автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Металлургические особенности подготовки аморфизирующихся сплавов для получения аморфной ленты

ЧЕЛЯБИНСК® ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИ! УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи Для служебного пользования Экз. И

ГУНБКИН Владимир Евграфович

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОДГОТОВКИ ШШШПШЩСЯ СПЛАВОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АМОШШ ЛЕНТЫ

Специальность 05.16.02.- "Металлургия черных металлов"

Автореферат диссертации: на соискание ученой степени кандидата технических наук

Челябинск - 1991

Работа выполнена в Челябинском государственном техническом университете и на Ашннском металлургическом заводе.•

Научный руководитель -* доктор технических наук

профессор В.Е. Рощин.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

3

профессор Хасин Г.А.,

\

кандидат технических наук доцент Кондратьев A.C.

Ведущее предприятие - Уральский опытно-промышленный завод

прецизионных сплавов.

I

Защита состоится "26 и И.ОШ~_ 1991 г., в 14-00, на

заседании специализированного совета Д - 053.13.04 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Челябинском государственном техническом университете пр адресу: 454080, г.Челябинск, проспект им. В.И. Ленина, 76.

Автореферат разослан " w-^yr-a-*-^ 1991 г.

Ученый секретарь специализированного'совета .доктор физ.-мат. наук

Д.А. Мирзаев

Актуальность работы. Аморфные и микрокристаллические металлы, полученные закалкой из жидкого состояния, в частности методом закалки плоского потока расплава, являются новым перспективным классом материалов, обладающим уникальным сочетанием механических, магнитных и других свойств. В настоящее время служебные свойства аморфных металлов достаточно глубоко исследованы, предложены различные теоретические подходы к явлению аморфизации металлических систем. Вместе с тем металлур:"ические аспекты подготовки аморфизирующихся сплавов, определяющие наряду с используемым для закалки оборудованием технологический уровень производства материалов данного класса, практически не исследованы. Установление роли различных металлургических факторов при выплавке исходных материалов, промежуточных сплавов и подготовки расплава к закалке позволяет совершенствовать технологию получения и повысить качество аморфной ленты.

Цель и задачи работы: совершенствование технологии производства исходных аморфизирующихся сплавов и подготовки расплава к закалке, направленное на повышение служебных характеристик, устранение брака аморфной ленты и сникение ее себестоимости.

Достижение поставленной цели требует решения комплекса следующих задач:

1. Выявление причин появления повышенного брака аморфной ленты по дефектам типа "проколы" и "порезы", причин засорения разливочной щели тигель-сопвл при получении**. ленты и разработка мероприятий по их устранению.

2. Выявление причин растрескивания цилиндрических заготовок сплава при нагреве в высокочастотном .электромагнитном поле и разработка мероприятий по устранению этого явления.

3. Изучение влияния кристаллической структуры заготовок аморфизирувдихся сплавов на свойства получаемой аморфной ленты.

4. Изучение возможности получения качественной аморфной ленты из более дешевых и доступных материалов.

Научная новизна: 1. Установлено, что появление дефектов аморфной ленты типа "проколы" и "порезы" обусловлено засорением разливочной щели тигель-сопла неметаллическими включениями, являвшимися продукте™ взаимодействия расплава с футеровкой вакуумной индукционной печи, материалом сифонной проводки .изложницы, с ат-

мосферой и материалом тигель-сопел установки разливки аморфной ленты. • .

2. Причиной растрескивания цилиндрических заготовок аморфи-зирующегося сплава при нагреве в высокочастотном электромагнитном' поле, вызывающего разрушение кварцевых тигель-сопел, является неблагоприятная осесимметричная схема внутренних напряжений, возникающих в процепре кристаллизации и охлаждения заготовок сплава.

3. Выявлена взаимосвязь между количеством и размерами кристаллов избыточной фазы (легированного борида железа Fe2B ) в исходной заготовке и магнитными свойствами аморфной ленты.

4. Установлено влияние свойств фильтрующей керамики (состав, пористость) на отделение шлаковых частиц от расплава и предотвращение засорения разливочной щели тигель-сопел.

Практическая значимость: Предложены и внедрены изменения в технологию производства аморфной ленты, позволившие повысить качество и выход годной аморфной ленты, а именно: оптимизирован состав огнеупорной футеровки вакуумной индукционной печи, изменена схема разливки исходного сплава и внедрена ускоренная кристаллизация заготовок сплава в плоской медной водоохлаздаемой изложнице, предложено сорбционное рафинирование на последней стадии подготовки расплава к закалке - в тигель-соплах установок разливки аморфной ленты. Устранение растрескивания заготовок сплава при нагреве в высокочастотном электромагнитном поле позволило сократить технологию получения сплава за счет исключения промежуточной, операции - термообработки для снятия внутренних напряжений в заготовках сплава. Показана возможность получения качественной аморфной ленты из более дешевых и доступных материалов.

Апробация работы. Результаты работы доложены на III • Межотраслевом совещании "Производство, обработка и применение аморфных и микрокристаллических материалов" (г. Аша, 1987 г.), VII Всесоюзном научно-техническом совещании "Проблемы и перспективы развития спецэлектрометаллургии" (г.Москва, 1987 г.), VI и 'VII Всесоюзной научной конференции "Современные проблемы электрометаллургии стали" (г.Челябинск, 1987, 1990 гг.).

Публикации. По теме диссертации .опубликовано 6 работ и получено 1, авторское'свидетельство СССР.

Обьем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав,

общих выводов, списка использованных источников. Работа содержит 99 страниц машинописного текста, 55 рисунков, 16 таблиц, список использованных источников из 76 наименований. Общий объем диссертации 170 страниц.

1. ПРИЧИШ ОБРАЗОВАНИЯ БРАКА ЛЕНТЫ

Анализ брака аморфной ленты показа.-, что появление части дефектов аморфной ленты, таких как полости на контактной стороне ленты, разнотолщинность и других обусловлено особенностями процесса закалки расплава, технологической дисциплиной. Основной же причиной брака (50...60%) являются порезы и проколы, часто встречающиеся в виде дорожек вдоль ленты. Края порезов имеют неровную конфигурацию, иногда на них встречаются остатки неметаллических .фаз. При этом в разливочной щели тигель-сопел можно наблюдать либо отдельные капли неметаллической фазы, либо полное засорение щели такими фазами. Естественно предположить, что именно это приводит к нарушению сплошности потока металлического расплава, и следовательно к нарушению сплошности получаемой ленты (порезам и проколам).

Исследование микрошлифов исходных заготовок аморфизирукщихся сплавов. ?е75И2В1 и Ре81С1 ^ показало, что в'загото-

вках присутствуют лшь мелкие (1.. .2 мюл) включения силикатного .стекла, дающие отчетливый крест в поляризованном свете. Однако количество таких включений не велико (в среднем 0,001255, объ-емн.). Включений другого типа в сшивах не обнаружено. В то зка время на боковой поверхности заготовок обнаруживали большое количество различных алюмосиликатов, содержащих компоненты огнеупоров, и бесцветных стекол, близких к кварцевому.

Включения на ленте в зона "порезов" представлены стеклами переменного состава, аналогичными присутствующим на поверхности , заготовок и в разливочной щели тигель-сопел. По данным анализа на растровом электронном микроскопе РЭМ-ЮОУ они содержат повышенное по сравнению с матрицей количество кремния, в них возможно присутствие борного ангидрида (В203) и оксидов железа.

Результаты термогравиметрии сплава в атмосфере технического аргона, используемого для Вытеснения из тигель-сопла воздуха и

инкэкцки расплава на диск-холодильник, показали, что в процессе нагрева и охлаждения происходит заметное окисление компонентов сплава примосачи, содержащимися в аргоне. Увеличение массы (в среднем на 2%) начинается при 440...450°С и продолжается до расплавления образца (рис. 1). Жидкому состоянию образца соответствует практически горизонтальный участок на кривых ТС и 1ЖЗ, свидетельствующий либо о прекращении окисления, либо о примерном равенстве скоростей окисления и испарения компонентов сплава. Дальнейшее увеличение массы образца происходит после его затвердевания и заканчивается при 890...930°С.

На основе анализа полученных результатов был сделан вывод о том, что проколы и порезы, по-видимому, обусловлены прерыванием потока расплава в разливочной щели тигель-сопел шлаковыми частицами. Иногда застрявшие частицы смываются потоком расплава на диск-холодильник и обнаруживаются в дальнейшем вблизи проколов и порезов иа поверхности ленты. В этом случае после истечения какого-то количества "порезанной", то есть бракованной, ленты снова начинает формироваться годная лента на всю ширину разливочной щели.

Шлаковые частицы, обнаруживаемые на ленте, на стенках плавильной ампулы и щели тигель-сопел, являются продуктами взаимодействия расплава с огнеупорами (футеровкой тигля в вакуумной индукционной печи,' сифонной проводкой изложницы для разливки сплава на заготовки), с атмосферой и материалом тигель-сопел.

Формирование высококремнеземистого шлака в вакууме связано с окислением кремния сплава, а источником кислорода скорее всего была магнезиальная футеровка печи, так как известно, что в условиях вакуумной- плавки возможно восстановление магния компонентами расплава из магнезиальной футеровки.

Следовательно, для ликвидации дефектов, вызываемых неметаллическими вглючениями, и увеличения выхода годной ленты необходимо разработать и осуществить меры по устранении причин загрязнения сплава продуктами взаимодействия расплава с футеровкой вакуумной индукционной печи, инородными частицами при разливке сплава на заготовки, продуктами вторичного окисления сплава, а также меры по рафинированию расплава от крупных частиц на последней стадии перед подачей его на диск-холодадьксс.

Дериватограмма сплава в атмосфере технического аргона

150

100

10 30 50 70 30 110

Вреия от начала нагрева, ыиа

Рис.1.

130

150

2.ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ И РАЗЛИВКИ ЗАГОТОВОК В ВАКУУМНОЙ' ИНДУКЦИОННОЙ ПЕЧИ НА ПОВДЕНИЕ СШ1АВА В ТИГЕЛЬ-СОПЛАХ ПРИ РАЗЛИВКЕ НА ЛЕНТУ

Известно, что применение магнезиальной футеровки в условиях вакуумной индукционной плавки сопровождается переходом в расплав кислорода. В частности, при выплавке в вакууме аморфизирующихся сплавов Ре75М2В1431д и Ре81С1 уВ14513 3 возможно протекание реакций: ' * ,

З(МвО) + 2[В] = (В203) = 3%!, 2<%0) + £Б1] = (3102) +

С целью уменьшения поступления в расплав кислорода футеровки и окисления активных компонентов сплавов (бора и кремния) на печи ИСВ-0,04 цеха аморфных сталей АМЗ опробовали, термодинамически более прочные.в вакууме составы футеровки: кварцевую (молотый прозрачный кварц), корундомуллитовую '(95% А1203, 5% 3102) и бадделе-итовув (гг02 стабилизированный).

Замена футеровки тигля из на 3102, А1203, гг02 привела к заметному уменьшению количества шлака на поверхности металла. Последнее обстоятельство свидетельствует.об уменьшении взаимодействия футеровки с расплавом, обусловившем уменьшение поступления кислорода в металл и, соответственно, снижение окисления активных элементов сплава (бора, кремния) с образованием боросиликатного шлака. ' •'

Однако при использовании кварцевой футеровки тигля индукционной печи возникли затруднения, обусловленные интенсивным- кипением метала у стенок тигля при обычном для ВИП остаточном давлений (1,33 Па) на плавках углеродсодерхашега аморфного сплава Ре81С1 7Ви513 3 . Кипение было обусловлено выделением пузырей ■СО, образующихся в результате восстановления углеродом кремнезема футеровки. Кроме того, было установлено и -испарение монооксида кремния (БЮ).

При использовании; корундомуллитового (95% А1203 , 5% 3102) тигля ВИП значительно уменьшилось количество клака на поверхности металла. Кипения• у 'стенок тигля при выплавке всех марок сплавов не происходило. В результате это привело к уменьшению брака ленты по "порезам" и "проколам" в среднем на 10%.

Выплавка сплава в тиглэ из стабилизированного диоксида циркония ZrO? обеспечила получение достаточно чистого сплава с незначительным количеством шлака. Однако вследствие недостаточно высокой термостойкости (вследствие частого полного охлаждения тигля из-за периодического режима работы печи в цехе аморфных сталей АЫЗ) стойкость тигля не превышала в среднем стойкость магнезиального тигля. Поэтому бадделеитовую футеровку целесообразно применять лишь в печах с полунепрерывным режимом работы.

С целью предотвращения загрязнения заготовок сплава экзогенными частицами опробовали фильтрацию сплава через кварцевую ткань.Ткань с ячейками размером 1...2 мм помещали в шамотной сливной воронке, которую устанавливали на центровую чугунной изложницы-кокиля .

Опытные плавки с фильтрацией расплава при сливе из печи показали, что кварцевая ткань позволяет задерживать крупные частицы шлака. Частицы же мельче размера ячейки ткани практически не задерживаются фильтром. Кроме того, шлак часто растворяет ткань, выводя фильтр из строя до окончания слива металла из печи, в результате чего не обеспечивается стабильность результатов.

Нагрев цилиндрических заготовок, полученных отливкой в чугунную изложницу-кокиль, в высокочастотном электромагнитном' поле установки разливки аморфной ленты приводит к их растрескиванию, сопровождающемуся разрушением дорогостоящих кварцевых тигель-сопел. С цельв выяснения причин растрескивания провели анализ внутренних напряжений в цилиндрических заготовках, реконструированных' по макро- и микроструктуре сплава.

' Изучение микрошлифов и изломов показало, что цилиндрические заготовки обладают ярко выраженной радиальной структурой, образующейся в результате равномерного со всех сторон теплоотвода. После охлаждения в заготовках возникает симметричное напряженное состояние, когда в периферийных слоях металла, затвердевших первыми, действуют остаточные напряжения сжатия, а в сердцевине -растяжения (рис.2,а). Возникающие в процессе затзердевания и охлаждения заготовок напряжения не достигают значений предела прочности сплава (®3), так как растрескивание сплава в изложнице не происходит.

Схема напряжений, возникающих в цилиндрических (а) и плоских (Ö) заготовках

Л t /

/Ж S*

tS

а)

/ | \

а.

грек

-'врем

о-,

врем

I - кристаллизационные напряжения; II - напряжения, возникающие при нагреве в высокочастотном электромагнитном поле; III - суммарные напряжения.

Рис.2.

При нагреве заготовок электромагнитным полем в тигель-соплах установок разливки аморфной ленты в результате ярко выраженного поверхностного характера нагрева в них также появляются напряжения, причем схема возникающего напряженного состояния аналогична кристаллизационной - расширяющиеся периферийные слои заготовки подвержены сжимающим, а внутренние - растягивающим -напряжениям. Напряжения, возникающие при индукционном нагреве заготовок таете не достигают предела прочности сплава ( ). Это подтверждается тем, что цилиндрические заготовки, прошедшие отпуск для снятия внутренних напряжений, при последующем нагреве в высокочастотном электромагнитном поле не растрескиваются.

Причиной растрескивания заготовок являются суммарные напряжения, складывающиеся из остающихся в металле после затвердевания и охлаждения, а также возникающих при нагреве в высокочастотных полях. При этом максимальные растягивающие напряжения действуют в осевой части цилиндрических заготовок.

Следовательно, для исключения растрескивания заготовок необходимо либо устранить остаточные кристаллизационные напряжения, либо изменить схему напряженного состояния. Последнее мокко обеспечить, например, за счет несимметричного теплоотвода при кристаллизации заготовок. Учитывая, что применение чугунной излояпи-цы-кокиля сопровоздается также загрязнением металла материалом изложницы и шамотной центровой, разливку сплава предложено производить в плоскую изложницу.

Изучение макро- и микроструктуры плоских слитков показало, что зона встречи тепловых фронтов, продвигающихся от широких сторон, находится на расстоянии примерно четверти толщины слитка от его свободной поверхности. Р результате преимущественно одностороннего теплоотвода в плоских заготовках возникает несимметричная схема напртаенного состояния (рис.2,6). Максимум растягивающих напряжений сдвинут относительно центра отливки и находятся в области затвердевшего в последнюю очередь металла. При этом поверхностные слои металла сжаты,.Последующий нагрев плаотшн В высокочастотном электромагнитном поле вызывает симметричное напряженно,: состояние. В результате при наложении остаточвдх напряжений и напряжений, возникающих при нагреве, "растяггазюш'9 напряжения в центральных слоях металю остаются меньше предела прочности.

Таким образом, изменение формы изложницы позволило за счет изменения схемы напряженного состояния заготовок полностью устранить явление растрескивания заготовок при нагреве в высокочастотном электромагнитном поле и исключить дополнительную технологическую операции снятия внутрвних напрязюний.

Исследование микроструктуры плоских отливок показало, что в большинстве случаев е слитках, имеюйдах толщину 25...30 мм, наблюдаются четыре отличающихся кристаллическим строением зоны.

Первая (корковая) зона, находящаяся у контактной поверхности слитка, представляет собой мелкодисперсную эвтектику , окружающую мелкие ( < 10 мкм) кристаллы прямоугольной и ромбической формы. Толщина корковой зоны составляет 1...2 ш. В некоторых случаях корковой зоны в слитке не обнаружено.

Вторая зона протяженностью 15...20 мм состоит из столбчатых кристаллов,'преимущественно ориентированных перпендикулярно водо-охлавдаемой поверхности изложницы. Основой столбчатых эвтектических кристаллов являются дендриты с четкой огранкой.

В третьей зоне присутствуют.крупные равновесные эвтектические кристаллы, состоящие из грубых (100...150 мкм и более) полиэдрических кристаллов различной формы, округленных грубой эвтектикой.

В четвертой зоне (у свободной поверхности слитка) обнаружены кристаллы, растущие как к центру слитка от границы раздела металл - газовая фаза, так и вдоль поверхности слитка. Полиэдрические кристаллы в этой зоне мельче, чем в равноосной зоне. Их величина редко превышает 150 мкм.

Результаты рвнтгеноструктурного фазового анализа, а также литературные данные позволили заключить, что полиэдрические кристаллы различной форш, наблюдающиеся в структуре сплавов Fe75Ni2B14Slq и Fe81C1 7B14S13 3 являются избыточными кристаллами легированного борида железа Ре2В,' выступающего в роли базовой фазы в рассматриваемой эвтектической системе.

Исследование распределения избыточной фазы по сечению слитка показало, что наиболее крупные кристаллы присутствуют в центральной области и у свободной поверхности слитка, а наиболее мелкие -у контактной поверхности. Содержание избыточных, кристаллов достигает максимума в центре слитка.

С галью выяснения влияния кристаллической структуры заготовок амортизирующихся сплавов на свойства получаемой аморфной ленты изучали распределетше избыточной фазы в заготовках, полученных с различной скоростью охлаждения.

Результаты посчета содержания избыточных кристаллов борида железа Ге2В в образцах промышленных плавок сплава Ре751Лг,В1481д представлены в табл. 1. Образцы были получены отливкой в чугунную н медную водоохлаэдаекую.изложницу. Кроме того, образцы отличались так называемой "технологичностью", то есть уровнем достигаемых магнитных свойств. Плавки с неудовлетворительной технологичностью ("нетехнологичные") характеризовались пониженной индукцией насыщения В (1 ,40...1 ,45 Тл) и повышенными значениями коэф^ициен- . та прямоугольности Кдр.

Таблица 1.

Результаты определения содержания кристаллов борида аелеза

Л плавки Содержание элементов, % Тип изложницы Толщина слитка, мм

В N1

2-83 2,94 5,00 1,51 медная 25

2-435 2,91 5,04 1,49 медная 20

58804 2,92 5,23 1,53 чугунная 20

2-440 2,86 5,19 1,51 медная 20

58800 2,93 5,08 1,57 чугунная 20

74-5 3,01 5,32 1,56 чугунная 40

& злавки Технологичность Содержание кристаллов, %

общее- до 100 мкм 100...200 мкм свыше 200 мкм

2-88 удовл. 7,2 87,4 7,4 5,2

2-435 удовл. 12,0 ■ 74,7 17,9 7,4

58804 удовл. 14,3 76,7 12,0 .11,3

2-440 неудовл. 16,9 65,2 23,9 10,9

58800 неудозл. 18,2 . 74,7 . 13,1 7,2

74-5 неудовл. 28,3 72,5 18,3 9,2 1

Анализируя полученные результаты,- следует отметать, что в структуре образцов, полученных 'отливкой в различные изложницы, имеются отличия в содержании кристаллов борида железа, и отличия эти нельзя объяснить только-колебаниями химического состава сплава, а именно изменением содержания в образцах бора. Образцы различаются как общим содержанием кристаллов борида железа Ге2В (в среднем 13 и 20% для образцов, отлитых в медную и чугунную изложницу соответственно), так, как правило, и содержанием кристаллов крупнее 100 мкм. Образцы сплава с неудовлетворительной технологичностью ("нетехнологичные") отличаются от технологичных более высоким общим содержанием кристаллов борида железа (в среднем 20 и 11% соответственно), более высоким содержанием кристаллов крупнее 100 мкм.

Обнаружено'также, что аморфная лента, полученная из заготовок,отлитых в медную водоохлаждаемую изложницу, имеет более высокий уровень магнитных свойств. В частности индукция технического насыщения на 4...7% вше, чем у ленты, полученной из заготовок, закристаллизованных в чугунной изложнице.

Исходя из полученных результатов можно предположить, что неблагоприятное влияние- на условия закалки расплава, а, следовательно, на достигаемый уровень магнитных свойств аморфной ленты, оказывают избыточные кристаллы борида железа, а именно кристаллы крупнее 100 мкм, размеры которых сопоставимы с шириной разливочной щели тигель-сопла ( 0,46...0,50 мм). Большие размеры кристаллов, ьх высокая температура плавления (1389°С), близкая к температурам закалки сплавов (1400...14Б0°С), а также наличие в бори-дах железа прочных ковалентных связей В - В делают возможным частичное нерастворение кристаллов в расплаве и создают условия для образования микрогруппировок, близких по составу боридам железа.

Образование микроэмульсш при плавлении заготовок сплава в тигель-соплах установок 'разливки 'аморфной ленты существенно сказывается на величине и характере изменения вязкости аморфизируе-мого расплава, определяющей условия вытекания расплава из тигель-сопла и процесс формирования ленты. Кроме того, структурная неоднородность расплава непосредственно перед закалкой обуславливает возникновение неоднородности в структуре аморфной ленты, результатом чего является нестабильность получаемых магнитных свойств.

Известно, что при определенных пере охлаждениях сплавы эвтектического типа могут кристаллизоваться в целом интервале составов с образованием квазиэвтектической структуры. Формирование подобной структуры приводит к обогащению сплава эвтектической составляющей и существенному снижению количества и размеров выделений первичной фазы. Так как в расплавах Ре - В эвтектического состава гистерезис структурно-чувствительных свойств (в частности, вязкости) отсутствует, обогащение структуры стлава эвтектической составляющей способствует снятию аномальных явлений на политермах свойств и приводит к улучшению условий закалки расплава.

Таким образом,увеличение скорости кристаллизации -заготовок аморфизиругацихся сплавов позволяет понизить химическую неоднородность слитков, уменьшить размеры выделений кристаллов избыточной фазы, повысить долю эвтектической составляющей, что способствует стабилизации свойств расплава перед закалкой и получению более качественной по свойствам и геометрии аморфной ленты.

Одним из путей снижения себестоимости аморфной ленты является получение дешевого исходного1 сплава. При выплавке ■ лигатур и исходного сплава в качестве основного носителя железа используют рафинированное железо марки 008ЖР (стоимость 1070 руй/т).

С целью снижения' себестоимости исходного сплава и готовой аморфной ленты вместо железа марки 008ЖР опробовали 'применение более дешевого и менее дефицитного железа конвертерного марки ЖЧК .(стоимость 160...180 руб/т). Сравнительный анализ магнитных .свойств лент из сплавов Fe^gN^B-j ^Sig и Fe^ С^ ^B^Sig 3,показал, что свойства лент практически не изменились (рис.. 3). Исследование качества готового сплава показало, что неметаллические включения, к'ск и в случае использования-железа марки 008ЖР, представлены силикатными стеклами. Загрязненность сплава неметаллическими включениями не возросла и составила в среднем 0,0012% (объемн.). Содержание кислорода и азота в сплаве также практически не изменилось.Выход годной аморфной ленты остался на том же уровне и составил примерно 60%.

Таким образом, для- получения аморфной ленты взамен железа марки 008ЖР возможно применение более дешевого и менее дефицитного железа марки ЖЧК с сохранением при этом достигнутого уровня технологических, магнитных свойств и выхода годной ленты.-

Влияние замены железа■марки 008ЯР на 1ЧК на магнитные свойства лент из оглавоа 'Ре75Ы12В1431д (а,б) и ,7В14213,3 (в,г)

Рао.З.

3.РАФИНИРОВАНИЕ РАСПЛАВА В ТИГЕЛЬ-СОПЛАХ УСТАНОВОК ■ РАЗЛИВКИ АМОРФНОЙ ЛЕНТЫ

Несмотря на снижение в результате изменения состава футеровки- печи количества шшка, образующегося в тигле, фильтрацию расплава при сливе его в изложницу и изменение условий разливки, в тигель-соплах все же появлялась шлаковая пленка за счет окисления сплава кислородом из технического аргоне и подсоса воздуха через разливочную щель тигель-сопла, а также, по-видимому, вследствии взаимодействия расплава с материалом тигель-сопла. Это привело к выводу о необходимости рафинирования расплава на последней стадии его подготовки к закалке - непосредственно перед подачей его на диск- холодильник.

В связи с тем, что одним из требований, предъявляемых к аморфной ленте, является стабильность ее геометрических размеров по длине и ширине, очистка расплава от неметаллических частиц путем продавливания расплава в тигель-соплах через фильтр со сквозными каналами или стационарный зернистый фильтр представляется нецелесообразной, так как происходящее при таком способе фильтрации зарастание пор изменяет гидравлическое сопротивление фильтра и вызывает появление разнотолщинности ленты. Вследствие непрерывности и неконтролируемости процесса зарастания корректировка условий истечения расплава из тигель-сопла путем изменения инжектирующего давления или линейной скорости движения поверхности диска-холодильника вызывает значительные трудности.

Исходя из этого, предложено и опробовано'сорбционное рафинирование расплава от неметаллических включений керамическими сорбентами. В качестве материала сорбентов использовали крупнозернистые (5...10 мм) порошки тугоплавких оксидов - плавленого перикла-за ( МеО ), боя кварца ( БК^ ) или электрокорунда (А1203 ), пористые- сорбенты, изготовленные из промышленного легковесного кирпича (пеношамота, муллитокремнеземистого легковеса), а также сорбенты с ячеистой структурой пор, изготовленные из корунда ( А1203) и муллита (ЗА120д-25102.) пропиткой шликером органической губки с последующим высокотемпературным обжигом.

Частицы, сорбентов укладывали слоем толщиной' 10.. .15 та на дно тигель-сопла перед загрузкой в него порции сплава (рис. А). В

Схема сорбционного рафинирования в тигель-соплах

а-перед расплавлением; б-после расплавления; в-перед закалкой; 1-тер.юпара; 2-гигель-сопло; 3-куски сплава; ,4-слой тугоплавких оксидов; Ь-кидкий металл

Рис.4.

процессе расплавления сплава слой сорбентов защищал разливочную щель и нижнюю часть сопла от попадания окисной пленки, образующейся на поверхности кусков сплава, после расплавления сорбенты всплывали, фильтруя расплав и сорбируя шлаковую пленку с поверхности металла. ■

В результате проведения серии опытных разливок на установках "Урал" наблюдали снижение брака по "проколам" и "порезам" при.использовании периклаза ( М£0 ) и электрокорунда ( А1203 ) на 30...60%, боя кварца - 10...3ОТ. Однако при этом часто возникал брак по толщине ленты вследствие невозможности точного учета гидродинамического сопротивления невсплывшего слоя сорбентов.

Высокие результаты рафинирования расплава периклазом и электрокорундом объясняются высокой', энергией связи этих материалов с включениями и шлаком, высоким краевым углом смачивания е расплавом, а также образованием.этими оксидами химических соединений с жидким высокскремнеземистым шлаком, характерным для продуктов вторичного окисления сплавов Ре^Н^В^Б!^ и Ге£1С1

Исходя ■ из того, что пористость материала сорбента способствует лучшему отделению и задержанию неметаллических частиц, с целью повышения эффекта сорбционного рафинирования в дальнейшем опробовали пористые сорбенты, изготовленные из легковесного пено-шамотного кирпича марок 1Ш1-0.4 и liUI-0.9 и легковесного муллито-кремнеземистого кирпича марки МКРЛ- 0,8, отличающиеся кажущейся плотностью (0,4; 0,9; 0,8 г/см3 соответственно), а также размерами пор (до 4; 2; 2 мм соответственно).

Выход годной аморфной лента при использовании пенокерамики составил 60...80S, при этом уровень брака по дефектам типа "проколы", "порезы" снизился на 50...80%, что свидетельствует об эффективном рафинировании расплава сорбентами. При использовании пенокерамики кварцевое тигель-сопло оставалось практически чистым и после незначительной обработки (очистки и шлифовки губ разливочной щели) могло быть использовано повторно. Шлак, а также плотный налет на стенках тигель-сопла в зоне контакта с жидким металлом практически отсутствовал. При этом, как правило, на губах разливочной щели шлаковые 'потеки отсутствовали, что свидетельствует об эффективном рафинировании расплава от шлака пеноке-рамическими сорбентами.

Таким образом, очистка расплава пенокерамическими сорбентами позволила повысить выход годной аморфной ленты и снизить количество брака по "проколам" и "порезам".

При этом эффективность очистки возросла с повышением пористости материала (общая пористость Побщ- = 3...15 и 70...79% для плавленых и пористых огнеупоров соответственно), что объясняется увеличением удельной поверхности сорбент-металл, ухудшением смачивания сорбентов металлом и улучшением смачивания шлаком, а также втягиванием частиц шлака в поры сорбента и химическим взаимодействием последнего со шлаком, то есть надекным удержанием сорбированных частиц на поверхности огнеупора.

Низкая (0,4...О,8 г/см3 по сравнению с металлом плотность частиц обеспечила их самопроизвольное всплывание на поверхность расплава и стабильные гидродинамические условия закалки расплава. В результате брак по ширине ленты при использовании пенокерамики не наблюдается.

Однако при загрузке в тигель-сопло больших порций сплава

(900...1100 г) вследствие недостаточно высокой прочности сорбентов иногда происходило скалывание с поверхности керамики мелких частиц, которые затем попадали в область рпзливочноЧ щели тигель-сопла и засоряли ее еще до начала плавления металла. В результате получали аморфную ленту с большим количеством порезов и проколов, хотя сорбенты и рафинировали расплав от шлака. Кроме того, на поверхности сорбентов.происходило образование дисперсной пыли.

Так как сорбенты, изготовленные из промышленных пористых огнеупоров вследствие низкой механической прочности достаточно часто разрушалась, что приводило к засорению разливочной щели тигель-сопел, опробовали керамические сорбенты с ячеистой структурой пор, изготовленные из корунда А1203 и муллита ЗА^Од-гБК^, Формируемые пропиткой шликером органической губки с последующим высокотемпературным (1500...1700°) обжигом. В результате применения сорбентов получен высоюЛ (80...85%) выход годной ленты, на 90% снизился брак ленты по-дефектам типа "проколы" и "порезы". Кварцевое тигель-сопло после разливки было чище, чем при использовании пеношамотных огнеупоров, и. могло быть использовано повторно.

Петрографическим анализом установлено увеличение количества стеклофазы,. появление" бурых стекол на поверхности и в порах сорбента,- что свидетельствует о сорбционном рафинировании расплава от шлаковых частиц, а образование соединения 2?е0' гА^Оз* 53102 ; указывает на протекание при- »том химического взаимодействуя с участием материала огнеупора.

Таким образом, рафинирование расплава позволило значительно уменьшить загрязненность разливочной щели тиглель-сопла шлаковыми частицами и повысить за счет этого качество и выход годной аморфной ленты. При этом наибольший эффект достигается при использовании ячеистых сорбентов из корунда и муллита ,с преимущественно откритопористой. структурой, а наименьший -. плавленых тугоплавких оксидов (табл. 2).

Анализ■ полученных результатов показал, что эффективность рафинирования зависит от пористости сорбентов. С увеличением обвей и открцтой пористости керамики прм бль^ких условиях ее смачи-Бгыия металлом и шлаком (краевой угол смачивания металлом в = =120...140^, шлаком в = 0...150) возрастает эффективность рафини-

'Таблица 2

Результаты адгезионного рафинирования

Сорбент

Пористость 'общая

осц_

Пористость открытая

Пот

».п.»« » ^

откр

Снижение брака по порезам и проколам, *

' Выход годной а;юхзфной лзнти, %

Плавленые огнеупоры: электрокорунд

периклаз бой кварца

10...15

3.. .5 3...5

до 10

до 3 ДО 3 •

30...60

10...30

50...70

40...СО I

_I

Пенокерамика: пеношамот ШЛ-0,4 79 пеношамот ШЛ-0,9 69 муллитокремнеземис-тый легковес 70

31

30

25

50...80

60...80

Открытопористые корунд

муллит

с ячрчстой структурой пор: 78 свыше

78 30

70...90

80...85

J

рования, и, соответственно, выход годной аморфной лентц. Это объясняется тем, что увеличение пористости материала приводит к увеличению удельной поверхности сорбент-металл, ухудшению смачивания его расплавом и улучшению - шлаком,' в результате чего возрастает работа адгезии фильтр-включение и обеспечивается более легкое отделение фильтром неметаллических частиц. Кроме того, за счет химического взаимодействия создаются условия для надежного удержания сорбированных частиц.

' ' ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1Установлено, что причиной пощпенного брака аморфной ленты по дефектам типа "порезы" и "проколы" являются крупные неметаллические частицы, засоряющие щель * тигель-сопла. Эти частицы являются продуктами взаимодействия расплава с футеровкой вакуумной индукционной печи, сифонной проводкой изложницы, материалом тигель-сопла- и с окислительной атмосферой в тигель-соплах установок разливки аморфной ленты.

2. С целью уменьшения загрязнения сплава продуктами разрушения огнеупорных материалов выплавку сплава целесообразно производить в вакуумной индукционной печи с корупомуллитопым или бадде-леитовым титлом, а разливку сплава осуществлять в условиях, исключающих контакт струи металла с легко размываемой сифонной проводкой.

3. Установлено, что растрескивание цилиндирических заготовок амопфизирущегося сплава при нагреве в высокочастотном электромагнитном ноле и разрушение кварцевых сопел обусловлены неблагоприятной осесимметричной схемой напряженного состояния, возникающей в процессе кристаллизации и охлаждения заготовок.

4. Прженение плоской изложницы с преимущественно односто-рошшм теплоотводом позволяет перераспределить' внутренние напряжения в литых'заготовках, исключить растрескивание сплава при нагреве и промежуточную технологическую операцию - "отстрел"сплава.

5. На качество аморфной ленты оказывает влияние количество и размеры кристаллов "избыточной фазы - борида железа Ге2В, зависящие от условий кристаллизации заготовок. Значительные размеры кристаллов и их большое количество способствует расслоению расплава, что отрицательно сказывается на магнитных свойствах получаемой ленты. . ' ' : _ .

6. Быстрая кристаллизация сплава в плоской медной.водоохлаж-даемой изложнице позволяет получить благоприятную мелкозернистую структуру заготовок. Получаемая из таких заготовок аморфная лента имеет более высокий уровень магнитных свойств.

7. Учитывая, что загрязнение амортизирующегося сплава инородном частицами происходит вплоть до последней стадии подготовки расплава к закалке, предложено рафинировать расплав в тигель-соплах установок разливки аморфной' лонты при помощи керамических сорбентов. Способ получения аморфной ленты с использованием керамических сорбентов гризнан изобретением и на него получено автор-, сксе свидетельство СССР.

3. Адгезионное рафинирование расплава позволило значительно уменьшить загрязненность разливочной щели тигель-сопла шлаковыми частица;«! и повысить за счет этого выход годной аморфной ленты.

9. Анализ результатов адгезионного рафинирования показал,

что эффективность очистки расплава зависит от материала и структуры сорбентов. При близких условиях смачивания керамики металлом и шлаком, наблюдающихся на практике, эффективность рафинирования в значительной степени определяется характеристика*,и пористости

COpôOîïTOB .

10. Для получения аморфной ленты взамен железа марки 0085? возможно приглейение более дешевого и менее дефицитного железа марки ЗЧК с сохранением при этом достигнутого уровня технологических, магнитных своГотЬ и выхода годной ленты.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Рощин В.Е., Грибанов В.П., Гунькин В.Е., Маркин В.В. Оптимизация геометрии и технологии отливки заготовок аморфных сплавов// III Межотраслевое совещание "Производство, обработка и применение аморфных и Микрокристаллических материалов": Тез. докл.-

М.: Изд. ВНИИПМ,- 1987.- С. 3-4.

2. Рощив В.Е., Грибанов В.П., Гунькин В.Е., Маркин В.В. Адгезионная йильтрация металлических расплавов// Там же.- С. 4-5.

3. Рощин В.Е., Грибанов В.П., Гунькин В.Е., Маркин B.B. Sa-г-Рна железа марки 008ЖР на ЖЧК при производстве в ВИЛ сплавов для аморфной ленты// VI Всесоюзная научная конференция "Современные проблемы электрометаллургии стали": Тез. докл.- Челябинск, 1987.-

С • 1зэ» п _ _

4 Рощин В.Е., Грибанов В.П., Гунькин В.Е., Маркин В.В. Влияние технологии ВИП на образование дефектов аморфной ленты// Проблемы и перспективы развития спецэлектрометаллургии: Темат. от

расл. сб.- М-, 1989.- Ч. 3'.- С. 5G-60.

5 Гунькин В.Е., Грибанов В.П., Рощин В.Е. Влияние условий.

затвердевания сплава в ВИП на качество аморфной ленты// VII Всесоюзная научная конференция "Современные проблемы электрометаллургии стали": Тез. докл.- Челябинск, 1990.- С. 106-107.

6. Гунькин'В.Е., Грибанов В.П., Рощин В.Е. Сорбциояное рафинирование металлических расплавов// Там же.- С. 107-108.

т Способ получения лента из амйрфного сплава: A.c. 1&?пьу СССР МКИ4 В 22 D 11/05 / В.Е. Рощин,' В.Е. Гунькин. ВЛЬГрибанов

_' и др. •

Подписано к печати 14. 5.91. Формат 60X90 I/I6. Печ. л. 1,25. 7ч.-иэд. л. I. Тиран 100 экз. Заказ-наряд 118/43. \

У0П ЧПУ. 454080. Челябинск, пр. 1гл. В. Й. Легаша. 76.