CS241811B1

CS241811B1 - Method of production of cast heat resistant alloys, precipitation curable phases Ni3 (A1, Ti)

Info

Publication number: CS241811B1
Application number: CS846167A
Authority: CS
Inventors: Radovan Pech; Jiri Buganic; Jan Hakl; Karel Hrbacek; Jiri Kudrman; Oldrich Soucek
Original assignee: Radovan Pech; Jiri Buganic; Jan Hakl; Karel Hrbacek; Jiri Kudrman; Oldrich Soucek
Priority date: 1984-08-14
Filing date: 1984-08-14
Publication date: 1986-04-17
Also published as: CS616784A1

Abstract

Způsob výroby litých žárupevných silitin, (precipitačně vytvrditelných fází N13 (AI, Ti) ha bázi žeileíza a/nebo niiklu, iu nichž obsah kyslíku a síry nepřevyšuje 0,001 % hmot., la které ise vyrábí v indukčních vakuových Ipecích vybavených korundovým tavícím kelímkem. Podstata vynáleizu spočívá v tom,, lže se (po des,oxidaci 'taveniny uhlíkem přidá Ido· taveniny vápník a/nebo hořčík ve formě slitiny SiCa nebo NiMg v množství od 0,005 do 0,05 % hmot.Method for producing cast refractory silicides, (precipitation hardenable phases N13 (Al, Ti) and based on iron and/or nickel, in which the oxygen and sulfur content does not exceed 0.001 wt. %, and which is produced in induction vacuum furnaces equipped with a corundum melting crucible. The essence of the invention lies in the fact that (after deoxidation of the melt with carbon) calcium and/or magnesium in the form of SiCa or NiMg alloy is added to the melt in an amount from 0.005 to 0.05 wt. %.

Description

fází NÍ3(A1, Ti) i e i Způsob výroby litých žárupevných silitin, (precipitačně vytvrditelných fází N13 (AI, Ti) ha bázi žeileíza a/nebo niiklu, iu nichž obsah kyslíku a síry nepřevyšuje 0,001 % hmot., la které ise vyrábí v indukčních vakuovýchA process for the production of cast refractory silicones (precipitation hardenable phases N13 (Al, Ti)) based on gelatin and / or nickel, the oxygen and sulfur content of which does not exceed 0.001% by weight and which is produced in induction vacuum

Ipecích vybavených korundovým tavícím kelímkem. Podstata vynáleizu spočívá v tom,, lže se (po des,oxidaci 'taveniny uhlíkem přidáFitted with corundum crucible. The essence of the invention is that it is added (after des-oxidation of the melt by carbon)

Ido· taveniny vápník a/nebo hořčík ve formě slitiny SiCa nebo NiMg v množství odThe melt is calcium and / or magnesium in the form of an SiCa or NiMg alloy in an amount of from

0,005 do 0,05 % hmot.0.005 to 0.05 wt.

Vynález síe itýlká způsobu výroby litých žárupevných slitin na bázi železa a/nebo niklu, 'precipitačně vytVrdltelnýoh fází Ni3 (AI, Ti) v indukčních vakuových pecích, vybalených korundovým tavícím kelímkem, kterým lze doisáhnouit obsahů kyslíku i síry pod 0,001 % .hmot. ve islitině a při němž Slitina nabývá vysokých plastických i pevnostních charakteristik.The invention relates to a process for the production of cast refractory alloys based on iron and / or nickel, by precipitation-hardening Ni3 (Al, Ti) phases in induction vacuum furnaces, which are packaged with a corundum crucible which can achieve oxygen and sulfur contents below 0.001% w / w. in an alloy and in which the alloy has high plastic and strength characteristics.

i Významné omezení při zvyšování plastických a pevnostních charakteristik žárupevných slitin na báizi železa a/nebo niklu precipitačně vytvrditelných fází Ni3(A'l, Ti) představují zejména vyšší obsahy kyslíku a isíry v těchto slitinách. Kyslík i síra se ukládají zejména na hranicích zrn .slitin ve formě kysličníků či sirnílků a podstatně snižují adhezi těchto hranic. Kyslík dále vytváří kyslličníkové blány, které jsou v odlitku velmi obtížně identifikovatelné, vlastnosti odlitku však zhoršují drastickým způsobem. Pronikavého zlepšení vlastností slitin je možno dosáhnout, jak ukázaly výsledky experimentu, tehdy, j,sou-ili obsahy kyslíku i síry ve slitině sníženy pod 0,01 % hmot., což však nelze dosáhnout žpůsoby obvyklými v současné době.In particular, higher oxygen and sulfur contents in these alloys are a significant limitation in increasing the plastic and strength characteristics of the refractory alloys on the basis of iron and / or nickel precipitate-hardening Ni3 (Al, Ti) phases. Oxygen and sulfur, in particular, are deposited at the grain boundaries of the alloys in the form of oxides or sulphides and substantially reduce the adhesion of these boundaries. Oxygen further creates oxygen oxide membranes that are very difficult to identify in the casting, but deteriorate the casting properties drastically. A sharp improvement in the properties of the alloys can be achieved, as the results of the experiment have shown, when both the oxygen and sulfur contents in the alloy were reduced to below 0.01% by weight, but this cannot be achieved by conventional methods.

¹ Kyslík se do slitiny dostává jednak z legur,, jako je chrom, titan, hliník apod., ale také z vnitřního prostředí vakuové pece, ve které je slitina tavena. I při relativně vysokém vakuu, jakého se u provozních vakuových pecí dosahuje, existuje vždy ve vnitřními prostoru pece jistý obsah kyslíku, kterým se tavenina může sytit. Kyslík proniká do pece netěsnostmi pecního vakuového agregátu, iz fyzikálně adsorbovaných plynů ve vyzdívce tavícího kelímku a na stěnách vakuové komolý, z fyzikálně a chemicky vázaných plynů ve vsázkových surovinách, či ve ‘vratném materiálu, který je kontaminován Zbytky forem, z kysličníku hlinitého a křemičitého, apod. V závěru metalurgického cyklu přípravy itaveniny k lití se proto používá rafinace roztavené lázně pomocí tzv. uhlíkové reakce, během které uhlík obsažený v tavenině nebo do ní záměrně přisazený reaiguje s méně stabilními kysličníku. Jejím· výsledkem· jsou redukované kovy a plynný produkt, který je od•sáVán vývěvami z pecního agregátu.Oxygen is ^one gets to the alloy of the alloying elements, second ,, such as chromium, titanium, aluminum, etc., But also from the internal environment of a vacuum furnace in which the alloy is melted. Even at the relatively high vacuum achieved by operating vacuum furnaces, there is always a certain oxygen content in the interior of the furnace through which the melt can be saturated. Oxygen penetrates the furnace through leaks in the furnace vacuum unit, as well as from the physically adsorbed gases in the crucible lining and vacuum chamber walls, from the physically and chemically bound gases in the feedstock, or in the return material contaminated by mold residues, alumina and silica At the end of the metallurgical cycle of the preparation of the melt for casting, the refining of the molten bath by means of a so-called carbon reaction is used, during which the carbon contained in the melt or intentionally added to it reacts with less stable oxides. This results in reduced metals and a gaseous product that is sucked off by the furnace pump.

‘ iNéjčdsitěji se žárupevné slitiny na bázi Železa a/nebo .niklu taví v indukčních vakuových pecích, kde tavící kelímek je zhotoven z keramické hmoty na bázi kysličníku hlinitého. V provozních vakuových pecích používaných k těmto účelům se dosahuje v tavící komoře vakua 0,1 až 10 Pa. Tím je ovšem limitován i stupeň rozkladu kysličníků obsažených v tavenině. Další ohiezenlí představuje skutečnost, že při intentzilvní desoxidaci pomocí uhlíkové reakce se [rozkládá hmota tavícího kelímku z kysličIníku hlinitého. Výsledkem! zmíněných omezení je skutečnost, že připravená slitina obsahuje více nežli 0,002 % hmot. kyslíku, i Nízkého obsahu síry se při indukčním vakuovém· tavení žárupevných slitin na bázi Železa a/nebo niklu dosahuje výběrem vsázkových surovin s níZkým obsahem síry. Během tavícího 'procesu obsah síry není dále kontrolován. Při současné praxi se obsah šifry ve slitinách pohybuje zpravidla nad 0,002 % hmot., často· však nad 0,004 % hmot., což je z hlediska užitkových vlastností slitin nepříznivé.Most preferably, the heat-resistant alloys based on Iron and / or Nickel are melted in induction vacuum furnaces where the crucible is made of a ceramic material based on alumina. Vacuum furnaces used for this purpose achieve a vacuum of 0.1 to 10 Pa in the melting chamber. However, this also limits the degree of decomposition of oxides contained in the melt. A further inconvenience is the fact that, during intensive desoxidation by means of a carbon reaction, the mass of the alumina crucible is decomposed. The result! said limitations are the fact that the prepared alloy contains more than 0.002% by weight. In the induction vacuum melting of heat-resistant alloys based on iron and / or nickel, low sulfur content is achieved by selecting low-sulfur feedstocks. During the melting process, the sulfur content is not further controlled. In current practice, the cipher content of the alloys is generally above 0.002% by weight, but often above 0.004% by weight, which is unfavorable in terms of the alloy's performance.

< Uvedené nedostatky odstraňuje způsob •výroby litých žárupevných slitin na bázi Železa a/nebo niklu podle vynálezu, u nichž •obsah kyslíku a síry nepřevyšuje jednotlivě 0,001 % hmot., a které jsou precipitačně Vytvrditeilné fází Ni3(Al,Tij, a které se ivytáhí v indukčních vakuových pecích vybavených korundovým tavícím kelímkem. •Podstata vynálezu spočívá v tom, že se po desoxidaci taveniny uhlíkem do taveniny [přidá vápník a/nebo hořčík v množství 0,005 až 0,05 % hmot.The above-mentioned drawbacks are eliminated by a process for the production of cast iron-and / or nickel cast refractory alloys according to the invention in which the oxygen and sulfur content does not individually exceed 0.001% by weight and which are precipitated with Ni3 (Al, Tij) and The principle of the invention consists in adding calcium and / or magnesium in an amount of 0.005 to 0.05% by weight after desoxidation of the melt with carbon.

Množství přišazovaného vápníku a/nebo hořčíku jie možno měnit v- závislosti na původním obsahu kyslíku a síry ve vsázkovém materiálu a natékání vakuového systému tavící ‘pece.The amount of calcium and / or magnesium charged can be varied depending on the initial oxygen and sulfur content of the feed material and the flow rate of the vacuum system of the melting furnace.

Výhody způsobu podle vynálezu spočívají v tom, že přisazený vápník a/nebo hořčík, jakožto· prvky s vyšší afinitou ke kyslíku nežli zejména hliník, rozloží kysličníky naredukovateilné uhlíkovou reakcí za vzniku komplexního silikátu hliníkovápenatého, resp·. hlinitoihořečnatého, který spolu s produktem další reakce se sírou, síranem vápenatým, resp. síranem hořečnatým je vyplaven na povrch hladiny taveniny. Produkty mají viskózní, sklovitý charakter, •snadno se působením povrchového napětí •stahují ke stěně kelímku, na které ulpí a •nejsou při odlévání strhávány do dutiny •formy. Postupem dle vynálezu lze vyrobit s téměř 100 % jistotou odlitky bez nemetalických ihkluzí typu oxidických blan, přičemž lze zaručit, že obsahy kyslíku i síry ve slitině, ze které ,je odlitek vyroben, nebudou přesáhovat každý 0,001 % hmot.Advantages of the process according to the invention are that the added calcium and / or magnesium, as elements with a higher affinity for oxygen than in particular aluminum, decompose the oxides which can be reduced by a carbon reaction to form a complex aluminum calcium silicate, respectively. magnesium aluminate, which together with the product of further reaction with sulfur, calcium sulfate, resp. magnesium sulfate is washed away to the surface of the melt. The products are viscous, vitreous in character, • easy to apply due to surface tension • they contract to the crucible wall to which they adhere and • are not entrained in the mold cavity when casting •. With the process according to the invention, castings can be produced with almost 100% certainty castings without non-metallic membranes of the oxidic membrane type, ensuring that the oxygen and sulfur contents of the alloy from which the casting is made do not exceed every 0.001% by weight.

Při tak inízkýicih obsazích kyslíku a síry •vykazuje slitina vynikající užitné mechanické vlastností, které se často pohybují vysoko nad vaaistnoštml slitiny vyrobené bez přisuzování vápníku a/nebo hořčíku, i Způsob výroby litých žárupevných slitin [podle vynálezu a účinky způsobu jsou blíže •osvětleny v následujícím příkladu. Příklad ’ ' ' Při tavení série osmi taveb slitiny 1, šesti taveb slitiny 2 a tří taveb iSlítiny 3, jejichž chemické složení je uvedeno v tabulce I., bylo použito způsobu podle vynálezu, a to tak, že po desoxidaci 'taveb uhlíkem bylo do Itaveb přidáno 0,005 až 0,05 % hmot. vápníku a/nebo hořčíku, a to· ve formě slitiny •SiCa (32,5 θ/ο Ca] nebo NIMg (17,1% Mg). Velikost přídavků vápníku a/nebo hořčíku ^fdo jednotílivých taveb slitin 1 až 3 je uvedeina v tabulce II.Thus, in the absence of oxygen and sulfur contents, the alloy exhibits excellent utility properties, which often move well above the strength of the alloys produced without attribution of calcium and / or magnesium. example. EXAMPLE In melting a series of eight melts of alloy 1, six melts of alloy 2 and three melts of alloy 3 whose chemical composition is shown in Table I, the method of the invention was used such that after deoxidation of the carbon melts Itaveb added 0.005 to 0.05 wt. of calcium and / or magnesium, in the form of an alloy • SiCa (32.5 θ / ο Ca) or NIMg (17.1% Mg) The amount of calcium and / or magnesium additions ^f to individual melts of alloys 1 to 3 in Table II.

' Všechny tavby vyhověly při 'Zkouškách (pevnosti při tečení, tj. u slitiny 1 čas ido loImu zkušebních tyčí z taveb vyrobených a (zatížených naipětím 270 MPa při teplotě ΘΟΟ °'C /přesáhl 40 h, u slitiny 2 čas do lomu Zkušebních tyčí z taveb vyrobených a zatížených napětím 294 Μ/Pa při 'teplotě 900 °C (přesáhl 40 h a u slitiny 3 čas do· lomu zkušebních tyčí z taveb vyrobených a zatíže(nýcih napětími 290 MPa při teplotě 700 °C (přesáhl 66 h. Výsledky zkoušek 'pevnosti při tečení jednotlivých pokusných taveb jsou (uvedeny v tabulce III. Ve sloupci „výsledky •zkoušek“ značí t čas do lomu zkušebních tyčí v hodinách, As je tažnost v % (poměr H :d = 5). Piolkud zkoušky byly vedeny jen ido předepsané min. doby a nikoli až do ilotnu, není v tabulce III uvedena hodnota tažhosti A. Jaik hodnoty čásů do lomu, tak hod•noty taižností v tabulce III. jsou u všech pokusných taveb dané slitiny vysoce nadprůměrné ve srovnání s hodnotami taveb běžné (produkce stejné slitiny, u nichž nebyl v průběhu tavení přidáván vápník a/nebo hořčík.All melts passed in the tests (creep rupture strength, i.e., alloy 1 time idle of the test rods from the melts produced and (stressed at 270 MPa at ΘΟΟ ° C) / exceeded 40 h, in alloy 2 time to test rod fracture from heats produced and stressed at 294 900 / Pa at 900 ° C (exceeded 40 hau alloy 3 time to fracture of test bars from heat-produced and loaded (with low stresses of 290 MPa at 700 ° C (exceeded 66 h) The creep rupture strengths of the individual test melts are shown in Table III. In the column " test results " t indicates the time to fracture of test bars in hours, As is ductility in% (H: d = 5 ratio). The value of the ductility A is not given in Table III, and the values of the ductility values in Table III are high for all experimental melts of the alloy. average compared to melt values common (production of the same alloy for which calcium and / or magnesium were not added during melting).

U žádné z pokusných taveb nepřevýšil (obsah kyslíku i síry 0,001 % hmot., jak je doloženo v tabulce I.It did not exceed any of the experimental melts (oxygen and sulfur content of 0.001% by weight, as shown in Table I).

Claims

Subject

Process for the production of cast refractory alloys, pre-screen-hardenable Ni3 (Al, Ti) phases and an iron and / or nickel base with an oxygen and sulfur content not exceeding individually 0.001 percent by weight. In induction vacuum solids equipped with a corundum crucible, characterized in that calcium and / or magnesium in an amount of 0.005 to 0.05% by weight is added to the melt after the oxidation of the melt by carbon to the melt.