Исследование химического состава переходной зоны биметаллического слитка, полученного методом ЭШП

Abstract

Перспективным направлением в материаловедении является создание композиционных материалов с заданными свойствами. Исследуемый в статье опытный материал является биметаллической композицией, полученной с помощью электрошлакового переплава. Электрошлаковый переплав позволяет решить задачу получения биметаллической заготовки с высокой сплошностью соединения слоёв. Но переходная зона представляет собой сплав металлов, образующих слои слитка, и отличный по своим свойствам от сплавляемых металлов. Переходная зона представляет собой ещё один слой в многослойной композиции, при этом химический состав этого слоя непостоянен, то есть изменяется по высоте, и, соответственно, изменяются его свойства. Большая протяжённость переходной зоны часто приводит к образованию в этой зоне неблагоприятных структур, по свойствам резко отличающихся от свойств переплавляемых металлов, образующих составные части электрода. При этом толщина переходной зоны неравномерна по сечению слитка и её границы повторяют форму жидкометаллической ванны. Само по себе наличие переходной зоны затрудняет получение слоя металла с заданными свойствами требуемой толщины. Представлены результаты химического анализа переходной зоны биметаллического слитка полученного методом электрошлакового переплава. Были определены концентрации основных легирующих элементов с целью изучения их распределения в объёме слитка, в частности в зоне сплавления разнородных материалов. Для уменьшения химической неоднородности и протяженности зоны сплавления предложен ряд мер, направленных на уменьшение глубины жидкометаллической ванны и изменения химического состава переходной зоны. Особое внимание для решения проблемы химической неоднородности и протяжённости переходной зоны уделяется технологии электрошлакового переплава с вращением расходуемого электрода вокруг своей оси в процессе плавки. A promising trend in materials science is the creation of composite materials with desired properties. The experimental material analyzed in this article is bimetallic composition obtained by electroslag remelting. ESR allows to solve the problem of obtaining bimetallic billets with high continuity of connecting layers. But the transition zone is an alloy of metals forming ingot layers and having properties different from alloyed metals. The transition zone represents another layer in the multilayer composition, the chemical composition of this layer is not constant, i.e. it changes in height and, consequently, in its properties. A large length of the transition zone often leads to the formation in this zone of adverse structures having properties different from those of remelted metal and forming electrode parts. The thickness of the transition zone is not uniform along the cross section of the ingot and its boundaries repeat the shape of the liquid metal bath. The existence of the transition zone makes it difficult to obtain a metal layer with desired properties and desired thickness. The article presents the results of the chemical analysis of the transition zone of the bimetallic ingot obtained by electroslag remelting. Concentrations of main alloying elements were determined in order to investigate their distribution in the bulk of the ingot, particularly in the fusion zone of dissimilar materials. To reduce chemical heterogeneity and a fusion zone length a number of measures were proposed aimed at reducing the depth of the liquid metal bath and changing the chemical composition of the transition zone. Particular attention in solving the problem of chemical heterogeneity and the length of the transition zone is given to the technology of electroslag remelting with consumable electrode rotation around its axis during the smelting process.