| 2026 №03 (07) | 2026 №03 (02) |
Сучасна електрометалургія, 2026, #3, 3-10 pages
Розподіл потужності електронно-променевого нагріву у кристалізаторі при виплавці зливків-слябів методом ЕПП
В.О. Березос
, С.В. Ахонін, О.Г. Єрохін, Є.І. Ліпчанчук, Ю.Т. Іщук
ІЕЗ ім. Є.О. Патона НАН України. 03150, м. Київ, вул. Казимира Малевича, 11.
E-mail: titan.paton@gmail.com
Реферат
Виплавка титанових слябів прямокутного перерізу методом електронно-променевої плавки з проміжною ємністю є високоефективною альтернативою традиційному вакуумно-дуговому переплаву. Вона повністю виключає капіталомістку стадію гарячого ковальського переділу та підвищує коефіцієнт використання металу з 0,65 до 0,90. Проте прямокутна геометрія кристалізатора створює зону двовимірного відведення тепла у водоохолоджувані мідні стінки. За даними моделювання, локальний тепловий потік у кутових зонах в 1,4...1,7 рази вищий, ніж на плоских ділянках периметра. Термічне переохолодження меніска загрожує появою ливарних дефектів: заворотів скоринки гарнісажу, глибоких гофр та діагональних несплавлень. Для компенсації крайових ефектів проведено комплекс робіт з обгрунтування та оптимізації параметрів просторово-часового сканування периферійного електронного пучка при виплавці слябів сплаву Ti–6Al–4V. Показано, що введення технологічної затримки тривалістю 0,5 с у кутових координатах траєкторії є оптимальним компромісом. За потужності пучка 54 кВт питома пікова щільність становить 5,48 кВт/см2. Цей режим забезпечує усереднену щільність потужності в кутку на рівні 0,82 кВт/см². Експериментальною перевіркою підтверджено формування рівних кутів слябів повністю вільних від дефектів ливарного походження, заворотів скоринки, несплавлень та гофр. Бібліогр. 16, табл. 2, рис. 13.
Ключові слова: електронно-променева плавка, проміжна ємність, сляб, титановий сплав, потужність, технологічні режими
Отримано 02.07.2026
Отримано у переглянутому вигляді 09.07.2026
Затверджено до друку 14.07.2026
Розміщено онлайн 24.07.2026
Список літератури
1. Cui, Jiajun, Li, Baokuan, Liu, Zhongqiu et al. (2022) Comparative investigation on ingot evolution and product quality under different arc distributions during vacuum arc remelting process. J. of Materials Research and Technology, 18. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2022.04.0582. Patel, A., Minisandram, R., Evans, D. (2004) Modeling of Vacuum Arc Remelting of Alloy 718 Ingots. In: Proc. of the Inter. Symp. on Superalloys. DOI: https://doi.org/10.7449/2004/Superalloys_2004_917_924
3. Lütjering, G., Williams, J.C. (2007) Titanium. 2nd Ed. Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag.
4. (2015) Titanium: Physical metallurgy, processing, and applications. Ed. by F.H. Froes. Materials Park, ASM International.
5. Akhonin, S., Pikulin, O., Berezos, V. et al. (2022) Determining the structure and properties of heat resistant titanium alloys VT3-1 and VT9 obtained by electron beam melting. Eastern-European J. of Enterprise Technologies, 5(12–119), 6–12. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.265014
6. Wang, Y., Xin, Y., Gao, L. et al. (2024) The analysis of the compositional uniformity of a Ti–Al alloy during electron beam cold hearth melting: A numerical study. Metals, 14, 884. DOI: https://doi.org/10.3390/met14080884
7. Cao, W., Ma, C., Li, Y. et al. (2024) Numerical simulation study on solidification process of titanium slab ingot by electron beam cold hearth melting. Materials Research Express, 11(8), 086514. DOI: https://doi.org/10.1088/2053-1591/ad71a3
8. Nyakana, S., Fanning, J. (2007) An overview of titanium alloys produced by electron-beam single-melting. SAE Technical Paper 2007-01-3884. DOI: https://doi.org/10.4271/2007-01-3884
9. Zhang, H.Z., Yi, J.H., Wang, J.S. et al. (2022) Effect of direct rolling process on microstructure and mechanical properties of the electron beam cold hearth melting Ti–6Al–4V alloy. Metals, 12, 2018. DOI: https://www.mdpi.com/2075-4701/12/12/2018
10. Zhang, Q., Hao, X.B., Li, B.B. et al. (2020) Microstructure and properties of TC4 alloy sheet by EB melting slab straight rolling. Heat Treat. Met., 45, 196–202.
11. Chong, Ma, Wei, Cao, Benhua, Liu et al. (2024) Simulation prediction of CP–Ti slab ingot solidification structure based on the CAFE method. Inter. Communications in Heat and Mass Transfer, 159. DOI: https://doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2024.108155
12. Mitchell, A., Kawakami, A., Cockcroft, S.L. (2007) Segregation in titanium alloy ingots. J. High-Temp. Mater. Proces., 26(1), 59–77.
13. Markovsky P.E., Akhonin, S.V., Berezos, V.O. et al. (2024) Layered titanium-based materials manufactured with cast and wrought: Production, composition, microstructure, and mechanical properties. Prog. Phys. Met., 25(4), 736–764. DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.25.04.736
14. Akhonin, S.V., Gorislavets, Yu.M., Glukhenkiy, A.I. et al. (2019) Modeling hydrodynamic and thermal processes in the mould in cold-hearth electron beam melting. Suchasna Elektrometallurgiya, 4, 9–17. DOI: http://dx.doi.org/10.15407/sem2019.04.02
15. Akhonin, S.V., Berezos, V.O., Medvedev, M.I. et al. (2025) Mastering the technology of producing ingots from heat-resistant alloys KhN38VT and KhN60VT by the electron beam melting method. The Paton Welding J., 1, 21−27. DOI: https://doi.org/10.37434/tpwj2025.01.04
16. Trigub, N.P., Zhuk, G.V., Kornejchuk, V.D. et al. (2007) Commercial electron beam installation UE-5812. Advances in Electrometallurgy, 1, 9–11.
Ця стаття у відкритому доступі за Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.