камерах быстро выравнивается; после того как давление сравнялось, насос ВН-6Г 31 отключают от камеры фоом перекрытием шибера 41 и обе камеры вакуумируются насосом БН-4500 24.
100
Для эвакуации воздуха из камеры загрузки шихты, дозатора и термопары погружения подключают к трубопроводу, ведущему к этим агрегатам, насос ВН-6Г 31 открытием шибера 35. Затем в зависимости от того, какой из перечисленных узлов нужно откачать, открывают дополнительные шиберы, установленные перед каждым узлом. Так, например, для удаления воздуха из дозатора открьь вают шибер 14. Когда воздух удалей, открывают шибер 12 и сбрасывают легирующие добавки в тигель; после этого шиберы 12 и 14 закрывают и можно открыть крышки дозатора для зарядки очередной порции присадок. Аналогично этому осуществляется работа при введении основной шихты в тигель из камеры загрузки шихты.
Введение термопары погружения для замера температуры жидкого металла в тигле и смена наконечников термопары происходит также без нарушения вакуума.
Для улавливания паров воды в вакуумной системе предусмотрена вымораживающая ловушка 23. Она вмонтирована таким образом, что через нее проходят вакуум-проводы, идущие из плавильной камеры, камеры дегазации форм, камеры загрузки форм, дозатора и термопары погружения. Для избежания возможного заброса масла в плавильную камеру между камерой и бустерным насосом установлены маслоотражатели 18 ‘и 22. Маслоотражатель представляет собой охлаждаемую водой медную трубку, к которой с’двух сторон под определенным углом припаяны полоски з листовой меди.
При внезапных срывах работы бустерного паромасляного насоса масляные пары устремляются в плавильную камеру. Проходя через систему охлаждаемых медных пластин, пары конденсируются, и масло стекает обратно в насос. В случае отсутствия маслоотражателей стенки плавильной камеры при забросе масла покрываются густым слоем сажи. В вакуумной системе предусмотрено большое количество кранов (гнезд) для установки ламп вакуумметров. 1\1еста для ввертывания крапов ламп вакуумметров выбраны с таким расчетом, чтобы можно было замерить величину вакуума и проверить натекание в любой части системы без демонтажа последней. Они расположены так, что позволяют последовательно включать все звенья вакуумной системы, начиная от насоса до плавильной и других камер и включая сами камеры. Иными словами, каждый участок, отсеченный шибером, обеспечен точкой для установки лампы вакуумметра.
Этому же требованию отвечает расстояние шиберов. Кроме того, шиберы, расположены так. что они позволяют быстро включить на откачку любой объем печи, используя при этом минимальное количество насосов.
Для предотвращения нарушения герметичности системы от вибрации механических насосов, а также для удобства монтажа в вакуумной системе предусмотрена установка нескольких сильфонов.
101
Плавильная печь
Плавильная печь подвешена на боковой дверце плавильной камеры. В верхней части к дверце прикреплена консоль, оканчиваю-щаяС51 двумя вертикальными тягами (фиг. 61). Консоль охлаждается водой. На концах тяг имеются подшипники скольжения, в которые вкладывается своими цапфами печь.
Плавильная печь представлена на фиг. 62. Она состоит из жесткого металлического каркаса с расположенным внутри него индуктором и тиглем. Па боковых поверхностях к каркасу прикреплены с помощью болтов две цапфы, вокруг которых происходит поворот печи при сливе металла. С помощью шлицевого соединения одна из цапф печи жестко связана с муфтой, а муфта, в свою очередь, с наружной трубой коаксиального ввода. Труба проходит через дверцу. С наружной стороны дверцы эта труба с помощью жестко связанной с ней шестерни сцепляется с приводным механизмом поворота печи. Внутри трубы проходят две концентрически расположенные медные трубки, разделенные резиновой оболочкой. Выводы трубок, .расположенные в плавильной камере, герметично соединены с концами индуктора с помощью фланцев и резиновых прокладок. Индуктор укреплен в каркасе па четырех распорках. Изоляция индуктора выполняется аналогично изоляции индукторов описанных выше печей периодического действия. Футеровка печи изготовляется по одному из способов, описанных в главе V.
Для осмотра и ремонта печь выводится из плавильной камеры наружу. Замена вышедшего из строя тигля или индуктора может быть быстро осуществлена путем установки запасной, заранее футерованной печи. Для смены печи следует разболтить фланцы, соединяющие выводы индуктора, и освободить цапфы из подшипников. Поворот печи осуществляется механизмом, состоящим из редуктора и электромотора. Для ограничения поворота печи установлены концевые выключатели. Управление поворотом — дистанционное кнопочное; оно может осуществляться с любого места рабочей площадки.
Устройство дозаторов
Вакуумная индукционная печь типа В-165 снабжена двумя дозаторами: малым бункером-дозатором емкостью 10 кг п большим бункером-дозатором емкостью 60 кг. Одновременно печь может работать только с одним дозатором- Выбор дозатора для установки на плавильную камеру определяется характером применяемой шихты, а также технологией выплавки сплава. Большой дозатор рассчитан па введение в процессе плавки шихты в виде слитков, а малый для введения легирующих добавок в виде чистых первичных металлов. -Малый дозатор изображен на фиг. 63. Он представляет собой цилиндрическую водоохлаждасмую камеру с конусообразным днищем. Днище заканчивается патрубком с фланцем для 102
Фиг. 61. Конструкция устройства для подвески плавильной печи.
103
подсоединения к корпусу плавильной камеры. С внутренней стороны по стенкам цилиндрической камеры располагаются теплоизоляционные экраны. Дозатор состоит из системы ячеек-секторов, отделенных друг от друга перегородками. Дно каждой ячейки-сектора одним своим концом (широкой частью) держится на поворотной петле, а другой частью (узкой) опирается на расположенную
<1995------------------------
------г 915------------I
Фиг. 63. Конструкция дозатора емкостью 10 кг, снабженного электроподогревом и вакуумированием вводимых добавок.
в центре дозатора! опорную шайбу с прорезью. На эту же шайбу опираются узкие концы всех остальных донышек ячеек. Шайба надета па вертикальную ось, которая заканчивается внизу конической шестерней. Эта шестерня сцепляется с другой шестерней, насаженной на горизонтально расположенный вал, выходящий через резиновое уплотнение из корпуса дозатора. С наружной стороны па этот вал надет маховичок. Над ячейками дозатора располагается электроподогреватель, служащий для иагрсва шихты в процессе вакуумирования. Он состоит из керамической плиты, в гнезда которой вставлена спираль сопротив-104
лепия. Сверху нагреватель прикрыт системой экранов, предохраняющих крышку дозатора от нагрева. Нагреватель с системой экранов с помощью шпилек укреплен па крышке дозатора. Ввод электропитания для спирали нагревателя также проведен через крышку. Крышка с одной стороны крепится па петле, а с другой — прижимается прижимом. При откидывании крышкой вместе с пен выводится из дозатора и нагреватель, открывая доступ к ячейкам дозатора. В конусной части дозатора приварен патрубок, через который производится вакуумирование.
Для введения присадок легирующие добавки укладываются в определенной последовательности в ячейки. Затем закрываете?! крышка, включается электроподогрев и производится дегазация нагретых добавок соответствующим механическим насосом вакуумной системы.
Введение легирующих добавок в тигель плавильной печи осуществляется поворотом маховичка. При повороте маховичка приходят в зацепление конические шестерни, и вместе с ними поворачивается опорная шайба, расположенная на вертикальном валу. В момент, когда узкий конец донышка ячейки совмещается с прорезью шайбы, донышко проваливается, и расположенные на нем добавки сбрасываются в тигель.
Каждое донышко-сектор имеет систему прикрепленных к нему снизу теплозащитных экранов. Для удобства определения последовательности введения добавок из ячеек дозатора ячейки нумеруются, а перед маховичком имеется лимб с делениями и цифрами, показывающими, какая ячейка опускается при определенном угле поворота маховичка. Добавки могут быть введены только в определенном порядке, поэтому их располагают в ячейках дозатора в. последовательности, предусмотренной технологией выплавки данного сплава.
Камера дегазации форм
Камера дегазации форм представляет собой горизонтально лежащий на опорах цилиндр диаметром 900 лен и длиной 2000 лен (фиг. 64). Стенки камеры охлаждаются водой. Внутри камеры в виде двух полуколец расположены электроподогреватели. Водоохлаждаемые вводы для питания электроподогревателей проведены в боковых поверхностях камеры. Между подогревателями и корпусом камеры проходит система теплоизолирующих экранов, выполненная из листовой нержавеющей стали. Экраны защищают также и верхнюю часть камеры (стык между подогревателями). В нижней части камеры перпендикулярно ее продольной оси проходят два вала от приводного механизма, предназначенного для передвижения платформы. На каждом валу укреплено звездчатой формы колесо. Валы выведены наружу через соответствующие уплотнения. Кроме того, в нижней части камеры расположены в два ряда ролики, на которые опирается платформа с формами при ее передвижении
105
Фиг. 64. Камера предварительной дегазации форм.
106
вдоль камеры. Оси роликов имеют интенсивное водяное охлаждение. Один торец камеры закрывается защищенной экранами и водоохлаждаемой дверцей; второй торец камеры через резиновые уплотнения соединяется с шлюзом.
Вакуумирование камеры осуществляется через отверстие в шлюзе; в отверстие вварен патрубок для присоединения трубопровода, ведущего к насосу. Температура внутри камеры измеряется термопарой и автоматически регулируется и записывается специальным прибором. Для того чтобы при передвижении платформы с формами внутри камеры при закрытой наружной дверце платформа не наехала на дверцу, в камере устроено приспособление, ограничивающее передвижение платформы в определенных пределах. Нагреватели обычно включают перед загрузкой форм в камеру. При подаче форм в плавильную камеру под заливку нагреватели выключают. При разгрузке форм перед открытием дверцы дают некоторое время остыть нагревателям, чтобы уменьшить их окисля-емость при соприкосновении с воздухом окружающей атмосферы.
Ленточные электроподогреватели изготовляются из листовой жароупорной стали с помощью изолированных от металла специальных подвесок и крепятся к стенкам камеры. Каждое полукольцо ( секция) электроподогревателя в случае необходимости без особых затруднений может быть извлечено из камеры для ремонта или замены. Наличие системы экранов, состоящих из шести слоев листовой стали, надежно защищает стенки камеры от нагрева, который в условиях вакуума осуществляется в основном теплоизлучением-
Применение в камере дегазации форм металлических экранов вместо огнеупорной футеровки значительно уменьшает габариты камеры, сокращает время, необходимое для создания разрежения в камере, так как значительно уменьшается газоотделепие. Кроме того, это позволяет создать более высокий вакуум при тех же мощностях установленного насосного оборудования. В камеру дегазации загружаются формы, имеющие температуру 900—950°.
Для предотвращения остывания форм в процессе дегазации температуру в камере поддерживают обычно в пределах 700—800е. За короткое время пребывания форм в камере дегазации (15—20 мин.) и при наличии элсктроподогрева до указанных температур формы не успевают сильно остыть.
Шлюз
Для того чтобы иметь возможность подавать формы под заливку в плавильную камеру, а также производить разгрузку залитых форм без нарушения вакуума в плавильной камере, между последней и камерой дегазации форм предусмотрена установка шлюза. Шлюз (фиг. 65) представляет собой коробку прямоугольного сечения с охлаждаемыми водой стенками. В передней стопке (сторона, стыкующаяся с плавильной камерой) и задней (сторона, стыкую-
107
щаяся с камерой дегазации) имеются окна для прохода форм при передвижении платформы. По периметру переднего окна приварен бурт для уплотнения с клапаном. Переднее окно герметично закрывается клапаном, который с помощью специального механизма.
Фиг. 65. Вакуумный шлюз в закрытом положении.
Фиг. 66. Положение клапана и экранов вакуумного шлюза в момент прохождения через пего нагретых форм.
чей форм в плавильную камеру под
приводимого в движение вращением штурвала, подастся со стороны боковой стенки шлюза. Вращением штурвала можно закрыть и открыть в нужный момент переднее окно. При повороте штурвала против часовой стрелки клапан описывает сложную кривую и плотно прижимается к ножам переднего окна.
Для того чтобы тепловое излучение из камеры дегазации форм не сожгло резиновые про-кл ад ки. уст а н овл е н н ые в слабо охлаждаемом водой клапане, заднее окно шлюза закрывается ново р а ч и в а ю щи м ис.я э кр а -нами. При вакуумирова-н и и 11 л а в ил ь н о й каме ры переднее окно шлюза плотно прикрыт о к л а па-ном, а заднее, окно закрыто экранами. Перед пода-заливку клапан открывают
и убирают в положение, изображенное на фиг. 66. С заднего окна убирают экраны и поворачивают их так, чтобы они прикрыли от-108
веденный в боковое положение клапан. В этом положении экраны уже защищают резиновые прокладки клапана в тот момент, когда мимо них продвигаются подаваемые под заливку горячие формы. После заливки форм и подачи их на разгрузку в камеру дегазации клапан и экраны снова устанавливаются в исходное положение, т. е. клапан закрывает переднее» а экраны заднее окна. В правой боковой стенке шлюза имеется отверстие с вваренным в него патрубком для подсоединения к вакуумной системе.
Контроль температуры и давления
Температура жидкого металла в тигле в процессе плавки замеряется вольфрамомолибдеповой термопарой погружения. Устройство для введения термопары снабжено небольшой камерой с открывающейся дверкой. Камера отсекается от плавильной камеры и вакуумной системы двумя шиберами (см. вакуумную схему печи). Камера и система шиберов позволяют производить замену наконечников и ремонт горячего спая термопары без нарушения вакуума в плавильной камере. Для смены наконечника или ремонта термопары ее подтягивают так, чтобы горячий спай оказался в центре камеры, и перекрывают шиберы, ведущие в плавильную камеру и к насосу. Затем открывают дверцу и производят необходимый ремонт. Алундовый наконечник термопары удерживается па ней специальными прижимами. Показания термопары при замере температуры регистрируются прибором-указателем. Температура металла может также измеряться цветовым электронным пирометром типа ЦЭП-2А, который непрерывно показывает температуру па продолжении всей плавки. Для установки электронного пирометра на плавильной камере предусмотрено специальное место. При наличии цветового электронного пирометра термопара погружения выполняет функции периодического контроля показаний пирометра. Разрежение в плавильной камере и камере дегазации форм замеряется с помощью двух вакуумметров ВИТ-1. Каждый из вакуумметров соединен, кроме того, с самописцами, которые записывают па диаграмму изменение давления во времени в обеих камерах. Запись давления в процессе плавки на движущуюся ленту дает весьма наглядное представление о колебаниях давления в процессе плавки и заливки- На диаграмме обычно отмечают основные моменты ведения плавки: время включения насосов и генератора. подплавление и полное расплавление металла, время введения присадок, замера температуры слива и др. Каждая диаграмма нумеруется порядковым номером плавки и сохраняется вместе с. плавильным журналом. Диаграмма позволяет в любой момент проверить ход плавки.
Подготовка печи к плавке
Вакуумная индукционная печь непрерывного действия при тщательной ее подготовке может работать несколько дней без нарушения вакуума в плавильной камере. Продолжительность кампании печи зависит в первую очередь от стойкости тигля и надежности 109
его работы в условиях вакуума. Обычно в начале освоения технологического процесса камеру открывают один раз в сутки, посте-пенно увеличивая продолжительность работы без нарушения вакуума до 3—4 и более дней.
Перед началом работы индуктор и тигель должны быть тщательно осмотрены. При необходимости тигель подмазывают огнеупорной массой с последующей его просушкой. Если тигель пришел в негодность, его заменяют или производят заново набивку. Для осмотра тигля, ремонта или замены новым открывают дверцу подвески печи и выводят плавильную печь из литейной камеры наружу. Замена индуктора с тиглем производится путем отсоединения фланцев входного и выходного концов индуктора и освобождения цапф из подвесок консоли.
Из внутреннего пространства плавильной камеры удаляют мусор, образовавшийся во время проведения плавок в виде кусочков керамической массы, настылей металла, налета на стенках, удаляют шлак из шлаковпи. Остатки керамического мусора и пыли удаляют с помощью мощного пылесоса. Внутренние стенки плавильной камеры тщательно промывают бензином или спиртом. Стекла смотровых окон освобождают от копоти. Следует также внимательно осмотреть уплотнительные резиновые прокладки.
Если производилась замена плавильной печи, то перед тем как ввести ее в плавильную камеру, следует пустить воду охлаждения на индуктор и проверить на течь. Дверцу подвески печи можно закрыть лишь после того, как будет полная уверенность в герметичности системы водоохлаждения индуктора, исправности изоляции его витков и выводов. После проверки агрегатов, расположенных внутри плавильной камеры, необходимо тщательно осмотреть камеру дегазации форм. Особое внимание следует обратить на исправность электроподогревателей и теплоизолирующих экранов. На последних пе должно быть коробления и выступающих частей. Для того чтобы убедиться в беспрепятственном продвижении платформы, ее прогоняют несколько раз в плавильную камеру и обратно. Установленные на платформе формы должны свободно с большим зазором проходить в пространстве между подогревателями п защищенными экранами окнами шлюза. В противном случае, при подаче форм под заливку в процессе плавки формы могут зацепиться и вывести из строя механизм передвижения платформы.
После проверки вакуумной печи в целом необходимо пустить воду охлаждения на узлы печи и насосы, которые будут работать во время плавки. Далее следует подготовить шихту, зарядить вымораживающую ловушку охлаждающей смесью и приступить к плавке.
Плавка металла и заливка форм
Конструкция вакуумной индукционной печи непрерывного действия предусматривает возможность работы па различных шихтовых материалах, т. е. выплавлять сплав непосредственно в печи из ИО
исходных компонентов или путем переплава готового чушкового металла. В случае применения пленообразующего сплава на никельхромовой основе, легированного алюминием и титаном, наиболее простей и короткий процесс плавки и отливки деталей из этого сплава получается, когда в качестве шихты употребляется готовый чушковый сплав, предварительно выплавленный в вакууме. Процесс переплавки такого сплава в вакуумной печи прост, обеспечивает максимальную производительность и лучшие свойства литых деталей.
Плавка и заливка могут происходить как в вакууме, так и в среде нейтрального газа. В случае применения при плавке или разливке нейтрального газа производительность работы печи понижается, так как затрачивается дополнительное время на откачку насосами нейтрального газа и восстановление вакуума после каждой плавки. Выплавка сплава на никельхромовой основе в вакууме непосредственно из исходных компонентов и разливка полученного сплава осуществляется следующим образом.
После соответствующей подготовки печи к плавке в тигель загружают нарезанный на пластины электролитический никель, мелкие куски электролитического, рафинированного в водороде хрома, штабики порошкового молибдена, штабики вольфрама, разрезанные слитки кобальта. Модифицирующие добавки — алюминий, титан, бор и др. — загружают в дозатор.
Загрузку шихты в тигель осуществляют механизмом загрузки. Шихту укладывают в контейнер, раскрывающееся дно которого предварительно связывают тонкой алюминиевой проволокой, и плавно опускают в тигель. Алюминиевая проволочка при соприкосновении с раскаленным тиглем расплавляется, и шихта опускается на дно тигля.
После загрузки шихты включают механический насос ВГ1-6Г и производят вакуумирование плавильной камеры- При достижении вакуума Ь10~2 льч рт. ст. включают бустерный насос 5Н-4500, который увеличивает разрежение в камере. Одновременно с пуском бустерного насоса включают генератор сначала на малую, а затем на полную мощность.
По мере подплавления и оседания металла в тигле вводят очередную порцию шихты; для подгрузки шихты следует улавливать момент, когда еще не произошло полного расплавления металла. с тем чтобы порция шихты из контейнера опускалась на твердые куски, оставшиеся от предыдущей загрузки. Шихта, постепенно прогреваясь и освобождаясь от газов, медленно погружается в расплав. Если же холодную и недегазировапную шихту из контейнера сразу опустить в жидкую ванну, то возможны сильные выбросы металла из тигля и его разбрызгивание.
Подплавление металла обычно начинается в момент, когда вакуум в плавильной камере достигает величины 9—7 мм рт. ст. При доведении металла до полного расплавления в расплав из дозатора вводят алюминий, титан, бор и другие добавки. Бор обыч-
1И
но вводят в виде лигатуры хром-бор или никель-бор (для сплавов на хромоникелевой основе). В момент введения добавок наблюдается кратковременное резкое падение вакуума, который вслед за .этим быстро восстанавливается. За несколько минут до слива металла вводят углерод. Углерод вводят в виде порошка электродного боя, завернутого в алюминиевую фольгу. Затем металл перемешивают. Углерод иногда закладывают непосредственно в тигель вместе с шихтой или вводят его вместе с добавками.
* В процессе плавки температура жидкого металла поддерживается в соответствии с требованиями инструкции на выплавку данной марки сплава. По окончании плавки металл разливают в кокиль, изложницы или в формы.
Заливка форм в вакууме сплавом на никельхромовой основе производится, как правило, при температурах 1500—1550°. В случае применения при заливке нейтрального газа эту температуру несколько увеличивают. Необходимость поднятия температуры вызывается потерей жидкотекучести сплава при наличии в камере аргона или гелия по сравнению с жидкотекучестью в вакууме. За 20—25 мин. до начала слива металла в камеру дегазации загружают предварительно прокаленные при 950” в камерной электропечи формы. Формы сначала устанавливают на платформу, находящуюся на тележке; при этом формы следует выровнять так, чтобы центры литниковых чаш всех форм находились па одной прямой линии, а края форм не выступали над краем платформы. Позади всех форм устанавливают футерованный ковш для слива небольшого количества металла из тигля, оставшегося после заливки форм. Затем тележку с установленными формами подкатывают вплотную к камере дегазации и включают механизм для передвижения платформы. Загрузив формы в камеру, включают насосы и производят вакуумирование камеры. Электроподогрсватели камеры включают несколько раньше с тем, чтобы они успели набрать температуру к моменту загрузки форм.
При достижении в камере определенного разрежения открывают шлюз, соединяющий камеру дегазации с плавильной камерой. Так как давление в камере дегазации при откачке из нее газов только механическим насосом было выше, чем в плавильной, то вакуум сначала падает, а затем быстро выравнивается и достигает 1-10-3— 5-10~3 мм рт. сг. в обеих камерах. По окончании режима дегазации форм последние передвигают в плавильную камеру под заливку. Продолжительность нахождения форм в камере дегазации рассчитывают таким образом, чтобы подача их под заливку согласовывалась с окончанием приготовления сплава в тигле плавильной камеры. После установки форм под заливку производят последний замер температуры металла в тигле и приступают к заливке форм. Для этого поворачивают промежуточные воронки для слива металла так, чтобы отверстие воронки совпадало с центром литниковой чаши формы, после чего наклоняют тигель и тонкой струей сливают металл. Для того чтобы при заливке было минимальное раз-112
брызгивапие» зазор между формой и воронкой должен быть небольшим. Струя металла сначала ударяет в конусообразную поверхность сливной воронки, а из нес уже более плавно заполняет форму. Регулирование порции металла -в каждую форму осуществляют наклоном тигля. Заливка шести-восьми форм обычно продолжается 1,5—2 мин. После слива металла мз тигля (последний быстро очищают от настылей .и шлака с помощью счищалки и
МЦР. г-
90
ВО
1	I	I	I	I
---------- s Слиб> t металла 1ёгО Г
Ввг&ы V	1	1	:	(
----- углерода'
Введем.
ведение нейтрального газа Уединение камеры дегазации рсрм с литейной камерой
с
ч»
§
§
'Включение бн-4500
'Полное расплавление метол ла; t' 1340 гс, генгоатср
^Включение ён-ОГна камера дегазации Форм
: I i ' ।	।
'..Включение ВН-6Г на литейную камеру !
5ЮГ!Ю3 Давление
° 160 2W'
l йключениг генератора ийквт
) I	। I
Включение бн-4500 на литейн
*
00
10
Фиг. 67. График изменения давления в плавильном камере и камере дегазации форм в процессе плавки и заливки в вакуумной печи непрерывного действия емкостью 50 кг.
шлаковни и приступают к очередной плавке. Залитые формы выдерживают некоторое (время для окончания кристаллизации, подают на разгрузку, и цикл повторяется.
В случае применения шихты в виде слитков, выплавленных в атмосфере воздуха, процесс ведения плавки значительно упрощается, и продолжительность его будет короче. Однако ввиду того, что сплав этот окислен, возможность получения чистых от окисных плен отливок в этом случае меньше по сравнению с процессом, когда применяется шихта, составленная из свежих компонентов.
Работа на сплаве, выплавленном в атмосфере воздуха, протекает следующим образом: с помощью механизма загрузки или большого дозатора (емкостью 60 кг) загружается первая порция шихты в тигель. Включают механические насосы и создают разрежение в плавильной камере. Затем включают бустерный насос и генератор. По мере подплавления металла из дозатора с помощью бадьи или с помощью контейнера механизма загрузки вводят оставшиеся слитки, пе нарушая при этом вакуум в плавильной камере.
8 СИ. Кузьмин	I 13
Металл нагревают до расплавления и снимают шлак с поверхности жидкой ванны с помощью мешалки. Затем поднимают температуру металла и дают выдержку до исчезновения всплывших на поверхность окисных плен и удаления из металла газов. За несколько минут до слива металла в расплав вводят углерод в количестве 0,02—0,03% от веса металла с целью компенсации его угар^ в процессе плавки.
Загрузка форм в камеру дегазации, их вакуумирование и подача под заливку осуществляется так же, как и при процессе плавки на шихте из свежих компонентов. При отливке в вакууме слитки и отливки иногда получаются пористыми. Это можно объяснить тем, что при данных условиях кристаллизации количество растворенного в расплаве газа больше растворимости его в твердом состоянии. Если металл закристаллизовать в тигле и снова расплавить с повторением такой операции несколько раз, можно создать условия для уменьшения пористости. С этой же целью перед сливом металла в изложницу или форму в печи создают повышенное давление напуском в камеру нейтрального газа. Заливка в среде нейтрального газа почти ничем пе отличается от заливки в вакууме. Инертный газ (обычно аргон) вводят в камеру, создавая в зависимости от надобности давление от 20—100 до 760 ли/ рт. ст. Введение инертного газа создает лучшие условия пе только для кристаллизации отливки, по также значительно сокращает разбрызгивание струи металла, придавая ей ламииарность истечения. Последнее обстоятельство значительно облегчает заливку металла в формы, избавляя от необходимости предусмотрения в литниковой системе форм больших по размеру литниковых чаш. График изменения давления в процессе плавки с применением шихты в виде слитков, выплавленных в атмосфере воздуха, и заливки форм точного литья приведен на фиг. 67. Здесь показано изменение давления в камере форм двумя насосами ВН-6Г и Б11-4500. Для упрощения схемы и сокращения продолжительности никла плавки можно создавать разрежение в камере форм только одним насосом ВН-6Г( см. вакуумную схему печи фиг. 60).
Техническая характеристика печи
Техническая характеристика вакуумной индукционной печи непрерывного действия емкостью 50 кг приведена в табл- 25.
Табл и ц а 25
Техническая характеристика высоковакуумного илавильно-разливочного индукционного агрегата В-165
Наименование	I Единица 1 измерения	Величина	|	Примечание
Тип агрегата				Высоковакуумный пла-вильно-разливочный индукционный, механизированный
114
Продолжение табл. 25
Наименование	Единица измерения	| Величина	Примечание
Тик плавильной печи . Способ слива металла из тигля	 Емкость тигля!		кг	50	Индукционная поворотная Через носок"плавильной поворотной печи
Рабочая температура металла в тигле ....	X.	До 2200	Измерение темп ературы
Количество форм точного литья, заливаемых металлом за одни цикл .	шт.	8	термопарой погружения и пирометром типа ЦЭП-3
Размеры форм: ширинах длина Х^ысота	мм	200X300X	
Рабочая температура камеры дегазации ....	сС	Х400 До 900	
Рабочая температура малого бункера дозатора .		До 400	Большой бункер-дозатор
Емкость малого бункера-дозатора 		кг	10	без подогрева шихты
Емкость большого бункера-дозатора 			60	
Характеристика устройства загрузки: шихтовой болванки	кг	50	
корзины с шихтой .	и	40	
из контейнера с удаляемым дном .		20	За одну подачу
Рабочий вакуум плавильной камеры ....	мм рт. ст.	1 -10—3	При установке дополни-
Рабочий вакуум камеры дегазации форм точного литья 		То же	мо-3	тельного насоса М-20А рабочий вакуум 1 • 10-5 При вакуумировании ка-
Рабочий вакуум‘в бункерах, дозаторах и загрузочном устройстве	ж	5-10-2	меры насосом БН-4500
Размеры разливочной платформы в плане	мм	485x1900	
Размеры загрузочной откатной тележки \ зкой колен в плане ....	9	600X1700	
Габаритные размеры агрегата: длина ......		6400	
ширина		9	5800	
высота		г»	5000	
8*
115
Продолжение табл. 25
Наименование	Единица измерения	Величина |	Примечание
Занимаемая площадь . . Продолжительность процесса дегазации и плавки металла в тигле . . Продолжительность дегазации 4 °РМ точного литья 	 Продолжительность разливки металла в формы точного литья .... Время подготовки агрегата к следующему циклу 	’ • • • Обитая продолжительность цикла 	 Часовая производительность агрегата .... Источник питания- генератор повышенной частоты 	 Установленная мощность вакуумного оборудования ....	... Мощность нагревателей камеры дегазации . . Общая мощность установленного оборудования 	 Напряжение генератора повышенной частоты . Частота 	 Часовой расход охлаждающей воды .....	.И1 МИН. 1 1 МИН.	j 1 к г! час кет кет *» гц МЛ;ЧйС	37,0 45—50	! 45-50 3 ,	70-75 100 114 До 100 450 375 2500 -10	i 1
ГЛАВА VI [1
НЕИСПРАВНОСТИ В РАБОТЕ ИНДУКЦИОННЫХ ВАКУУМНЫХ ПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ И ИХ УСТРАНЕНИЕ
1.	НАТЕКАНИЕ
Степень разрежения, которую можно получить в вакуумной индукционной печи, зависит от многих факторов и в первую очередь от мощности применяемых насосов, газоотделения стенок вакуум-камеры и агрегатов, расположенных внутри ее. Чем меньше в системе пеуплотнепных мест, тем незначительнее натекание воздуха из атмосферы и, следовательно, тем выше герметичность печи. Га-зоотделенис обусловливается свойством материалов, идущих на изготовление вакуумной камеры и ее узлов, удерживать на своей поверхности и в толще молекулы различных газов и паров и медленно выделять их в процессе вакуумирования. Газоотделение препятствует быстрому получению высокого вакуума даже в герметичной печи.
Особенно большое количество паров и газов выделяют тигель, форма и другие узлы, выполненные из керамических материалов Эти материалы перед установкой их в печь должны быть предварительно дегазированы. Большое значение имеет чистота и качество обработки поверхностей; на них не должно быть раковин, канавок и прочих неровностей. Рекомендуется производить дегазацию материалов в нагретом до высоких температур состоянии. Дегазированные материалы после соприкосновения с воздухом поглощают пары и газы очень медленно.
Если при подключении работающих насосов в вакуум-камере не происходит увеличения разрежения, то это является следствием трех основных причин: неисправности насоса; газоотделения (наличия в системе источника пара или газа); натекания в систему воздуха из окружающей атмосферы.
Для определения конкретной причины обычно перекрывают откачивающую систему от насоса шибером и измеряют вакуумметром давление в вакуум-камере через определенные промежутки времени. По полученным точкам замера строят график [28]. Изменение давления в изолированном от насоса сосуде представлено графически на фиг. 68-
Если давление в системе оказывается значительно выше пре-
117
Р
Фиг. 68. Изменение давления (Р) в изолированной от иасоса системе во времени (0:
а — неисправен насос. б—газоотделение системы, в — натекание в систему.
деления, то систему подвергают
дельного вакуума насоса и после закрытия шибера (между насосом и камерой) практически не изменяется, то это означает, что объем не может быть откачан из-за неисправности насоса (фиг. 6о, прямая линия а). Если после отключения насоса давление в системе сначала возрастает, а затем перестает изменяться, то это означает, что в системе имеются источники газоотделения (кривая линия б). Прекращение падения вакуума свидетельствует об установлении равновесия между выделением и поглощением стенками газов или паров. Если вакуум в системе непрерывно падает пропорционально времени, то причиной этого является натекание атмосферного воздуха извне (иря мая линия в). Неисправность насоса легко проверить. Для этого его отсоединяют от вакуумной системы и через резиновую про-к л а д ку з а к р ыв а ют з а гл у ш ко й. В заглушку устанавливают лампу вакуумметра. Затем включают насос и измеряют вакуумметром предельный вакуум насоса при работе «на себя». Если насос дает плохую характеристику, его перебирают и находят причину неисправности. Если же насос исправен, а вакуум при проверке падает вследствие наличия газоот-длительной дегазации в течение
нескольких суток.
Обычно сильное газоотделение наблюдается у вновь пускаемой в эксплуатацию печи. Если печь длительное время остается открытой, сообщающейся с атмосферой воздуха, то она успевает адсорбировать значительное количество газов. Величина натекания рассчитывается по формуле
5=—’,	(I)
где В — натекание;
И—объем вакуумной камеры в л;
ДР — изменение давления в мк рт. ст.;
Д£ — время, за которое происходит изменение давления, в сек.
Величина натекания, или течь обычно выражается в лы^сек. Течь величиной 1 лмк{сек дает натекание, в результате которого в изолированном сосуде объемом в 1 л за 1 сек. давление повышается на 1 мк. Натекание следует проверять в холодной печи после удаления из нее тигля и формы. В противном случае они будут сильно 118
влиять на показания вакуумметра, так как к натеканию еще добавится сильное газоотделеиие из формы и тигля.
Пример. Определить натекание печи объемом 1,5 л3, если после перекрытия насоса давление в вакуумной камере за 30 мин. упало с 5 • Ю-3 лме рт. ст. до 2 • 10~1 льч рт. ст.
Натекание определяем по формуле (1). Объем камеры составляет 1500 л, изменение давления ДР—195 мк, время 1800 сек. Подставляя эти значения в формулу (1), получим
п V’-ДР 1,5.1000-195
В =-----=-- ---------= 162,о лмк:сек.
At	30-60
Полученная величина натекания 162,5 лмк/сек говорит о том, что герметичность вакуумной системы плохая и ее следует проверить с помощью гелиевого течеискателя.
Схема подсоединения вакуумной печи для проверки герметичности с помощью гелиевого течеискателя приведена в работе [28]. Вакуумную камеру откачивают механическим насосом до максимального разрежения; затем включают гелиевый течеискатель, соединенный с камерой шлангом из вакуумной резины. После разогрева течеискателя приступают к обдувке предполагаемых мест гечи гелия из баллона с помощью специально сконструированного тля этих целен приспособления. Обнаруженные места течи подваривают (если течь была в сварных швах). При наличии течи в стыках ее ликвидируют затяжкой фланцевых соединении или заменой прокладки из вакуумной резины.
2.	ПАДЕНИЕ ВАКУУМА В ПРОЦЕССЕ ПЛАВКИ
Внезапное падение вакуума (увеличение давления) в процессе плавки может быть следствием самых разнообразных причин. Одной из причин возрастания давления в вакуумной камере в процессе плавки может служить недостаточная мощность насосов вакуумной системы. Выше были приведены данные о том, что бустерный насос БН-3 производительностью 500 л/сек создает вакуум 10~3 льи рт. ст. только при наличии в вакуумной камере емкостью 1 mz 8 кг холодного металла и одной формы. Если же включить генератор и металл начинать разогревать, то вследствие обильного газовыделепия из начинающего плавиться металла насос не справляется с удалением газов и давление в камере резко возрастает. Для того чтобы всс-такп поддерживать необходимое разрежение в вакуумной камере, генератор приходится переводить па малую мощность или периодически отключать вовсе. Это приводит к затягиванию времени плавки, удлиняет процесс и усложняет плавку. Кроме того, это не позволяет дать необходимую по технологии выдержку жидкого металла при необходимой величине вакуума.
График изменения давления в печи при работе на насосах недостаточной производительности приведен на фиг. 69. Совершенно очевидно, что в этом случае поставленные насосы обладают недо-
119
Фиг. 69. График изменения давления в плавильной камере при вакуумировании ее насосом малой производительности;
Р —включение форвакуумного насоса, / — включение бустерного насоса, 2 — включение генератора, расплавление металла. <3, 5, 7, 9, Н — выключение генератора, подстуживанме металла, 4, б, 10 — включение генератора.
статочной производительностью для нормального ведения плавки и они должны быть заменены на более мощные. Часто наблюдаются случаи резкого падения вакуума при введении в жидкий метал.; легирующих добавок, таких, как алюминий, титан, углерод и др. Вследствие резкого газовыдсления при введении сильно газоиасы-щепных добавок, а также вследствие происходящего в некоторых случаях экзотермического характера реакции и дополнительного разогрева металла, сопровождаемого сильным газовыделе-нием, установленные насосы за короткое, время не успевают откачать образовавшуюся массу газа. На фиг. 70 приведен график изменения давления в вакуумной камере при введении в расплав углерода, алюминия и титана.
Как видно из графика, в этих случаях наблюдается резкое увеличение давления. Явление это нормальное и не должно вызывать беспокойства. Однако, для того чтобы давление не возросло до таких пределов, при которых могут быть выведены из строя бустерные насосы, добавки следует вводить небольшими порциями. Полезно также помещать предварительно добавки в дозатор, снабженный элек-троподогрсвом, и производить предварительную дегазацию подогретых присадочных материалов. Типовая диаграмма изменения давления в камере
при оптимальной мощности установленных насосов для 50 кг металла приведена иа фиг. 67. Как видно из диаграммы, после нагрева и расплавления металла вакуум не падает, выдержка жидкого металла производится при постоянной величине вакуума. Время выдержки также должно соответствовать установленному по технологии. Постоянные параметры ’плавки, как об этом говорилось выше, должны быть выдержаны для обеспечения химического состава и свойств сплава. Падение вакуума в случаях введения термопары погружения, ломика для осаживания шихты или при работе приспособлением для очистки тигля от шлака свидетельствует о нарушении герметичности в местах ввода указанных агрегатов в вакуумную камеру. В таких случаях следует устранить
120
имеющиеся неисправности в уплотнениях. Кроме указанных случа-
ев, внезапное увеличение давления может происходить при различного рода неисправностях печи и аварийных случаях. Так, напри
мер, при нарушении герметичности в системе водоохлаждения ин-
дуктора пары воды прорываются наружу, вызывая резкое падение вакуума в камере. Наличие глубоких трещин в тигле приводит к тому, что металл, проникая в них, разогревает глубоколежа-щне слои футеровки и изоляционного слоя индуктора; последнее обстоятельство приводит к обильному выделению газов и соответствующему падению вакуума.
Все случаи внезапного падения вакуума можно разделить на объяснимые
Фиг. 70. График изменения давления в плавильной камере в момент введения некоторых легирующих добавок:
/ — введение углерода. 2— введение титана. 3 — введение алюминия.
и случаи, причина которых неясна. Если падение вакуума происходит без видимой причины, то это свидетельствует о какой-то серьезной неисправности в работе печи.
Показания вакуумметра или прибора, записывающего измене-
ние давления во времени на диаграмме, являются основным показателем исправности работы вакуумной печи-
3.	ИОНИЗАЦИЯ
Под ионизацией при плавке па вакуумных печах подразумевают явление свечения в вакуумной камере. Чаще всего оно наблюдается в виде светящейся разноцветной короны над поверхностью жидкого металла, находящегося в тигле. Эта корона в некоторых случаях разрастается до больших размеров, занимая почти все пространство печи. При наличии в камере стыков труб, по которым поступает вода для охлаждения витков индуктора, в зоне этих стыков также часто наблюдается свечение всех цветов радуги. Причины, вызывающие это явление, па сегодня еще недостаточно изучены, однако некоторые из них можно назвать уже с достаточной достоверностью.
Одной из главных причин появления ионизации является наличие натекания в печи. Воздух, содержащий определенное количество влаги, попадает в зону магнитных полей индукционных токов, ионизируется и начинает светиться. После устранения течей ионизация, как правило, прекращается (если нет других причин, вызывающих ее).
121
Второй причиной появления ионизации являются мельчайшие течи водоподводящих шлангов, находящихся внутри вакуумной камеры. Мельчайший водяной туман, вырывающийся из мест течи, служит источником ионизации. Причиной появления ионизации может служить также неисправность тигля, в частности наличие глубоких трещин и близкий подход жидкого металла к виткам индуктора.
Кроме того, появление ионизации может быть вызвано резким подъемом температуры металла, нечистой поверхностью камеры и плавильной печи, а также другими причинами. Для устранения ионизации необходимо прежде всего пе допускать наличия натекания атмосферного воздуха и течей в водоподводящих магистралях. Кроме того, следует своевременно производить профилактические работы по очистке от загрязнения внутренних стенок вакуум-камеры и агрегатов, расположенных внутри этой камеры.
4.	ПРОРЫВЫ МЕТАЛЛА ЧЕРЕЗ ФУТЕРОВКУ ТИГЛЯ
Прорывы металла через футеровку тигля происходят чаще всего вследствие наличия в тиглях трещин. При наличии в тигле даже небольших трещин металл, обладая в вакууме большой жидкотекучестью, проникает в трещины. Углубляясь с каждой последующей плавкой в толщу футеровки, жидкий металл подходит в непосредственную близость к виткам индуктора, создавая угрозу аварии. Особенно опасно наличие трещин в тигле при непрерывном цикле работы вакуумной печи. В этом случае вакуум-камера не открывается несколько плавок подряд, 'в течение которых тигель не осматривается, и угроза развития трещин и прорыва особенно велика.
5.	ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПЛАВКЕ И РАЗЛИВКЕ РАБОТАЮЩИХ НА ВАКУУМНЫХ ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧАХ
При проведении плавок в вакуумных индукционных печах следует уделять необходимое внимание соблюдению правил техники безопасности. Ввиду того, что индуктор с тиглем заключены в вакуумную камеру и наблюдение за процессом плавки вследствие этого затруднено, следует принимать меры осторожности прежде всего при эксплуатации плавильной печи. Перед началом работы, после пуска воды для охлаждения, обычно тщательно проверяют отсутствие течи во всех агрегатах, расположенных внутри плавильной камеры, обращая особое внимание на места подсоединения и уплотнения. При наличии хотя бы незначительной течи воды (даже в виде капельного истечения) плавки пе начинают. В таких случаях производят необходимые ремонтные работы и добиваются подпой герметичности системы водоохлаждения. Тщательному осмотру подвергается тигель плавильной печи. На нем не должно быть трещин, утонений стенок и других дефектов, которые могут привести к прорыву металла в процессе работы. Иногда для изготовления тиг-122
лей пользуются методом набивки огнеупорной массы вокруг графитового шаблона. В этом случае разогрев шаблона с целью спекания и получения тонкого оплавленного слоя футеровки следует производить постепенно. Сначала графитовый шаблон слегка нагревают путем включения генератора на малую мощность с тем, чтобы выжечь из графита масло и грязь, попавшие при обработке, н только после этого разогревают шаблон до высоких температур. В противном случае, при слишком резком нагреве шаблона вследствие интенсивного газообразования возможен выброс сильно раскаленного шаблона и ожоги обслуживающего персонала. Часто в процессе работы возникает необходимость в исправлении стенок, подины и сливного носка тигля путем подмазки дефектных мест соответствующим огнеупорным материалом. В этом случае подмазанные места должны быть тщательно просушены. Плавильные камеры вакуумных индукционных печей, как правило, не рассчитаны на то, чтобы в них можно было наряду с разрежением создавать значительные избыточные давления. Поэтому при проведении плавки и заливки в среде нейтрального газа не создают давления более 760 лш рт. ст. Кроме того, следует учитывать то обстоятельство, что при заливке форм металлом из них выделяется большое количество газов, которые создают дополнительное давление. Для того чтобы суммарное давление введенного нейтрального газа и газов, выделившихся из формы, не превысило 760 мм рт. ст., количество аргона нужно вводить с учетом выделения газов из форм. Для предотвращения внезапно образовавшегося избыточного давления в вакуум-камере обычно предусматривается установка аварийного перепускного клапана. Такой клапан тарируют примерно на 1,3 ата- При образовании давления в камере более чем 1,3 ата клапан открывается и давление сбрасывается. Клапан, как правило, располагают в днище вакуум-камеры с тем расчетом, чтобы в момент срабатывания клапана, когда образуется сильный поток воздуха, пе мог пострадать обслуживающий персонал.
Чаще всего устанавливают клапаны мембранного типа. Для осмотра внутреннего пространства вакуум-камеры ее следует оснащать перископом. С этой же целью необходимо предусматривать освещение камеры. В случаях внезапного прекращения поступления воды, охлаждающей индуктор, подача электрической мощности на индуктор должна быть также прекращена. Для этой цели обычно предусматривается установка специального автоматического устройства. В процессе плавки должен быть установлен строгий контроль за температурой воды, выходящей из индуктора. Температуру регулируют расходом воды, поступающей в индуктор. Искрение между витками индуктора в процессе плавки свидетельствует о наличии дефекта в изоляции индуктора. В таких случаях плавку прекращают и устраняют место повреждения изоляции. В последнее время в новейших конструкциях вакуумных индукционных печей пробуют устанавливать специальное устройство (в виде металлической сетки, вставленной между витками индукто
123
ра и футеровкой тигля) для предупреждения соприкосновения прорвавшегося через футеровку тигля металла с витками индуктора Кроме того, ведется работа по созданию приборов, сигнализирующих скопление влаги в камере, отключающих мощность генератора при внезапном прекращении воды на индуктор, и других предупредительных средств.
ЛИТЕРАТУРА
1.	Гарны к Г. А. н Самарин А. М., Выплавка трансформаторной стали в вакуумных исчах. Применение вакуума в металлургии, Труды совещания, Изд-во АН СССР, 1958.
2.	Новик Л. М., Вакуумная обработка жидкой стали в ковше и разливка в защитной атмосфере. Применение вакуума в металлургии, Труды совещания. Изд-во АН СССР, 1958.
3.	С h с s n u t F. Т., «Steel», 1955, т. 68, № 6, стр. 118—123.
4.	D а г m ага and S h u n t i n g о п, «Mechanical engineering». April, 1956. 78, N 4.
5.	Iverson F., «Modern Castings», 1956, 30, № 2, p. 24—26.
6.	«Steel», 1957, 141. N 22, p. 96—98, M. 6.
7.	Dvrkacz W. W„ «Journal of Metals», 1957, N 12, p. 1513—1516. ' v
8.	M c • n t i г с H. O.. «Steel», 1957, 103, N 2143, p. 543—548.
9.	3 у б к о A. M. и Е м я ш е в А. В., Бюллетень центрального института информации черной металлургии № 19, Металлургиздат, 1960.
10.	Кашин В. И. и Самарии А. М., Применение вакуума в металлургии. Изд-во АН СССР, 1960.
11.	Филиппов И. И., Кузьмин С. И., Методы получения отливок повышенном точности, Машгиз, 1958.
12.	Самарин А. М., Вакуумная металлургия, Металлургиздат, 1958.
13.	Пазу хин В. А. и Фишер А. Я., Вакуум в металлургии, Металлургиздат, 1956.
14.	Антипин П. Д., Электрохимия расплавленных солей, ОНТИ, 1937.
15.	Пирс Р., Гей дон А., Отождествление молекулярных спектров, 14зд-во иностр, литературы, хМ. 1949.
16.	Белецкий М. С., Рапопорт М. Б., Доклады АН СССР № 5, г. 80, 1951.
17.	Каменецкая Д. С., Труды совещания ио применению вакуума в черной металлургии, Изд-во АН СССР, 1958.
18.	Д э ш м а и С.. Научные основы вакуумной техники. Изд-во иностр, литературы. 1950.
19.	J ones \V. Е.. «Metal Progress», 70, 4, 133, 1957.
20.	Нс. хендзи Ю. А., Богданов М. Т., Отливка пленообразующих сплавов в защитной атмосфере под вакуумом, Применение вакуума в металлургии, Изд-во АН СССР, М. 1960.
21.	Не хонд зи Ю. А., Вопросы теории легирования и свойств литых жаропрочных сплавов. «Литейное производство» № 6, 1958.
22.	R у s с h k е w i t s c h E., Oxidkcramic dcr Eisenstoffsysteme von St and-pnnkt der physikalischcn Chemie, Berlin 1948.
23.	Er way N. D., Seifert Q. L., «Journ. Electrochcm. Soc.», 98, 83, 1951.
24.	Brewer L., Porter R. F., «Journ. Chem. Pli\s.», 22, 1867, 1954.
25.	Hoc h M., К akarta M., Johnston H. L., J. Amer. Chem. Soc., 76, \ 10, 2651, 1954.
26.	Hoch M., Johnston H. L.f J. Amer. Chem. Soc.. 76, N 19, 4833, 1954.
27.	Аксенов Ф. В., К У з ь м и и С. И. и др., Материалы литейной формы для отливки в вакууме. Московский Дом научно-технической пропаганды, Сборник И. М. 1960.
125
28.	Ланис В. А., Левина Л. Е., Практические основы техники вакуумных испытаний, Госэисргоиздат, 1955.
29.	Мармер Э. Н., Материалы вакуумных электропечей, Госэнергоиздаг, 1950.
30.	Королев Б. И,, Основы вакуумной техники, изд. 2-е, Госэнергоиздат, 1953.
31.	Яккель Р., Получение и измерение вакуума. ИЛ, М. 1952.
32.	Kroll W., «Metal Industry», 46, N 1, 2, 57, 1935.
33.	Kroll W., «Metallwirtschait», 13, 729, 1934.
34.	Б а й м а к о в IO. В., Электролиз в металлургии, т. 2, Металлургиздат, М 1944.
35.	Л о з и и с к и й М. Г.. Высокотемпературная металлография, Машгиз, 1956.
36.	К г о 11 W.? Vacuum, 1, 1951.
37.	БочварА. А., Металловедение,Металлургиздат, М. 1945.
38.	Н е х е н д з и 10. А., Стальное литье, Металлургиздат, 1948.
39.	Самарип А. М., Поляков А. 10., Новик Л. М., Г а р н ы к Г. А., Применение вакуума в сталеплавильных процессах, Издательство литературы ю черной и цветной металлургии, 1М. 1957.
40.	Применение вакуума в металлургии. Труды совещания по применению вакуума в металлургии, изд-во АН СССР, М. 1958.
41.	КурчманБ. С., Точное литье, Оборопгиз, 1954.
42.	Eisen ho пег I. I. and Preston I., Materials in Design Engineering. 1, v. 47, N 42, p. 116—117, 1958.
43.	Вакуумная металлургия, Сборник докладов, Перевод с английского юл редакцией чл.-кор. АН СССР А. М. Самарина, Издательство иностр, лите-)атуры, 1959.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ............................................................ 3
Глава /. Теоретические вопросы плавки металлов в вакууме	7
1.	Удаление газов из металлов ....	.	7
2.	Механизм восстановления окисных плен	...	8
3.	Испарение металлов в вакууме...............................13
Глава II. Химический состав, структура и свойства сплавов, выплавленных в вакууме..................... ...	...	17
I.	Химический состав.........................................  17
2.	Структура сплавов, выплавленных в вакууме..................21
3.	Структура и плотность отливок в зависимости ог условий плавки и разливки в вакууме ...................................... 26
4.	Механические свойства сплавов, выплавленных в вакууме 29
Г лава III. Жидкотекучесть пленообразующих сплавов в вакууме и в среде нейтрального газа...............................................38
1.	Зависимость жидкотекучести от величины вакуума ...	38
2.	Применение пониженной температуры металла и формы при литье в вакууме................................................40
3.	Жидкотекучесть пленообразующих сплавов в вакууме и в среде нейтрального	газа...........................................42
Глава IV. Технология	точного	литья в вакууме........................44
1. Краткое описание технологического процесса точного литья в вакууме......................................................  44
2. Шихта для литья в вакууме .	............. .	.	46
Глава V. Тигель для плавки в вакууме	..............49
1.	Материалы для приготовления тиглей..........................49
2.	Технология изготовления тиглей для работы в условиях вакуума 52
3.	Взаимодействие металла с материалом тигля..................62
Глава VI. Формы для литья в вакууме.......................... .	.	66
1.	Удаление газов из форм......................................66
2.	Состояние внутренней полости формы и ее влияние на размеры и качество отливок.............................................71
3.	Влияние условий заливки форм на качество отливок ...	74
4.	Влияние различных модельных масс и огнеупорных материалов на качество отливки............................................75
Глава VII. Оборудованиеs для плавки и литья жаропрочных сплавов в вакууме.............................................................79
1. Вакуумные индукционные печи периодического действия	.	.	79
2. Вакуумные индукционные печи непрерывного действия	.	.	91
Г лава VIII. Неисправности в работе индукционных вакуумных плавильных печей и их устранение..................... ... 117
1.	Натекание................................................ 117
2.	Падение вакуума	в	процессе	плавки........................119
3.	Ионизация.................................................121
4.	Прорывы металла	через	футеровку	тигля....................122
5.	Техника безопасности при ’плавке и разливке работающих па
вакуумных индукционных печах .....	...	122
Литература	:	.	. 125
Сергеи Ильич Кузьм » н
ПЛАВКА И ЛИТЬЕ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ И СТАЛЕЙ В ВАКУУМЕ
Технический редактор Г. В. Смирнова Корректор Ю. Н. Рыбакова
Сдано в производство 16/VIII 1961 г. Подписано к печати 8/1 1962 г. Т-02117. Тираж 6500 экз. Печ. л. 8,0. Уч.-изд. л. 8.3. Бум. л. 4,0. Формат 60><901/1С. Цена 42 коп.
Зак. 388.
Московская типография Гостортехиздата
Москва. Ж-88, Южно-портовый 1-й пр., 17
ЗАМЕЧЕННЫЕ ОПЕЧАТКИ
Страница	Строка	Напечатало	।	Должно быть 1	—
5	2—1-я снизу	। шторм сталлоидов	I	интермсталлидов
22	18-я снизу	атмосфере	•	размере
22	13-я снизу	куриное	।	крупнее
31	Фиг. 20 (па чертеже)	Предел ползучести	1	Предел прочности 1
33	5-я сверху	увеличение ее 60—80%	1 увеличение ее па 60—80 *
34	3—4-я сверху	(Аналитические данные получены А. В. Емельяновым . и А. М. Зубко.)	।	[ Аналогичные данные, по.г. чены А. В. Емяшевым i I	A. At Зубко.
37	7-я сверху	на воздух	! "	i	1	на воздухе
61	1-я снизу	максимальную	।	минимальную
72	Фиг. 43 (на чертеже, позиция 15, слева) 1		15
75	Табл. 22, 1 графа 5. головка	।	Качество засоров ’	1	Количество засоров
75 1 1	'	21-я снизу	|	I28J	[27]
80 ,	- о-я снизу	ИВПС	1	1	иевл
82 !	1	1-я снизу	приводов	1	1	проводов
83 , 1 1	। Фиг. 48, . по. г фиг. подпись; 2-я сверху	1 — 5 мм рт. ст.	|	1	1—5 мк рт. ст. 1
101	8-я снизу	расстояние	расстановка
107	19-я сверху	стали с	стали и с
107 |	20-я сверху	и крепятся	крепятся
1,1 I 1	। 3-я снизу '	табл. 25, 1	2-я графа,	3t.« рт. ст.	мк рт. ст.
116 '	1	-1-я снизу		b
117 । 1	7—6-я снизу 1	откачивающую 1	откачиваемую 1
С. И, К У з i м и и. 3.1Ч. :4S8