Общая характеристика ВДП

Сущность ВДП состоит в переплаве металла в вакуумной дуговой печи в результате его нагрева и плавления электрической дугой большой мощности, капельном переносе электродного металла и последовательном затвердевании металла в водоохлаждаемом кристаллизаторе.

Принципы получения отливок электродуговой плавкой металлургических электродов сформулированы изобретателем дуговой сварки Н.Г. Славяновым в 1892 г. Его труды были изданы на многих языках и получили всемирную известность.

В металлургии идеи Н.Г. Славянова вначале были реализованы для получения слитков тугоплавких и высокореакционных металлов. В 1903 г. В. Болтон применил процесс ВДП в Германии. На его печи, усовершенствованной О.А. Симпсоном, в 1904 г. получена первая тонна литого тантала. В 1909 г. Вайс и Штиммельмайер переплавляли вольфрам в атмосфере водорода, азота, а также в вакууме.

Интенсивное развитие и промышленное применение ВДП вызвано бурным развитием атомной энергетики, авиации и стало возможным с появлением достаточно производительного вакуумного оборудования.

В 1939 г. В.И. Кролль сообщил о производстве титановых слитков. В 1944 г. Р.М. Парк и Д.Л. Хэм получили ковкие слитки молибдена, впервые осуществив переплав в относительно высоком вакууме - 10 Па (0,1 мм рт. ст.). В 1945 г. при ВДП прессованных вольфрамовых прутков получены слитки вольфрама, а в 1950 г. - тантала и ванадия.

Применение ВДП для улучшения качества специальных сталей и жаропрочных сплавов на основе железа, никеля и кобальта началось в США в 50-х годах. Первые результаты промышленного использования ВДП в СССР получены к 1960 г., а еще через четыре года начал действовать первый специализированный цех вакуумных дуговых печей для выплавки сталей и сплавов.

В настоящее время ВДП широко распространен во всех высокоразвитых промышленных странах. В основном печи ВДП рассчитаны на получение слитков массой до 30 т. ВДП принадлежит ведущая роль в производстве высококачественной стали и сплавов.

Преобразование электрической энергии в теплоту, необходимую для осуществления ВДП, происходит в дуговом разряде (электрической дуге). Специфические свойства источника теплоты предопределяют конструктивно-технологические, энергетические и металлургические особенности ВДП.

При ВДП качество металла повышается в результате действия следующих основных факторов:

1) направленной снизу вверх кристаллизации слитка;

2) обработки металла вакуумом на трех стадиях его существования в жидком виде (на торце оплавляемого электрода в виде тонкой пленки, в процессе формирования капли и протекания ее с торца электрода в ванну кристаллизатора, в ванне кристаллизатора);

3) достаточно высокой температуры металла и значительного развития поверхности реагирования, что способствует протеканию физико-химических процессов.

Качество металла, переплавленного в вакуумной дуговой печи, значительно выше качества металла, выплавленного традиционными методами (в дуговой печи, конверторе, мартеновской печи) и отлитого в чугунные изложницы:

1) слиток ВДП более плотен и однороден; в нем значительно меньше развиты дефекты кристаллизационного и ликвационного происхождения;

2) содержание газов и неметаллических включений при переплаве значительно снижается; неметаллические включения и избыточные фазы (карбидные, боридные и т. д.) диспергированы и распределены более равномерно;

3) меньше содержание вредных цветных примесей (свинца, сурьмы, цинка, висмута, олова, меди и т.д.);

4) выше пластические характеристики металла (относительное удлинение, относительное сжатие, ударная вязкость) в поперечном направлении при комнатной и рабочих температурах, что повышает изотропность металла;

5) выше технологическая пластичность металла при температурах деформации;

6) лучше обрабатываемость изделий и их эксплуатационные свойства (полируемость, ресурс работы изделий, склонность к образованию трещин, усталостные характеристики и т. п).

Дата добавления: 2014-10-15