Плавка в электронно-лучевых печах

Этот метод предназначен для плавки металлов и сплавов с температурой плавления свыше 2000 °С.

Рис. 5.6. Электронно-лучевая печь:

1 – электронные «пушки»; 2 – промежуточные лотки; 3 – тигель; 4 – жидкий металл; 5 – куски твердой шихты;

Сущность электронно-лучевой плавки заключается в следующем. Распределение шихты ведется пуком электронов, получаемых в электронной пушке. Этот пучок электронов концентрируется электромагнитной линзой и разгоняется до громадных скоростей за счет большой разности потенциалов. Он ударяет в шихтовой материал, который необходимо расплавить. При резком торможении электронов, бомбардирующих расплавленный материал, выделяется огромное количество тепла, достаточное для плавки тугоплавких металлов и сплавов.

В настоящее время применяют электронные пушки мощностью до 100 кВт и выше при анодном напряжении до 20 кВ.

Источником свободных электронов служит термокатод, нагреваемый до высокой температуры в вакууме. Поток электронов образуется между катодом и анодом под влиянием электрического поля, возникающего между ними.

Плазменные печи

Рис. 5.7. Плазменная печь:

1 – плазмотрон; 2 – слиток; 3 – тигель; 4 – расплавленный металл

Материалы, з0агружаемые в плавильные печи в процессе плавки, называют шихтовыми. К ним относят:

1) первичные (или свежие материалы и сплавы);

2) лигатуры (или промежуточные сплавы);

3) возвратные шихтовые материалы своего производства;

4) лом.

Лигатурами называются промежуточные сплавы, в которых содержится максимальное количество легирующей добавки. Лигатуры предназначаются для введения тугоплавких и легкоплавких, легкоокисляющихся и легкоиспаряющихся составляющих в сплав в процессе его приготовления.

Лигатуры: двойные, тройные и т.д.

Плавка металлов в большинстве случаев производится на воздухе. жидкие металлы тем или иным образом взаимодействуют с газами, входящими в состав воздуха. Результатом этого взаимодействия является загрязнение металла растворимыми и нерастворимыми примесями и снижение качества отливок.

Защита расплава достигается прежде всего применением шлаков, флюсов и других защитных покровов. Если подобные меры оказываются недостаточными или невозможными, прибегают к плавке в атмосфере защитных или инертных газов, наконец используют плавку в вакууме.

Для уменьшения взаимодействия расплава с материалом тигля, поверхность тигля покрывается специальными красками, инертными по отношению к жидкому металлу.

Если же металл все же загрязнен флюсовыми и окисными включениями, содержит большое количество растворенных газов, то его очистку осуществляют при помощи следующих технологических операций:

а) Рафинирование – процесс удаления растворенных и нерастворенных примесей (обработка расплава флюсами, отстаиванием, продувка газами, фильтрация).

б) Дегазация – процесс удаления из расплавов водорода, а также азота и оксида углерода («вымораживанием» - основана на уменьшении растворипмости газов при понижении температуры). При медленном охлаждении расплава в печи вплоть до частичной кристаллизации растворенн6ые газы будут выделяться через открытую поверхность в атмосферу, а также в виде пузырей подниматься в объеме расплава и всплывать. После этого металл вновь нагревают и расплавляют с максимально-возможной скоростью и разливают. Дегазация продувкой инертными газами.

в) Раскисление – процесс удаления из металлического расплава растворенного кислорода. Поэтому операция раскисления производится лишь при плавке тех металлов и сплавов, которые способны в жидком состояние растворять кислород. Способы раскисления: осадочное, контактное или диффузионное, обработка расплава водородом с последующим вакуумированием.