Розділ 2
УСТАТКУВАННЯ, ВИКОРИСТАНІ МАТЕРІАЛИ ТА ТЕХНІКА ПРОВЕДЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТУ. МЕТОДИ
ДОСЛІДЖЕННЯ СТРУКТУРИ ТА ВЛАСТИВОСТЕЙ
2.1. Матеріали для проведення досліджень
В якості вихідних (шихтових) матеріалів для проведення експерименту з
електронно-променевого переплаву швидкорізальної сталі використовували
промислові відходи інструментального виробництва ВАТ “Вінницький
інструментальний завод” у вигляді відпрацьованого інструменту, штанг, браку,
стружки і т.п. Хімічний склад переплавлюваних відходів відповідав сталі Р6М5
ГОСТ 19265-73 (табл. 2.1).
Таблиця 2.1
Хімічний склад швидкорізальної сталі Р6М5 [58]
Склад сталі:
Вміст елементів, %мас.:
Mn
Si
Cr
Mo
Cu
ГОСТ 19265-73
0,82
0,90
0,20
0,50
0,20
0,50
3,80
4,40
5,50
6,50
1,70
2,10
4,80
5,30
?0,25
?0,025
?0,03
Для “точкового” зварювання між собою кускової шихти перед її укладанням до
завантажувального жолобу бічного механізму подачі перплавлюваних матеріалів, з
метою запобігання попадання нерозплавлених кусків до розплаву в проміжній
ємності під час проведення технологічного процесу - використовували
зварювальний дріт марки Св-08Г2С або Св-08ГС ГОСТ 2246-70. Зварювання проводили
за допомогою напівавтомату ПС-203 конструкції ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАНУ.
В якості об’єкту для порівняння фізико-механічних властивостей швидкорізальної
сталі, отриманої шляхом електронно-променевого переплаву промислових відходів,
використовували калібровану сталь (круг) марки Р6М5 ГОСТ 7417-75 [58]
виробництва ВАТ “Дніпроспецсталь” (м. Запоріжжя), що використовується на ВАТ
“Вінницький інструментальний завод” для виготовлення різального інструменту.
2.2. Електронно-променева установка для отримання дослідних зразків
Електронно-променева плавильна установка, що використовувалася в НВП “ГЕКОНТ”
м. Вінниця для виготовлення дослідних зливків із швидкорізальної сталі шляхом
переплаву промислових відходів створена на основі технологічної камери
дослідно-промислової установки УЭ-174. Вона являє собою вакуумну камеру з
механізмами, обладнанням та системами (рис. 2.1.), що забезпечують проведення
технологічного процесу плавки сталі та інших металів і сплавів у вакуумі під
дією концентрованих джерел енергії - електронних променів.
Технічні характеристики електронно-променевої установки для перплаву відходів
швидкорізальної сталі наведено в табл. 2.2.
Вакуумну робочу камеру установки, що має форму прямокутного паралелепіпеда
розділено на два обўєми: плавильний (робочий) та електронних нагрівачів. Вона
має фланці для пристикування механізмів подачі шихти та формування й
витягування зливка, вакуумної системи, підведення електроживлення,
водоохолодження і для обслуговування механізмів всередині камери. Товщина
стінок камери дозволяє повністю виключити потрапляння назовні вторинного
рентгенівського випромінювання, яке викликається гальмуванням прискорених
електронних променів на переплавлюваному матеріалі під час ЕПП. Всі елементи
конструкції мають порожнисті стінки в яких циркулює вода для примусового
охолодження. На горішній стінці робочої камери встановлено шинний міст для
підведення електричного живлення електронних нагрівачів (розжарення катодів та
прискорюючої напруги).
Рис. 2.1. Схема дослідної електронно-променевої установки
механізм вертикальної подачі;
електронно-променевий нагрівач;
спостережний пристрій;
проміжна ємність;
робоча камера;
водохолоджуваний кристалізатор;
виплавлюваний зливок;
механізм формування та витягування зливка;
теплорозсіювальні екрани;
бічний механізм подачі шихтових матеріалів;
переплавлювана заготовка.
Всередині камери електронно-променевих нагрівачів, на мідній водоохолоджуваній
плиті, встановлено чотири модернізовані електронно-променеві нагрівачі з
лінійним катодом (рис. 2.2.). До кожного з них незалежно підведені електричне
живлення та вода.
Таблиця 2.2
Технічні характеристики дослідноїелектронно-променевої плавильної установки
№
Параметри:
Величина:
Максимальна маса переплавлюваних шихтових матеріалів, кг
до 60
Максимальні габарити виплавлюваних зливків, мм:
довжина
діаметр
до 450
до 150
Швидкість подачі шихтових матеріалів, мм/с:
0,5-5
Швидкість витягування зливка, мм/с:
0,5-5
Електрична потужність, кВЧА:
установлена
джерела живлення електронного нагрівача (макс.)
електрообладнання вакуумної системи
приводів механізмів
280
250
20
10
Номінальна прискорювальна напруга, кВ
18,5
Номінальна потужність та кількість електронних нагрівачів n х кВт
4 х 60
Номінальний сумарний струм електронних променів, А
12
Напруга живильної електромережі, В
3х380
10
Частота струму в електромережі, Гц
50
11
Тиск залишкових газів, Па:
- в камері електронно-променевих нагрівачів
- в технологічній камері
3,6х10-2 -10-3
10-1 -3,6х10-2
12
Продуктивність відкачки вакуумною системою, м3/с:
- камери електронно-променевих нагрівачів
- камери плавки
13
Швидкість витягування зливка, мм/хв.:
- робоча
- маршова
1-20
до 300
14
Швидкість обертання заготовки, рад/с
0,1
15
Тиск охолоджуючої води, Па х 105
3-4
16
Розход охолоджуючої води при 15 °С, м3/год
до 20
Кожний електронний нагрівач має власне джерело розжарення катоду та оснащений
автоматичним стабілізатором струму променя, що забезпечує постійність
потужності нагрівання з точністю ±5% шляхом введення зворотного зв’язку до кола
автоматичного регулювання струму розжарення катодів. Це забезпечує також
необхідне роздільне регулювання потужності нагрівання (теплових полів) в
кристалізаторі, проміжній ємності та її зливному носику.
Рис. 2.2. Схема електронного нагрівача
Відхиленням та розгортками електронних