RU2353688C1 - Melting method of carbon-free foundry heat-resistant alloys on basis of nickel - Google Patents
Melting method of carbon-free foundry heat-resistant alloys on basis of nickel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2353688C1 RU2353688C1 RU2007148822/02A RU2007148822A RU2353688C1 RU 2353688 C1 RU2353688 C1 RU 2353688C1 RU 2007148822/02 A RU2007148822/02 A RU 2007148822/02A RU 2007148822 A RU2007148822 A RU 2007148822A RU 2353688 C1 RU2353688 C1 RU 2353688C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- vacuum
- amount
- heat
- melting
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к выплавке жаропрочных сплавов на основе никеля, и может быть использовано при выплавке безуглеродистых жаропрочных сплавов для литья лопаток газотурбинных двигателей и других деталей с монокристаллической структурой.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the smelting of heat-resistant alloys based on nickel, and can be used in the smelting of carbon-free heat-resistant alloys for casting vanes of gas turbine engines and other parts with a single crystal structure.
Одним из основных требований к таким сплавам является необходимость обеспечения их ультравысокой чистоты по вредным примесям серы, кислороду и азоту, что крайне важно для получения высококачественных бездефектных монокристаллических деталей. При повышенных концентрациях этих примесей в металле перед фронтом кристаллизации при формировании монокристалла возникает концентрационное переохлаждение, при этом теряется устойчивость плоского фронта кристаллизации и образуется дефектная структура.One of the main requirements for such alloys is the need to ensure their ultra-high purity in terms of harmful impurities of sulfur, oxygen and nitrogen, which is extremely important for obtaining high-quality defect-free single-crystal parts. At increased concentrations of these impurities in the metal, concentration supercooling occurs during the formation of a single crystal in front of the crystallization front, and the stability of the flat crystallization front is lost and a defective structure is formed.
По мере усложнения состава безуглеродистых жаропрочных сплавов и повышения требований к свойствам и структуре ужесточились требования по допустимому содержанию в них примесей, которое в настоящее время не должно превышать: серы ≤0,0003%, кислорода и азота ≤0,0005% каждого.As the composition of carbon-free heat-resistant alloys becomes more complicated and the requirements for properties and structure increase, the requirements for the admissible content of impurities in them, which at present should not exceed: sulfur ≤0,0003%, oxygen and nitrogen ≤0,0005% each, have become more stringent.
Известен способ производства литейных жаропрочных никелевых сплавов для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой, предусматривающий введение кальция и редкоземельных металлов (церия, лантана, иттрия и скандия) (Патент РФ №2035521).A known method of manufacturing casting heat-resistant nickel alloys for castings with directional and single-crystal structure, involving the introduction of calcium and rare earth metals (cerium, lanthanum, yttrium and scandium) (RF Patent No. 2035521).
Недостатком указанного способа является то, что он не позволяет получить в готовом металле низкие содержания серы, кислорода и азота ≤0,001% каждого.The disadvantage of this method is that it does not allow to obtain low levels of sulfur, oxygen and nitrogen in the finished metal ≤0.001% each.
Известен способ снижения содержания серы до ≤0,0001% при выплавке жаропрочных сплавов в вакууме, при котором плавку осуществляют в тигле из оксида кальция (Патент США №5922148).A known method of reducing sulfur content to ≤0.0001% when smelting heat-resistant alloys in vacuum, in which melting is carried out in a crucible of calcium oxide (US Patent No. 5922148).
Недостатком указанного способа является то, что оксид кальция не является термически стойким соединением (в отличии от оксида магния и алюминия), и поэтому после проведения в нем нескольких плавок он начинает растрескиваться и разрушаться, при этом оксид кальция загрязняет металл.The disadvantage of this method is that calcium oxide is not a thermally stable compound (in contrast to magnesium oxide and aluminum), and therefore, after conducting several melts in it, it begins to crack and collapse, while calcium oxide contaminates the metal.
Наиболее близким к заявленному является способ производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий расплавление в вакууме шихтовых материалов и проведение обезуглероживающего рафинирования в две стадии с введением окислителя в атмосфере инертного газа при давлении 20-150 мм рт.ст. и последующее введение в вакууме редкоземельных металлов, хрома и активных легирующих элементов, в котором после введения в расплав активных легирующих элементов вводят кальций в количестве 0,02-0,20% от массы расплава под давлением инертного газа 20-130 мм рт.ст., затем создают вакуум 10-2-5·10-4 мм рт.ст после чего вводят лантан в количестве 0,01-0,3% массы расплава (Патент РФ №2221067).Closest to the claimed is a method for the production of carbon-free casting heat-resistant nickel-based alloys, including melting in a vacuum charge materials and decarburization refining in two stages with the introduction of an oxidizing agent in an inert gas atmosphere at a pressure of 20-150 mm Hg and the subsequent introduction in vacuum of rare earth metals, chromium and active alloying elements, in which, after introducing active alloying elements into the melt, calcium is added in an amount of 0.02-0.20% of the mass of the melt under an inert gas pressure of 20-130 mm Hg. then create a vacuum of 10 -2 -5 · 10 -4 mm Hg, after which lanthanum is introduced in an amount of 0.01-0.3% of the mass of the melt (RF Patent No. 2221067).
Недостатком прототипа является то, что он не позволяет обеспечить получение в готовом металле ультранизкого содержания примесей: серы ≤0,0003%, кислорода ≤0,0005%, азота ≤0,0005%.The disadvantage of the prototype is that it does not allow to obtain ultra-low content of impurities in the finished metal: sulfur ≤0,0003%, oxygen ≤0,0005%, nitrogen ≤0,0005%.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа выплавки безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, который позволяет понизить в них серу до содержания ≤0,0003%, кислорода ≤0,0005%, азота ≤0,0005%, повысить жаропрочные свойства сплава.The technical task of the invention is to develop a method for smelting carbon-free casting heat-resistant nickel-based alloys, which allows to reduce sulfur in them to the content of ≤0,0003%, oxygen ≤0,0005%, nitrogen ≤0,0005%, to increase the heat-resistant properties of the alloy.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ выплавки безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий расплавление в вакууме шихтовых материалов, проведение обезуглероживающего рафинирования в две стадии с введением окислителя в атмосфере инертного газа под давлением с последующим введением в вакууме редкоземельных металлов, хрома, активных легирующих элементов, в котором после проведения обезуглероживающего рафинирования в расплав вводят магний в количестве 0,02-0,20% от массы расплава, церий и иттрий в суммарном количестве 0,01-0,10% от массы расплава, а после введения активных легирующих элементов в вакууме вводят магний в количестве 0,003-0,015% от массы расплава, лантан и скандий в суммарном количестве 0,01-0,50% от массы расплава.The stated technical problem is achieved by the fact that the proposed method for smelting carbon-free casting heat-resistant alloys based on nickel, including melting in a vacuum charge materials, decarburizing refining in two stages with the introduction of an oxidizing agent in an inert gas under pressure, followed by the introduction of rare earth metals, chromium, in a vacuum, active alloying elements, in which, after decarburization refining, magnesium is introduced into the melt in an amount of 0.02-0.20% by weight of melt, cerium and yttrium in a total amount of 0.01-0.10% by weight of the melt, and after the introduction of active alloying elements in a vacuum, magnesium is added in an amount of 0.003-0.015% by weight of the melt, lanthanum and scandium in a total amount of 0.01- 0.50% by weight of the melt.
Авторами установлено, что введение магния после проведения обезуглероживающего рафинирования совместно с церием и иттрием, а также после введения активных легирующих элементов совместно с лантаном и скандием в заданных количествах позволяет снизить в литейных жаропрочных сплавах на никелевой основе содержание серы до ≤0,0003%, кислорода до ≤0,0005%, азота до ≤0,0005% и повысить жаропрочные свойства сплава при температуре 1100°С.The authors found that the introduction of magnesium after decarburization refining together with cerium and yttrium, as well as after the introduction of active alloying elements together with lanthanum and scandium in predetermined quantities allows reducing the sulfur content in casting heat-resistant alloys based on nickel to ≤0,0003%, oxygen up to ≤0,0005%, nitrogen up to ≤0,0005% and increase the heat-resistant properties of the alloy at a temperature of 1100 ° С.
Примеры осуществления способаExamples of the method
По предлагаемому способу осуществляли выплавку безуглеродистого литейного жаропрочного сплава на никелевой основе системы Ni-Co-Cr-Al-Mo-Re-Ru-Ta. Всего было сделано 3 плавки. Плавки проводили в вакуумной индукционной печи в тигле емкостью 10 кг. В тигель загрузили шихтовые материалы: никель, кобальт, молибден, рений, рутений. Шихту расплавили под вакуумом. После расплавления шихты в плавильную камеру напустили инертный газ (аргон) до давления 100 мм рт.ст. В расплав ввели окислитель - закись никеля. Затем газ откачали и в вакууме ввели иттрий. После завершения обезуглероживающего рафинирования на 1-ой плавке в расплав ввели магний в количестве 0,02% от массы расплава, церий и иттрий в суммарном количестве 0,01% от массы расплава. Затем в расплав добавили хром и активные легирующие элементы - тантал и алюминий, после чего под вакуумом ввели магний в количестве 0,003% от массы расплава, лантан и скандий в суммарном количестве 0,01%.According to the proposed method, smelting of a carbon-free casting heat-resistant nickel-based alloy of the Ni-Co-Cr-Al-Mo-Re-Ru-Ta system was carried out. In total, 3 swimming trunks were made. The melts were carried out in a vacuum induction furnace in a crucible with a capacity of 10 kg. The charge materials were loaded into the crucible: nickel, cobalt, molybdenum, rhenium, ruthenium. The mixture was melted under vacuum. After melting the charge, an inert gas (argon) was introduced into the melting chamber to a pressure of 100 mm Hg. An oxidizing agent, nickel oxide, was introduced into the melt. Then the gas was pumped out and yttrium was introduced in a vacuum. After the decarburization refining was completed on the first melt, magnesium was introduced into the melt in an amount of 0.02% of the mass of the melt, cerium and yttrium in a total amount of 0.01% of the mass of the melt. Then, chromium and the active alloying elements tantalum and aluminum were added to the melt, after which magnesium was introduced in a vacuum in an amount of 0.003% of the mass of the melt, lanthanum and scandium in a total amount of 0.01%.
На 2-ой плавке после завершения обезуглероживающего рафинирования в расплав ввели магний в количестве 0,10% от массы расплава, церий и иттрий в суммарном количестве 0,05% от массы расплава. После введения в расплав хрома и активных легирующих элементов ввели магний в количестве 0,01% от массы расплава и совместно лантан и скандий в суммарном количестве 0,25%.On the 2nd smelting, after the decarburization refining was completed, magnesium was introduced into the melt in an amount of 0.10% of the mass of the melt, cerium and yttrium in a total amount of 0.05% of the mass of the melt. After the introduction of chromium and active alloying elements into the melt, magnesium was introduced in an amount of 0.01% by weight of the melt and together with lanthanum and scandium in a total amount of 0.25%.
На 3-ей плавке после завершения обезуглероживающего рафинирования в расплав ввели магний в количестве 0,20% от массы расплава, церий и иттрий в суммарном количестве 0,10% от массы расплава. После введения в расплав хрома и активных легирующих элементов ввели магний в количестве 0,015% от массы расплава, лантан и скандий в суммарном количестве 0,50%.On the 3rd melt, after the decarburization refinement was completed, magnesium was introduced into the melt in an amount of 0.20% of the mass of the melt, cerium and yttrium in a total amount of 0.10% of the mass of the melt. After the introduction of chromium and active alloying elements into the melt, magnesium was introduced in an amount of 0.015% by weight of the melt, lanthanum and scandium in a total amount of 0.50%.
Технологические параметры плавок и полученные результаты по содержанию серы, кислорода и азота приведены в таблице. Там же приведены технологические параметры плавки по способу прототипу и полученные результаты.The technological parameters of the melts and the results obtained on the content of sulfur, oxygen and nitrogen are given in the table. The technological parameters of melting according to the prototype method and the results obtained are also given there.
Из таблицы видно, что на плавках 1, 2, 3 получены низкие содержания серы (0,00010-0,00025%), кислорода (0,0003-0,0004%) и азота (0,0002-0,0004%). В металле, выплавленном по способу-прототипу, содержится повышенное количество серы (0,0007%), кислорода (0,0009%) и азота (0,0007%), что в 1,75-7 раз выше, чем в металле, выплавленном по предлагаемому способу. Жаропрочность сплавов, выплавляемых по предлагаемому способу, увеличилась в 1,5 раза.The table shows that, on swimming trunks 1, 2, 3, low concentrations of sulfur (0.00010-0.00025%), oxygen (0.0003-0.0004%) and nitrogen (0.0002-0.0004%) were obtained . The metal smelted by the prototype method contains an increased amount of sulfur (0.0007%), oxygen (0.0009%) and nitrogen (0.0007%), which is 1.75-7 times higher than in the metal, smelted by the proposed method. The heat resistance of alloys smelted by the proposed method increased by 1.5 times.
Предлагаемый способ позволяет получать в безуглеродистых литейных жаропрочных сплавах на никелевой основе содержание серы ≤0,0003%, кислорода ≤0,0005% и азота ≤0,0005%. Тем самым устраняется вероятность образования дефектов в монокристаллах, поскольку не нарушается процесс кристаллизации при выращивании монокристаллов и в них не образуются сульфиды, оксиды и нитриды, которые являются зародышами для образования равноосных зерен.The proposed method allows to obtain sulfur content ≤0,0003%, oxygen ≤0,0005% and nitrogen ≤0,0005% in carbon-free casting heat-resistant nickel-based alloys. This eliminates the likelihood of defects in single crystals, since the crystallization process is not disturbed during the growth of single crystals and they do not form sulfides, oxides and nitrides, which are the nuclei for the formation of equiaxed grains.
Использование изобретения позволит повысить жаропрочные свойства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов и полностью устранить брак монокристаллических лопаток по макроструктуре. Это обеспечит повышение ресурса и надежности работы авиационных газотурбинных двигателей.The use of the invention will improve the heat-resistant properties of carbon-free casting heat-resistant alloys and completely eliminate the marriage of single-crystal vanes by macrostructure. This will increase the resource and reliability of aircraft gas turbine engines.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007148822/02A RU2353688C1 (en) | 2007-12-29 | 2007-12-29 | Melting method of carbon-free foundry heat-resistant alloys on basis of nickel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007148822/02A RU2353688C1 (en) | 2007-12-29 | 2007-12-29 | Melting method of carbon-free foundry heat-resistant alloys on basis of nickel |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2353688C1 true RU2353688C1 (en) | 2009-04-27 |
Family
ID=41019008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007148822/02A RU2353688C1 (en) | 2007-12-29 | 2007-12-29 | Melting method of carbon-free foundry heat-resistant alloys on basis of nickel |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2353688C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2469117C1 (en) * | 2011-06-02 | 2012-12-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (ОАО НПО "ЦНИИТМАШ") | Melting method of carbon-free heat-resistant steel |
| WO2017166962A1 (en) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 山东瑞泰新材料科技有限公司 | Melting process for nickel-based alloy containing aluminum, titanium, boron, and zirconium |
| RU2634828C1 (en) * | 2016-10-27 | 2017-11-03 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of producing heat-resistant nano-structured corrosion-resistant nickel-based alloys |
-
2007
- 2007-12-29 RU RU2007148822/02A patent/RU2353688C1/en active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2469117C1 (en) * | 2011-06-02 | 2012-12-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (ОАО НПО "ЦНИИТМАШ") | Melting method of carbon-free heat-resistant steel |
| WO2017166962A1 (en) * | 2016-03-30 | 2017-10-05 | 山东瑞泰新材料科技有限公司 | Melting process for nickel-based alloy containing aluminum, titanium, boron, and zirconium |
| RU2634828C1 (en) * | 2016-10-27 | 2017-11-03 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of producing heat-resistant nano-structured corrosion-resistant nickel-based alloys |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111187946B (en) | Nickel-based wrought superalloy with high aluminum content and preparation method thereof | |
| JP6675846B2 (en) | Fe-Cr-Ni alloy with excellent high-temperature strength | |
| CN113265564B (en) | High-temperature alloy with good long-term stability and preparation method thereof | |
| CN111455220A (en) | Third-generation nickel-based single crystal superalloy with stable structure and preparation method thereof | |
| WO2012018239A2 (en) | High carbon chromium bearing steel, and preparation method thereof | |
| WO2022268034A1 (en) | High-strength cast magnesium alloy, and preparation method therefor and application thereof | |
| RU2618038C2 (en) | Method for obtaining a heat-resistant alloy based on niobium | |
| RU2353688C1 (en) | Melting method of carbon-free foundry heat-resistant alloys on basis of nickel | |
| JP4719583B2 (en) | Unidirectional solidification nickel-base superalloy excellent in strength, corrosion resistance and oxidation resistance and method for producing unidirectional solidification nickel-base superalloy | |
| RU2572117C1 (en) | Method of production of superalloys based on nickel and alloyed by rare-earth metals | |
| US9745650B2 (en) | Austenite heat-resisting cast steel | |
| CN108950273B (en) | Intermediate alloy and preparation method and application thereof | |
| JP2016223002A (en) | High strength ductile thin wall cast machine component without chill | |
| EP2980233A1 (en) | Process for manufacturing maraging steel and method for refining inclusions | |
| RU2541330C1 (en) | Method of fabrication castable refractory nickel-based alloys (versions) | |
| CN111910095B (en) | Smelting preparation method of nickel-based single crystal superalloy master alloy | |
| RU2682266C1 (en) | Method of manufacture of nickel-based high-temperature alloys (options) | |
| CN114737072B (en) | K417G nickel-based high-temperature alloy refining preparation and forming method | |
| RU2392338C1 (en) | Method of heat-resistant nickel-based cast alloy obtainment | |
| RU2439185C1 (en) | Heat-resistant cast alloy on basis of nickel | |
| RU2344186C2 (en) | Method of production of cast heat resistant alloys on nickel base (versions) | |
| RU2469117C1 (en) | Melting method of carbon-free heat-resistant steel | |
| EP3192883B1 (en) | Ai alloy containing cu and c and its manufacturing method | |
| CN108950307A (en) | A kind of nickel calcium intermediate alloy and the preparation method and application thereof | |
| RU2274671C1 (en) | Method of production of the carbon-free casting high-temperature alloys |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |