RU2774340C1 - Method for manufacturing ingots from a titanium-based metal compound - Google Patents
Method for manufacturing ingots from a titanium-based metal compound Download PDFInfo
- Publication number
- RU2774340C1 RU2774340C1 RU2021101434A RU2021101434A RU2774340C1 RU 2774340 C1 RU2774340 C1 RU 2774340C1 RU 2021101434 A RU2021101434 A RU 2021101434A RU 2021101434 A RU2021101434 A RU 2021101434A RU 2774340 C1 RU2774340 C1 RU 2774340C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bath
- fragments
- source material
- liquid metal
- mold
- Prior art date
Links
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 34
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 34
- 239000010936 titanium Substances 0.000 title claims abstract description 34
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 title claims abstract description 26
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 55
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 55
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 33
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 13
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 8
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 8
- 239000007858 starting material Substances 0.000 claims description 5
- 230000001965 increased Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005266 casting Methods 0.000 abstract 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 22
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 12
- 238000010191 image analysis Methods 0.000 description 11
- REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N aluminium(3+) Chemical class [Al+3] REDXJYDRNCIFBQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 5
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 5
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 210000002381 Plasma Anatomy 0.000 description 3
- 235000010599 Verbascum thapsus Nutrition 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 240000000969 Verbascum thapsus Species 0.000 description 2
- 238000004320 controlled atmosphere Methods 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- -1 for example Chemical compound 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 238000005339 levitation Methods 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 2
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium(0) Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000967 As alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010038 TiAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000000593 degrading Effects 0.000 description 1
- 230000002542 deteriorative Effects 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 1
- 229910052752 metalloid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002738 metalloids Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000001737 promoting Effects 0.000 description 1
- 150000003609 titanium compounds Chemical class 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Предпосылки изобретенияBackground of the invention
Настоящее изобретение относится к общей области изготовления слитков из металлического соединения на основе титана, такого как сплавы или интерметаллические соединения, в частности, для изготовления деталей для летательного аппарата.The present invention relates to the general field of making ingots from a titanium-based metal compound, such as alloys or intermetallic compounds, in particular for the manufacture of parts for aircraft.
Слитки из сплава на основе титана или интерметаллического соединения на основе титана, как правило, изготавливают расплавлением фрагментов исходного материала в различных ваннах, затем жидкий металл выливают в кристаллизатор для охлаждения и затвердевания металла с образованием слитков.Ingots of a titanium-based alloy or titanium-based intermetallic compound are generally made by melting fragments of the parent material in various baths, then the liquid metal is poured into a mold to cool and solidify the metal to form ingots.
Однако способ традиционного изготовления титановых слитков может приводить к проблеме снижения механических свойств полученного слитка относительно желательных механических свойств.However, the conventional manufacturing method for titanium ingots can lead to the problem of reducing the mechanical properties of the resulting ingot relative to the desired mechanical properties.
Цель и сущность изобретенияPurpose and essence of the invention
Поэтому основная цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы преодолеть такой недостаток, предложив, согласно первому аспекту изобретения, способ изготовления слитка из металлического соединения на основе титана, включающий следующие этапы:Therefore, the main object of the present invention is to overcome such a disadvantage by providing, according to the first aspect of the invention, a method for manufacturing a titanium-based metal compound ingot, comprising the following steps:
- обеспечение фрагментов исходного материала;- provision of fragments of the source material;
- плавление фрагментов исходного материала с образованием жидкого металла в по меньшей мере одной ванне;- melting fragments of the source material with the formation of liquid metal in at least one bath;
- выдерживание в расплавленном состоянии жидкого металла в упомянутой по меньшей мере одной ванне;keeping the liquid metal in the molten state in said at least one bath;
- выливание жидкого металла из по меньшей мере одной ванны в кристаллизатор переливом из упомянутой по меньшей мере одной ванны в упомянутый кристаллизатор;- pouring liquid metal from at least one bath into the mold by overflowing from said at least one bath into said mold;
- формирование слитка охлаждением жидкого металла в кристаллизаторе;- formation of an ingot by cooling the liquid metal in the mold;
отличающийся тем, что способ включает следующий этап:characterized in that the method includes the following step:
- предварительный нагрев фрагментов исходного материала перед плавлением упомянутых фрагментов исходного материала с температурой предварительного нагрева, большей или равной 75% температуры ликвидуса упомянутых фрагментов исходного материала, причем упомянутая температура предварительного нагрева является строго меньшей, чем упомянутая температура ликвидуса.- preheating the source material fragments before melting said source material fragments with a preheating temperature greater than or equal to 75% of the liquidus temperature of said source material fragments, said preheating temperature being strictly lower than said liquidus temperature.
Такой этап предварительного нагрева фрагментов исходного материала позволяет улучшить однородность металла в ванне, в частности, за счет снижения присутствия в ванне нерасплавленного материала.Such a preheating step of the starting material fragments makes it possible to improve the homogeneity of the metal in the bath, in particular by reducing the presence of unmolten material in the bath.
В дополнение, такой предварительный нагрев позволяет уменьшить снижение температуры в ванне, когда вновь расплавляемый металл попадает в упомянутую ванну, тем самым повышая однородность за счет способствования растворению нерасплавленного материала в ванне и увеличивая скорость плавления металлического соединения, обеспечивая возможность повышения производительности.In addition, such preheating makes it possible to reduce the temperature drop in the bath when the newly melted metal enters the bath, thereby improving uniformity by promoting the dissolution of the unmelted material in the bath, and increasing the melting rate of the metal compound, allowing the productivity to be increased.
В дополнение, такой предварительный нагрев позволяет уменьшить термический удар, испытываемый исходными материалами во время этапа плавления, тем самым сокращая отходящие газы из исходных материалов. Эти отходящие газы могут вызывать реакции, которые способны создавать включения, причем эти включения ухудшают механические свойства слитков. Обусловленные отходящими газами реакции также могут давать элементы, которые осаждаются на кристаллизаторе, тем самым ухудшая механические свойства слитков. Кроме того, термический удар по исходным материалам содействует образованию наростов мелких твердых частиц исходного материала, которые могут отлагаться далее в ванне и поэтому не успевать растворяться, повышая опасность того, что в кристаллизаторе будут оставаться нерасплавленные частицы и снижать механические свойства слитков.In addition, such preheating can reduce the thermal shock experienced by the raw materials during the melting step, thereby reducing exhaust gases from the raw materials. These exhaust gases can cause reactions that are capable of creating inclusions, which inclusions degrade the mechanical properties of the ingots. The off-gas-driven reactions can also produce elements that are deposited on the mold, thereby degrading the mechanical properties of the ingots. In addition, thermal shock to the feed materials promotes the build-up of small hard particles of the feed material, which can be deposited further in the bath and therefore not have time to dissolve, increasing the risk of unmelted particles remaining in the mold and reducing the mechanical properties of the ingots.
Такой этап предварительного нагрева является особенно полезным для изготовления слитков из металлического соединения на основе титана, поскольку эти металлические соединения имеют высокую температуру плавления (титан имеет температуру плавления 1668°С), и металлические соединения на основе титана обладают более высоким риском присутствия нерасплавленных частиц металла во время формирования слитка.This preheating step is particularly useful for making titanium-based metal compound ingots because these metal compounds have a high melting point (titanium has a melting point of 1668°C) and titanium-based metal compounds have a higher risk of unmelted metal particles in the ingot formation time.
Способ может включать следующие характеристики, по отдельности или в комбинации, в зависимости от технических возможностей:The method may include the following features, individually or in combination, depending on the technical possibilities:
- температура предварительного нагрева больше или равна температуре солидуса фрагментов исходного материала;- the preheating temperature is greater than or equal to the solidus temperature of the source material fragments;
- температура предварительного нагрева больше или равна 93% температуры ликвидуса;- the preheating temperature is greater than or equal to 93% of the liquidus temperature;
- металлическое соединение на основе титана содержит по меньшей мере один элемент, имеющий более высокую температуру плавления, чем температура плавления титана;the titanium-based metal compound contains at least one element having a melting point higher than that of titanium;
- предварительный нагрев фрагментов исходного материала проводят посредством индукции;- preheating of fragments of the source material is carried out by induction;
- индукционный предварительный нагрев фрагментов исходного материала выполняют с возможностью обеспечения левитации упомянутых фрагментов исходного материала;- induction pre-heating of the fragments of the source material is performed with the possibility of ensuring the levitation of the said fragments of the source material;
- предварительный нагрев фрагментов исходного материала проводят с помощью генератора нагревающего пучка;- preliminary heating of fragments of the source material is carried out using a heating beam generator;
- способ включает этап контроля ориентации генератора нагревающего пучка;- the method includes the step of controlling the orientation of the heating beam generator;
- способ включает следующие этапы:- the method includes the following steps:
• плавление фрагментов исходного материала с образованием жидкого металла в первой ванне;• melting of fragments of the source material with the formation of liquid metal in the first bath;
• выдерживание в расплавленном состоянии жидкого металла в первой ванне;• keeping the liquid metal in the molten state in the first bath;
• выливание жидкого металла из первой ванны во вторую ванну переливом из упомянутой первой ванны в упомянутую вторую ванну;• pouring liquid metal from the first bath into the second bath by overflowing from said first bath into said second bath;
• выдерживание в расплавленном состоянии жидкого металла во второй ванне;• keeping the liquid metal in the molten state in the second bath;
• выливание жидкого металла из второй ванны в кристаллизатор переливом из упомянутой второй ванны в упомянутый кристаллизатор.• pouring liquid metal from the second bath into the mold by overflowing from said second bath into said mold.
Согласно второму аспекту, изобретение предлагает систему для изготовления слитка из металлического соединения на основе титана, включающую в себя:According to a second aspect, the invention provides a system for making a titanium-based metal compound ingot, comprising:
- по меньшей мере одну ванну, которая выполнена с возможностью приема жидкого металла;- at least one bath, which is configured to receive liquid metal;
- конвейер, который выполнен с возможностью подачи фрагментов исходного материала в упомянутую по меньшей мере одну ванну;- a conveyor, which is configured to supply fragments of the source material in the mentioned at least one tub;
- кристаллизатор, который питается переливом из упомянутой по меньшей мере одной ванны и который выполнен с возможностью охлаждения и затвердевания жидкого металла;- a mold which is fed by overflow from said at least one bath and which is configured to cool and solidify the liquid metal;
- средства нагрева, которые размещены напротив по меньшей мере одной ванны и кристаллизатора и которые выполнены с возможностью нагревания и расплавления фрагментов исходного материала в упомянутой по меньшей мере одной ванне и в упомянутом кристаллизаторе;- heating means, which are placed opposite at least one bath and the mold and which are configured to heat and melt fragments of the source material in said at least one bath and in the said mold;
отличающуюся тем, что система содержит устройство предварительного нагрева, которое выполнено с возможностью нагревания на конвейере фрагментов исходного материала с температурой предварительного нагрева, большей или равной 75% температуры ликвидуса упомянутых фрагментов исходного материала и строго меньшей температуры ликвидуса упомянутых фрагментов исходного материала.characterized in that the system contains a preheating device, which is configured to heat fragments of the source material on the conveyor with a preheating temperature greater than or equal to 75% of the liquidus temperature of the said fragments of the source material and strictly lower than the liquidus temperature of the said fragments of the source material.
Система может содержать следующие характеристики, по отдельности или в комбинации, в зависимости от технических возможностей:The system may contain the following features, individually or in combination, depending on the technical capabilities:
- устройство предварительного нагрева содержит генератор нагревающего пучка;- the preheating device contains a heating beam generator;
- система содержит устройство получения изображений и устройство анализа изображений, причем упомянутое устройство получения изображений выполнено с возможностью получения изображений предварительного нагрева фрагментов исходного материала генератором нагревающего пучка, а упомянутое устройство анализа изображений выполнено с возможностью контроля ориентации генератора нагревающего пучка по изображениям, полученным упомянутым устройством получения изображений;- the system comprises an image acquisition device and an image analysis device, wherein said image acquisition device is configured to obtain images of preheating of source material fragments by a heating beam generator, and said image analysis device is configured to control the orientation of the heating beam generator from images obtained by said acquisition device images;
- устройство предварительного нагрева содержит устройство индукционного предварительного нагрева;the preheating device comprises an induction preheating device;
- устройство индукционного предварительного нагрева выполнено с возможностью обеспечения левитации фрагментов исходного материала.- the induction preheating device is configured to provide levitation of the source material fragments.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Прочие характеристики и преимущества настоящего изобретения будут выявляться из приведенного ниже описания, со ссылкой на сопроводительные чертежи, которые иллюстрируют пример его осуществления, не носящий ограничительного характера. На фигурах:Other characteristics and advantages of the present invention will appear from the description below, with reference to the accompanying drawings, which illustrate a non-limiting example of its implementation. On the figures:
- фигура 1 схематически представляет систему для изготовления слитка из металлического соединения на основе титана согласно одному варианту осуществления изобретения;- figure 1 schematically represents a system for making an ingot of a titanium-based metal compound according to one embodiment of the invention;
- фигура 2 представляет первый вариант реализации устройства предварительного нагрева системы для изготовления слитка;- figure 2 represents the first embodiment of the preheating device of the ingot production system;
- фигура 3 представляет второй вариант реализации устройства предварительного нагрева;- figure 3 represents a second embodiment of the preheating device;
- фигура 4 представляет схематический вид различных этапов способа изготовления слитка из металлического соединения на основе титана согласно одному варианту осуществления изобретения;- figure 4 is a schematic view of the various steps of the method of manufacturing a titanium-based metal compound ingot according to one embodiment of the invention;
- фигура 5 представляет схематический вид различных этапов способа изготовления, осуществляемого с вариантом системы для изготовления по фигуре 1.- figure 5 is a schematic view of the various steps of the manufacturing method carried out with a variant of the manufacturing system according to figure 1.
Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention
Как проиллюстрировано на фигуре 1, система 1 для изготовления слитка 2 из металлического соединения на основе титана включает в себя конвейер 11, на котором транспортируются фрагменты 3 исходного материала. Например, конвейер 11 может быть выполнен в виде вибрационного стола, толкающего цилиндра, ленточного конвейера или шнека.As illustrated in FIG. 1, the system 1 for producing an
Фрагменты 3 исходного материала могут представлять собой лигатуры, фрагменты повторного используемых материалов (ломов) или свежий исходный материал сплава на основе титана или интерметаллического соединения на основе титана. Как правило, фрагменты 3 исходного материала могут быть образованы блоками частиц, таких как опилки, которые агломерированы и уплотнены прессованием, причем эти блоки имеют длину, составляющую, например, между 20 см и 50 см.The
Под металлическим соединением на основе титана здесь понимают либо сплав на основе титана, то есть сплав, основным компонентом которого является титан, либо интерметаллическое соединение на основе титана, то есть интерметаллическое соединение, основным компонентом которого является титан. Сплав представляет собой сочетание различных металлов, в то время как интерметаллическое соединение представляет собой сочетание по меньшей мере одного металла с по меньшей мере одним металлоидом.A titanium-based metal compound is here understood to mean either a titanium-based alloy, that is, an alloy whose main component is titanium, or a titanium-based intermetallic compound, that is, an intermetallic compound whose main component is titanium. An alloy is a combination of different metals, while an intermetallic compound is a combination of at least one metal with at least one metalloid.
Например, металлическое соединение может представлять собой сплав, выбранный из следующих сплавов: Ti17, TiBeta16, Ti21S, Ti6242 и Ti6246; или интерметаллическое соединение из следующих интерметаллических соединений: TiAl 48-2-2 и TiNMB1. Приведенные примеры не являются ограничивающими, и могут быть применены другие сплавы или интерметаллические соединения на основе титана.For example, the metal compound may be an alloy selected from the following alloys: Ti17, TiBeta16, Ti21S, Ti6242, and Ti6246; or an intermetallic compound from the following intermetallic compounds: TiAl 48-2-2 and TiNMB1. The examples given are not limiting, and other titanium-based alloys or intermetallic compounds may be used.
Система 1 включает в себя по меньшей мере одну ванну, в которой расплавляют фрагменты 3 исходного материала. В примере реализации, проиллюстрированном на фигуре 1, система 1 включает в себя первую ванну 12 и вторую ванну 13, размещенную ниже по потоку относительно упомянутой первой ванны 12. Однако число ванн может быть бóльшим, а значит, система 1 может включать, например, три или четыре ванны, или меньшим, то есть система 1 может включать единственную ванну.System 1 includes at least one bath in which
Первая ванна 12 и вторая ванна 13 принимают жидкий металл 4, полученный плавлением фрагментов 3 исходного материала.The
Первая ванна 12 и вторая ванна 13 образованы, с одной стороны, стенкой, которая принимает жидкий металл 4, причем упомянутая стенка выполнена, например, из меди, и, с другой стороны, устройством охлаждения, которое позволяет поддерживать стенку при температуре ниже температуры ее разрушения, причем упомянутое устройство охлаждения обычно выполнено с контуром циркуляции охлаждающей жидкости.The
Фрагменты 3 исходного материала расплавляют в первой ванне, затем жидкий металл 4, полученный плавлением упомянутых фрагментов 3 исходного материала, переносят во вторую ванну 13.
Плавление фрагментов 3 исходного материала проводят средствами 14 нагрева, которые размещены напротив первой ванны 12 и второй ванны 13.The melting of
Средства 14 нагрева могут быть образованы, например, плазменными факелами (плазмотронами), электронными пушками, генераторами электрической дуги, лазерными генераторами или средствами индукционного нагрева.Heating means 14 can be formed, for example, by plasma torches (plasma torches), electron guns, electric arc generators, laser generators or induction heating means.
В дополнение, средства 14 нагрева предназначены для поддерживания жидкого металла 4 в расплавленном состоянии в первой и второй ваннах 12 и 13, чтобы перевести жидкий металл 4 в желательное металлургическое состояние.In addition, heating means 14 are provided for maintaining the
Атмосфера, в которой находятся первая ванна 12 и вторая ванна 13, может быть контролируемой. Чтобы жидкий металл 4 не реагировал с атмосферой, контролируемая атмосфера может быть реализована, например, атмосферой вакуума или атмосферой инертного газа при регулируемом давлении. Согласно еще одному возможному варианту, контролируемую атмосферу создают специальным газом при регулируемом давлении, причем упомянутый специальный газ приспособлен для реагирования с жидким металлом 4, чтобы насыщать упомянутый жидкий металл 4, а значит и металлическое соединение слитка 2, упомянутым специальным газом.The atmosphere in which the
Первая ванна 12 и вторая ванна 13 также могут подвергаться воздействию неконтролируемой атмосферы.The
Как проиллюстрировано на фигуре 1, система 1 включает в себя кристаллизатор 15, в который выливают жидкий металл 4 из второй ванны 13 для того, чтобы охладить упомянутый жидкий металл 4, кристаллизовать его и тем самым сформировать фронт 5 продвижения твердого металла, которому придают форму для формирования слитка 2 полунепрерывным литьем.As illustrated in figure 1, the system 1 includes a
Чтобы охладить жидкий металл 4, который вылит в кристаллизатор 15, упомянутый кристаллизатор 15 включает в себя контур охлаждения, который охлаждает стенки упомянутого кристаллизатора 15. Стенки кристаллизатора 15, которые охлаждаются контуром охлаждения, выполнены из материала с высокой теплопроводностью, например, из меди или медного сплава.In order to cool the
Более того, как можно видеть на фигуре 1, средства 14 нагрева также размещены напротив кристаллизатора 15 и предназначены для поддерживания жидкого металла 4 в расплавленном состоянии в верхней части кристаллизатора 15.Moreover, as can be seen in figure 1, heating means 14 are also placed opposite the
Жидкий металл 4 переносят из первой ванны 12 во вторую ванну 13, а из второй ванны 13 в кристаллизатор 15 переливом. Другими словами, вторую ванну 13 питают жидким металлом 4 переливом из первой ванны 12 в упомянутую вторую ванну, а кристаллизатор 15 питают жидким металлом 4 переливом из второй ванны 13 в упомянутый кристаллизатор 15, или, иначе говоря, жидкий металл 4 подают во вторую ванну 13 переливом в нее из первой ванны 12 и подают в кристаллизатор 15 переливом в него из второй ванны 13. Такая характеристика позволяет ограничить риск того, что нерасплавленные частицы металла попадут в кристаллизатор 15, что могло бы снизить механические свойства слитка 2. Действительно, все еще твердый металл склонен опускаться на дно первой ванны 12 и второй ванны 13.
Чтобы улучшить механические характеристики слитка 2 из металлического соединения на основе титана, система 1 включает в себя устройство 16 предварительного нагрева (подогрева), которое размещено напротив конвейера 11 и которое выполнено с возможностью предварительного нагревания фрагментов 3 исходного материала перед тем, как упомянутые фрагменты 3 исходного материала будут расплавлены в первой ванне 12.In order to improve the mechanical characteristics of the titanium-based
Устройство 16 предварительного нагрева предназначено для нагревания фрагментов 3 исходного материала до температуры предварительного нагрева, которая больше или равна 75% температуры ликвидуса упомянутых фрагментов 3 исходного материала и которая строго меньше, чем температура ликвидуса упомянутых фрагментов 3 исходного материала.The preheating
Такая температура предварительного нагрева позволяет снизить температурный градиент на входе в первую ванну 12. Это позволят облегчить расплавление фрагментов 3 исходного материала, что сокращает присутствие нерасплавленных частиц металла в первой и второй ваннах 12 и 13, тем самым ограничивая опасность того, что эти нерасплавленные частицы металла попадут в кристаллизатор 15.This preheating temperature makes it possible to reduce the temperature gradient at the entrance to the
Предварительный нагрев согласно изобретению позволяет, в частности, сократить присутствие мелких нерасплавленных частиц металла благодаря облегчению плавления этих частиц, причем мелкие частицы более склонны не опускаться на дно первой и второй ванн 12 и 13 и поэтому переливаться с жидким металлом 4 в кристаллизатор 15.The preheating according to the invention makes it possible, in particular, to reduce the presence of fine unmelted metal particles by facilitating the melting of these particles, the fine particles being more inclined not to sink to the bottom of the first and
Кроме того, такая температура предварительного нагрева позволяет снизить термический удар, испытываемый фрагментами 3 исходного материала, когда они попадают в первую ванну 12. Снижение термического удара позволяет уменьшить количество отходящих газов, ограничивая тем самым реакции, обусловленные этими отходящими газами, которые вполне способны давать нежелательные элементы в металлическом соединении, ухудшая механические свойств слитка.In addition, this preheating temperature makes it possible to reduce the thermal shock experienced by the feed fragments 3 when they enter the
Предпочтительным образом, температура предварительного нагрева является более высокой, чем температура солидуса металлического соединения, или равной ей, что позволяет дополнительно ускорить растворение твердых частиц металла в первой и второй ваннах 12 и 13 и позволяет снизить термический удар. Температура предварительного нагрева всегда строго меньше, чем температура ликвидуса сплава.Preferably, the preheat temperature is higher than or equal to the solidus temperature of the metal compound, which further accelerates the dissolution of the metal solids in the first and
Таким образом, фрагменты 3 исходного материала частично расплавляются, поскольку они находятся при температуре выше температуры солидуса, но строго ниже температуры ликвидуса металлического соединения.Thus, the
Еще более предпочтительно, температура предварительного нагрева больше или равна 93% температуры ликвидуса сплава, обеспечивая возможность дополнительного ускорения растворения твердых частиц металла и дополнительного снижения разности температур, испытываемой фрагментами 3 исходного материала. При этом, опять же, температура предварительного нагрева строго меньше, чем температура ликвидуса сплава.Even more preferably, the preheat temperature is greater than or equal to 93% of the liquidus temperature of the alloy, allowing further acceleration of the dissolution of solid metal particles and further reduction of the temperature difference experienced by the
Изобретение является особенно полезным для тех металлических соединений на основе титана, которые содержат элементы, имеющие более высокую температуру плавления, чем температура плавления титана, такие как, например, молибден, ванадий или тантал. Действительно, присутствующие в металлическом соединении элементы, которые имеют более высокую температуру плавления, чем температура плавления титана, такие как, например, молибден, ванадий или тантал, представляют собой элементы, которые склонны образовывать нерасплавленные частицы в жидком металле 4, которые могут достигать кристаллизатора 15.The invention is particularly useful for those metallic titanium compounds which contain elements having a melting point higher than that of titanium, such as, for example, molybdenum, vanadium or tantalum. Indeed, elements present in the metal compound that have a higher melting point than titanium, such as, for example, molybdenum, vanadium or tantalum, are elements that tend to form unmelted particles in the
Согласно первому возможному варианту, проиллюстрированному на фигуре 2, устройство 16 предварительного нагрева включает в себя устройство 16а индукционного предварительного нагрева. Устройство 16а индукционного предварительного нагрева может быть образовано соленоидом, как проиллюстрировано на фигуре 2, или индукционной плитой, параллельной конвейеру 11.According to the first possible embodiment illustrated in FIG. 2, the
Согласно одной выгодной характеристике, позволяющей ограничить загрязнение фрагментов 3 исходного материала из-за контакта с конвейером 11, устройство 16а индукционного предварительного нагрева выполнено с возможностью обеспечивать левитацию упомянутых фрагментов 3 исходного материала над конвейером 11.According to one advantageous feature to limit contamination of the
Конфигурацию устройства 16а индукционного предварительного нагрева для обеспечения постепенного повышения температуры и левитации фрагментов исходного материала создают, адаптируя силу и частоту электрического тока, проходящего через упомянутое устройство 16а индукционного предварительного нагрева.The
Согласно второму варианту реализации, проиллюстрированному на фигуре 3, устройство 16 предварительного нагрева включает в себя генератор 16b нагревающего пучка F, такой как, например, источник света, генератор электронного пучка, плазмотрон, или же лазерный генератор.According to the second embodiment illustrated in FIG. 3, the
Преимущественным образом, чтобы повысить эффективность предварительного нагрева фрагментов 3 исходного материала, устройство предварительного нагрева включает в себя устройство 16с получения изображений, такое как, например, камера, и устройство 16d анализа изображений, такое как, например, процессор и запоминающее устройство, в котором записана программа обработки изображений. Устройство 16с получения изображений предназначено для получения изображений предварительного нагрева фрагментов 3 исходного материала генератором 16b нагревающего пучка F.Advantageously, in order to improve the preheating efficiency of the
Устройство 16с получения изображений также предназначено для передачи полученных изображений в устройство 16d анализа изображений. Устройство 16d анализа изображений, со своей стороны, предназначено для анализа изображений, переданных устройством 16с получения изображений, и для контроля ориентации генератора 16b нагревающего пучка F с проверкой того, действительно ли нагревающий пучок F направлен в сторону фрагментов 3 исходного материала, а не направлен мимо упомянутых фрагментов 3 исходного материала, непосредственно на конвейер 11.The
Когда устройство 16d анализа изображений обнаруживает, что нагревающий пучок F не направлен должным образом, упомянутое устройство 16d анализа изображений может выдавать сигнал тревоги, чтобы оператор или автоматика скорректировали ориентацию генератора 16b нагревающего пучка F. Устройство 16d анализа изображений также может быть предназначено для управления ориентацией генератора 16b нагревающего пучка F так, что, когда упомянутое устройство 16d анализа изображений обнаруживает, что нагревающий пучок F направлен неправильно, упомянутое устройство 16d анализа изображений автоматически корректирует ориентацию упомянутого генератора 16b нагревающего пучка F.When the
Система 1 для изготовления слитка 2 из металлического соединения на основе титана предназначена для осуществления способа изготовления, проиллюстрированного на фигуре 4.The system 1 for manufacturing an
Как проиллюстрировано на фигуре 4, способ изготовления слитка 2 включает следующие этапы:As illustrated in figure 4, the method for manufacturing
- Е1: обеспечение фрагментов 3 исходного материала. Этот этап Е1 осуществляют с помощью конвейера 11.- E1: providing
- Е2: предварительный нагрев фрагментов 3 исходного материала с температурой предварительного нагрева, большей или равной 75% температуры ликвидуса упомянутых фрагментов 3 исходного материала и строго меньшей температуры ликвидуса упомянутых фрагментов 3 исходного материала. Этап Е2 предварительного нагрева осуществляют с помощью устройства 16 предварительного нагрева.- E2: preheating of the
- Е3: плавление фрагментов 3 исходного материала с образованием жидкого металла 4 в по меньшей мере одной ванне. Этот этап плавления осуществляют после этапа Е2 предварительного нагрева. Этот этап Е3 плавления осуществляют с помощью средств 14 нагрева.- E3: melting of
- Е4: выдерживание в расплавленном состоянии жидкого металла 4 в упомянутой по меньшей мере одной ванне. Этот этап выдерживания в расплавленном состоянии позволяет перевести жидкий металл 4 в желательное металлургическое состояние, а также позволяет обеспечить хорошее растворение нерасплавленных частиц металла. Этот этап Е4 выдерживания в расплавленном состоянии осуществляют с помощью средств 14 нагрева.- E4: keeping the
- Е5: выливание жидкого металла 4 из по меньшей мере одной ванны в кристаллизатор 15 переливом из упомянутой по меньшей мере одной ванны в упомянутый кристаллизатор 15.- E5: pouring
- Е6: формирование слитка 2 охлаждением жидкого металла 4 в кристаллизаторе 15.- E6: formation of an
При варианте реализации системы 1, проиллюстрированном на фигуре 1, способ включает следующие этапы, как проиллюстрировано на фигуре 5:In the system embodiment 1 illustrated in Figure 1, the method includes the following steps, as illustrated in Figure 5:
- Е31: плавление фрагментов 3 исходного материала с образованием жидкого металла 4 в первой ванне 12. Этот этап Е31 плавления в первой ванне 12 представляет собой вариант этапа Е3 плавления в по меньшей мере одной ванне.- E31: melting of the
- Е41: выдерживание в расплавленном состоянии жидкого металла 4 в первой ванне 12. Этот этап Е41 выдерживания в расплавленном состоянии в первой ванне 12 представляет собой вариант этапа Е4 выдерживания в расплавленном состоянии в по меньшей мере одной ванне.- E41: holding in the molten state of the
- Е5’: выливание жидкого металла 4 из первой ванны 12 во вторую ванну 13 переливом из упомянутой первой ванны 12 в упомянутую вторую ванну 13.- E5': pouring the
- Е42: выдерживание в расплавленном состоянии жидкого металла 4 во второй ванне 13. Этот этап Е42 выдерживания в расплавленном состоянии во второй ванне 13 представляет собой вариант этапа Е4 выдерживания в расплавленном состоянии в по меньшей мере одной ванне.- E42: holding in the molten state of the
- Е51: выливание жидкого металла 4 из второй ванны 13 в кристаллизатор 15 переливом из упомянутой второй ванны 13 в упомянутый кристаллизатор 15. Этот этап Е51 выливания в кристаллизатор 15 переливом из второй ванны 13 представляет собой вариант этапа Е5 выливания в кристаллизатор 15 переливом из по меньшей мере одной ванны.- E51: pouring the
Кроме того, когда предварительный нагрев фрагментов 3 исходного материала осуществляют с помощью генератора 16b нагревающего пучка F, способ изготовления слитка 2 из металлического соединения на основе титана может включать этап контроля ориентации нагревающего пучка F, осуществляемый во время этапа Е2 предварительного нагрева фрагментов 3 исходного материала. Этот этап контроля ориентации нагревающего пучка F осуществляют с помощью устройства 16d анализа изображений по изображениям, полученным устройством 16с получения изображений.In addition, when the preheating of the
Claims (28)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1855713 | 2018-06-26 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2774340C1 true RU2774340C1 (en) | 2022-06-17 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2087563C1 (en) * | 1995-09-13 | 1997-08-20 | Владлен Александрович Чернов | Method of electron beam remelting of lump metallic material and device for its embodiment |
| RU2089633C1 (en) * | 1992-02-24 | 1997-09-10 | Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение им.В.И.Ленина | Device for melting and casting of metals and alloys |
| JP2007039807A (en) * | 2005-07-07 | 2007-02-15 | Toho Titanium Co Ltd | Apparatus and method for electron beam melting of metal |
| RU2311469C2 (en) * | 2005-06-30 | 2007-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью Фирма "ДАТА-ЦЕНТР" (ООО Фирма "ДАТА-ЦЕНТР") | Method of production of titanium-containing product and device for realization of this method |
| RU2401872C2 (en) * | 2005-01-25 | 2010-10-20 | Тохо Титаниум Ко., Лтд. | Device for metal melting with electron bunch and procedure implementing this device for fabrication of ingot out of metal with high temperature of melting |
| RU2606368C1 (en) * | 2015-10-15 | 2017-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Intermetallic titanium-based alloy and article made therefrom |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2089633C1 (en) * | 1992-02-24 | 1997-09-10 | Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение им.В.И.Ленина | Device for melting and casting of metals and alloys |
| RU2087563C1 (en) * | 1995-09-13 | 1997-08-20 | Владлен Александрович Чернов | Method of electron beam remelting of lump metallic material and device for its embodiment |
| RU2401872C2 (en) * | 2005-01-25 | 2010-10-20 | Тохо Титаниум Ко., Лтд. | Device for metal melting with electron bunch and procedure implementing this device for fabrication of ingot out of metal with high temperature of melting |
| RU2311469C2 (en) * | 2005-06-30 | 2007-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью Фирма "ДАТА-ЦЕНТР" (ООО Фирма "ДАТА-ЦЕНТР") | Method of production of titanium-containing product and device for realization of this method |
| JP2007039807A (en) * | 2005-07-07 | 2007-02-15 | Toho Titanium Co Ltd | Apparatus and method for electron beam melting of metal |
| RU2606368C1 (en) * | 2015-10-15 | 2017-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Intermetallic titanium-based alloy and article made therefrom |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8409319B2 (en) | Silicon purification method | |
| JPH04314836A (en) | Method and equipment for manufacturing alloy composed mainly of titanium and aluminum | |
| TWI500777B (en) | High purity titanium ingot, its manufacturing method and titanium sputtering target | |
| CN110423931A (en) | A kind of electron-beam smelting homogenizes the method for preparing Ti-Zr-Hf-Nb-Ta infusibility high-entropy alloy | |
| RU2774340C1 (en) | Method for manufacturing ingots from a titanium-based metal compound | |
| CN112368406B (en) | Method for producing ingot having titanium-containing metal compound | |
| US5171357A (en) | Vacuum processing of particulate reactive metal | |
| US10196711B2 (en) | Melting method for alloys | |
| JPH0266129A (en) | Method for regulating composition of titanium and titanium alloy in electron beam melting | |
| CN109047685A (en) | A method of preparing steel ingot | |
| JP7173152B2 (en) | Manufacturing method and manufacturing apparatus for titanium alloy ingot | |
| JP2005343779A (en) | Refining apparatus for scrap silicon using electron beam | |
| CN110484742B (en) | Method for preparing Fe-W intermediate alloy by electron beam melting and high purification | |
| CN112210673B (en) | Method for removing inclusions in high-temperature alloy through electron beam surface pyrolysis | |
| JP5787726B2 (en) | Metal dissolution method | |
| JPH0421727A (en) | Method and apparatus for producing titanium cast ingot | |
| RU2152447C1 (en) | Process of electroslag remelting of compact materials | |
| Mukhachov et al. | Electron-Beam Technology in the Processing of Hafnium Ingots | |
| SU440073A1 (en) | Method of electroslag smelting of ingots | |
| JPH059642A (en) | Molybdenum material having good workability and production thereof | |
| RU2633145C2 (en) | Plant for continuous casting of ingots produced of titanium or titanium alloy | |
| JPS6224854A (en) | Vacuum arc refining device | |
| RU2034076C1 (en) | Method for production of metallic scandium | |
| JPS57190763A (en) | Casting method for copper alloy by melting | |
| JPS62235432A (en) | High energy beam melting method |