RU2634828C1 - Способ производства литейных жаропрочных наноструктурированных коррозионно-стойких сплавов на никелевой основе - Google Patents
Способ производства литейных жаропрочных наноструктурированных коррозионно-стойких сплавов на никелевой основе Download PDFInfo
- Publication number
- RU2634828C1 RU2634828C1 RU2016142320A RU2016142320A RU2634828C1 RU 2634828 C1 RU2634828 C1 RU 2634828C1 RU 2016142320 A RU2016142320 A RU 2016142320A RU 2016142320 A RU2016142320 A RU 2016142320A RU 2634828 C1 RU2634828 C1 RU 2634828C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- refining
- amount
- carbon
- stage
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/023—Alloys based on nickel
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/06—Making non-ferrous alloys with the use of special agents for refining or deoxidising
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/03—Alloys based on nickel or cobalt based on nickel
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству литейных жаропрочных углеродсодержащих и безуглеродистных сплавов на никелевой основе, и может быть использовано для литья лопаток газотурбинных двигателей. Способ производства литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе включает расплавление в вакууме шихтовых материалов, обезуглероживающее рафинирование полученного расплава в две стадии. На первой стадии рафинирования вводят окислитель в количестве, превышающем необходимое для окисления углерода до его диоксида в 2,0-8,5 раза, в атмосфере инертного газа при давлении 20-150 мм рт.ст., затем проводят раскисление расплава и удаляют газ, после чего осуществляют вторую стадию рафинирования, на которой вводят редкоземельные металлы в количестве, превышающем в 2,0-20,0 раз количество углерода, оставшегося в расплаве после первой стадии рафинирования, а после второй стадии рафинирования в расплав вводят хром с активными легирующими элементами. После проведения первой стадии обезуглероживающего рафинирования на поверхность расплава присаживают шлаковую смесь, состоящую из, мас.%: 35-65 BaO, 15-30 BaF2, 15-30 BaCl2, 5-15 NiO, в количестве 0,3-0,8 мас.% от массы расплава, в 2-3 приема с выдержкой 5-15 мин после каждой присадки, а в качестве активных легирующих элементов, вводимых в расплав с хромом, используют титан, алюминий и по крайней мере один элемент, выбранный из тантала, углерода, ниобия и гафния. Получают стабильные результаты по содержанию фосфора в расплаве менее 0,007 мас.%, вследствие чего повышается долговечность сплавов при рабочих температурах. 1 табл., 14 пр.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству литейных жаропрочных углеродсодержащих и безуглеродистых сплавов на никелевой основе, которые могут быть использованы для литья лопаток газотурбинных двигателей, газотурбинных установок и других деталей с монокристаллической структурой.
В литейных жаропрочных сплавах фосфор наряду с кислородом, азотом и серой относится к вредным примесям. Образуя легкоплавкие соединения типа фосфидов, фосфор инициирует участки с локальным оплавлением, снижая тем самым эксплуатационные характеристики жаропрочных сплавов, в особенности их длительную прочность на длинных базах испытаний. В настоящее время общее содержание фосфора в жаропрочных сплавах составляет 0,01-0,015 мас. %, что определяется экономическими соображениями и производственными возможностями. Для устранения возможности образования фосфидов общее содержание фосфора в сплавах не должно превышать 0,007 мас. %.
Известен способ производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий расплавление в вакууме шихтовых материалов, обезуглероживающее рафинирование в две стадии с введением окислителя в атмосфере инертного газа при давлении 20-150 мм рт.ст. и последующим введением в вакууме редкоземельных металлов, хрома, активных элементов и рафинирующих добавок - кальция в количестве 0,02-0,2% от массы расплава под давлением инертного газа и лантана в количестве 0,01-0,3% от массы расплава в вакууме (RU 2221067 С1, 10.01.2004).
Недостатком известного способа является высокое остаточное содержание кальция в готовом сплаве, что приводит к снижению его прочностных характеристик.
Известен способ выплавки безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий расплавление в вакууме шихтовых материалов, обезуглероживающее рафинирование расплава в две стадии с введением окислителя в атмосфере инертного газа под давлением 20-150 мм рт.ст., раскисление магнием, последующее введение в вакууме редкоземельных металлов церия и иттрия, добавление хрома и активных легирующих элементов и рафинирующих добавок - магния, лантана и скандия (RU 2353688 С1, 27.04.2009).
Наиболее близким аналогом является способ производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий расплавление в вакууме шихтовых материалов, обезуглероживающее рафинирование с использованием окислителя в количестве, превышающем необходимое для окисления углерода до его диоксида в 2,0-8,5 раз, раскисление, введение активных легирующих элементов, в котором обезуглероживающее рафинирование ведут в две стадии: первую стадию проводят введением окислителя в атмосфере инертного газа при давлении 20-150 мм рт.ст., затем проводят раскисление и газ удаляют, после чего осуществляют вторую стадию рафинирования введением редкоземельных металлов в количестве в 2,0-20,0 раз превышающем количество углерода, оставшегося в расплаве после первой стадии рафинирования и после второй стадии рафинирования перед введением активных легирующих элементов в расплав вводят хром (RU 2074569 С1, 27.02.1997).
Общим недостатком всех известных способов производства литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе является невозможность удаления фосфора из расплава в связи с тем, что рафинирующие добавки не вступают с ним в химическое взаимодействие.
Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является получение стабильных результатов по содержанию фосфора в расплаве менее 0,007 мас. % и, как следствие, повышение долговечности сплавов при рабочих температурах.
Технический результат достигается предложенным способом производства литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий расплавление в вакууме шихтовых материалов, обезуглероживающее рафинирование полученного расплава в две стадии, причем на первой стадии рафинирования вводят окислитель в количестве, превышающем необходимое для окисления углерода до его диоксида в 2,0-8,5 раза, в атмосфере инертного газа при давлении 20-150 мм рт.ст., затем проводят раскисление расплава и удаляют газ, после чего осуществляют вторую стадию рафинирования, на которой вводят редкоземельные металлы в количестве, превышающем в 2,0-20,0 раз количество углерода, оставшегося в расплаве после первой стадии рафинирования, а после второй стадии рафинирования в расплав вводят хром с активными легирующими элементами. После проведения первой стадии обезуглероживающего рафинирования на поверхность расплава присаживают шлаковую смесь, состоящую из, мас. %: 35-65 BaO, 15-30 BaF2, 15-30 BaCl2, 5-15 NiO, в количестве 0,3-0,8 мас. % от массы расплава, в 2-3 приема с выдержкой 5-15 мин после каждой присадки, а в качестве активных легирующих элементов, вводимых в расплав с хромом, используют титан, алюминий и, по крайней мере, один элемент, выбранный из тантала, углерода, ниобия и гафния.
Установлено, что присадка шлаковой смеси, состоящей из, мас. %: 35-65 ВаО, 15-30 BaF2, 15-30 ВаCl2, 5-15 NiO, в количестве 0,3-0,8 мас. % от массы расплава позволяет существенно (в 2-3 раза) снизить содержание фосфора в расплаве на основе никеля. Введение шлаковой смеси системы BaO-BaF2-BaCl2-NiO после окислительного рафинирования расплава приводит к образованию сложного химического соединения типа k⋅ВаО⋅Р2O5⋅m⋅BaF2⋅n⋅ВаСl2, которое после адгезии с материалом плавильного тигля не разлагается до конца плавки.
Поскольку в индукционных печах, в частности в вакуумных индукционных, нагрев шлака происходит путем теплопередачи от металла, то активный слой шлака довольно тонкий. Кроме этого, в плавильном тигле индукционных печей, в связи с воздействием магнитного поля, поверхность расплава имеет выпуклую форму, величина которой увеличивается с повышением подаваемой мощности на индуктор, что приводит к эффекту отбрасывания шлака к стенкам тигля. При этом шлак взаимодействует с огнеупорными стенками тигля и удаляется из реакционной зоны. Для повышения продолжительности и эффективности взаимодействия шлака с расплавом шлаковую смесь необходимо присаживать в 2 или более приемов с выдержкой не менее 5 минут после каждой присадки.
Перед присадкой шлаковой смеси производят замер степени окисленности расплава кислородными зондами. Величина измеренной электродвижущей силы (эдс) может варьироваться от -50 до -250 мВ.
При менее отрицательных значениях э.д.с. рекомендуется присаживать на поверхность расплава шлаковую смесь с большим содержанием ВаО, при более отрицательных - с меньшим. При этом увеличивается содержание BaF2 и ВаCl2.
Примеры осуществления
Была осуществлена выплавка литейных жаропрочных коррозионностойких сплавов на никелевой основе: сплава №1 (система Ni-Co-Mo-W-Re-Cr-Ta-Al-Ti) и сплава №2 (система Ni-Co-Mo-W-C-Cr-Ta-Al-Ti-Nb-Hf). Плавки проводили в вакуумной индукционной печи в тигле емкостью 20 кг. В тигель загружали шихтовые материалы: никель, кобальт, вольфрам, молибден и для сплава №1 также рений. Шихту расплавляли под вакуумом. После полного расплавления шихты откачку плавильной камеры прекращали и напускали в камеру инертный газ (аргон) до давления 80 мм рт.ст., проводили первую стадию обезуглероживающего рафинирования введением окислителя (закись никеля) в количестве 0,5% от массы шихтовых материалов, что превышает необходимое для окисления углерода до его диоксида 2-2,5 раза, в атмосфере инертного газа при давлении 80 мм рт.ст. (содержание углерода 0,015-0,020 мас. %).
Для уточнения состава присаживаемой шлаковой смеси после завершения первой стадии обезуглероживающего рафинирования с помощью кислородных зондов измерили значение э.д.с, оценивая таким образом степень окисленности расплава.
Далее на поверхность расплава присаживали шлаковую смесь в один или более приемов с выдержкой после каждой присадки. Состав шлаковой смеси и режимы присадки приведены в таблице. После присадки осуществляли раскисление расплава введением лигатуры никель-магний в количестве 0,05 мас. % магния от массы расплава и откачивали аргон. Проводили вторую стадию рафинирования введением РЗМ - церия и иттрия, в количестве 0,01% от массы шихтовых материалов каждого элемента, что превышает количество углерода, оставшегося в расплаве после первой стадии рафинирования в 2-4 раза.
После второй стадии рафинирования в расплав вводили хром с другими активными легирующими элементами: танталом, алюминием и титаном для сплава №1 и углеродом, танталом, алюминием, титаном, ниобием, гафнием для сплава №2.
Содержание фосфора в расплаве определяли на масс-спектрометре iCAPQ.
Долговечность τ900 измеряли в соответствии с ГОСТ 10145-81.
Результаты определения остаточного содержания фосфора в готовых сплавах №1 и №2 и их долговечности при Т=900°C в зависимости от состава шлаковой смеси, количества ее присадок на жидкий расплав, времени выдержки после каждой присадки и значений э.д.с. представлены в таблице.
Как видно из представленных результатов, на обоих сплавах максимальный эффект дефосфорации был достигнут после присадки на поверхность расплава шлаковой смеси, состоящей из, мас. %: 35-65 ВаО, 15-30 BaF2, 15-30 ВаCl2, 5-15 NiO, в количестве 0,3-0,8% от массы расплава в два приема с выдержкой после каждой присадки в течение времени 5-10 мин. Достигнутое остаточное содержание фосфора составило 0,002-0,004 мас. % (примеры 1-4) против 0,010-0,011 мас. % в металле, выплавленном по способу-прототипу (примеры 13, 14). Изменение соотношения компонентов ВаО - BaF2 - ВаCl2 - NiO хорошо согласуются с измерениями значений эдс(Е): при более отрицательных значениях Е количество ВаО и NiO уменьшается, а при менее отрицательных - увеличивается, что соответствует поддержанию окислительного потенциала системы металл-шлак на постоянном уровне, необходимом для образования соединения Р2O5.
Уменьшение содержания в шлаке ВаО до 30 мас. % (примеры 5 и 6) или ее увеличение до 70 мас. % (пример 7) не приводит к уменьшению остаточного содержания фосфора в сплавах.
При присадке шлаковой смеси оптимального состава при ее оптимальных количествах и времени выдержки после присадки, но в один прием (примеры 8 и 9) приводит лишь к незначительному снижению содержания фосфора (конечное содержание в готовых сплавах 0,008-0,009 мас. %). Это объясняется тем, что основная часть шлака не вступила во взаимодействие с расплавом и, путем адгезии, вступила в соединение с материалом тигля.
Аналогичный способ присадки шлаковой смеси, но в три приема (пример 10), позволяет достичь снижения содержания фосфора до 0,007 мас. %.
Увеличение времени выдержки после присадки шлаковой смеси оптимального состава на поверхность расплава до 15 мин. (пример 11) нецелесообразно.
Использование в качестве шлакообразующих компонентов кальцийсодержащих материалов, таких как СаО и CaF2, которые применяются в сталеплавильных процессах для дефосфорации сталей (пример 12), положительных результатов не дало.
Таким образом, предложенный способ (примеры 1-4, 10-11) обеспечивает получение стабильных результатов по содержанию фосфора в расплаве менее 0,007 мас. %, что позволяет стабильно повысить долговечность сплавов при рабочих температурах на 59-113 часов по сравнению с материалом, выплавленным по способу-прототипу.
Использование изобретения позволит повысить ресурс работы деталей ГТД.
Claims (1)
- Способ производства литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий расплавление в вакууме шихтовых материалов, обезуглероживающее рафинирование полученного расплава в две стадии, причем на первой стадии рафинирования вводят окислитель в количестве, превышающем необходимое для окисления углерода до его диоксида в 2,0-8,5 раза, в атмосфере инертного газа при давлении 20-150 мм рт.ст., затем проводят раскисление расплава и удаляют газ, после чего осуществляют вторую стадию рафинирования, на которой вводят редкоземельные металлы в количестве, превышающем в 2,0-20,0 раз количество углерода, оставшегося в расплаве после первой стадии рафинирования, а после второй стадии рафинирования в расплав вводят хром с активными легирующими элементами, отличающийся тем, что после проведения первой стадии обезуглероживающего рафинирования на поверхность расплава присаживают шлаковую смесь, состоящую из, мас.%: 35-65 BaO, 15-30 BaF2, 15-30 BaCl2, 5-15 NiO, в количестве 0,3-0,8 мас.% от массы расплава, в 2-3 приема с выдержкой 5-15 мин после каждой присадки, а в качестве активных легирующих элементов, вводимых в расплав с хромом, используют титан, алюминий и по крайней мере один элемент, выбранный из тантала, углерода, ниобия и гафния.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016142320A RU2634828C1 (ru) | 2016-10-27 | 2016-10-27 | Способ производства литейных жаропрочных наноструктурированных коррозионно-стойких сплавов на никелевой основе |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016142320A RU2634828C1 (ru) | 2016-10-27 | 2016-10-27 | Способ производства литейных жаропрочных наноструктурированных коррозионно-стойких сплавов на никелевой основе |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2634828C1 true RU2634828C1 (ru) | 2017-11-03 |
Family
ID=60263750
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016142320A RU2634828C1 (ru) | 2016-10-27 | 2016-10-27 | Способ производства литейных жаропрочных наноструктурированных коррозионно-стойких сплавов на никелевой основе |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2634828C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2074569C1 (ru) * | 1994-02-21 | 1997-02-27 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Способ производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе |
US5922148A (en) * | 1997-02-25 | 1999-07-13 | Howmet Research Corporation | Ultra low sulfur superalloy castings and method of making |
RU2353688C1 (ru) * | 2007-12-29 | 2009-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ выплавки безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе |
RU2469117C1 (ru) * | 2011-06-02 | 2012-12-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (ОАО НПО "ЦНИИТМАШ") | Способ выплавки безуглеродистой жаропрочной стали |
RU2572117C1 (ru) * | 2014-10-07 | 2015-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения суперсплавов на основе никеля, легированных редкоземельными металлами |
-
2016
- 2016-10-27 RU RU2016142320A patent/RU2634828C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2074569C1 (ru) * | 1994-02-21 | 1997-02-27 | Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Способ производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе |
US5922148A (en) * | 1997-02-25 | 1999-07-13 | Howmet Research Corporation | Ultra low sulfur superalloy castings and method of making |
RU2353688C1 (ru) * | 2007-12-29 | 2009-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ выплавки безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе |
RU2469117C1 (ru) * | 2011-06-02 | 2012-12-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Центральный научно-исследовательский институт технологии машиностроения" (ОАО НПО "ЦНИИТМАШ") | Способ выплавки безуглеродистой жаропрочной стали |
RU2572117C1 (ru) * | 2014-10-07 | 2015-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Способ получения суперсплавов на основе никеля, легированных редкоземельными металлами |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103114244A (zh) | 马氏体不锈钢冶炼工艺 | |
RU2634828C1 (ru) | Способ производства литейных жаропрочных наноструктурированных коррозионно-стойких сплавов на никелевой основе | |
US2304353A (en) | Heat resistant alloy | |
CN109988927B (zh) | 一种高温高压条件下具有优异持久性能合金的制造方法 | |
RU2469117C1 (ru) | Способ выплавки безуглеродистой жаропрочной стали | |
CN115305404B (zh) | 一种含镧钴基高温合金真空感应熔炼工艺 | |
RU2563403C1 (ru) | Способ производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на основе никеля | |
KR101853769B1 (ko) | 합금강 제조방법 | |
RU2447172C1 (ru) | Жаропрочный сплав | |
US10844450B2 (en) | Black heart malleable cast iron and manufacturing method thereof | |
RU2344186C2 (ru) | Способ производства литейных жаропрочных сплавов на основе никеля (варианты) | |
RU2353688C1 (ru) | Способ выплавки безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе | |
CN108823503B (zh) | 一种含稀土钇的奥氏体耐热钢及其制备方法 | |
RU2682266C1 (ru) | Способ производства жаропрочных сплавов на основе никеля (варианты) | |
CN105441784A (zh) | 一种超高铬合金耐磨铸铁导板材料及其制备方法 | |
RU2639190C2 (ru) | Способ производства высокопрочной мартенситностареющей стали | |
RU2243281C1 (ru) | Литейный сплав на основе железа | |
RU2310004C2 (ru) | Способ производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе | |
RU2385948C2 (ru) | Способ получения нержавеющей аустенитной стали | |
JPH0472039A (ja) | 高純度耐熱鋼 | |
RU2130088C1 (ru) | Жаропрочный сплав на основе никеля | |
JPS609848A (ja) | 高温燃焼炉の構造部材用Co基耐熱合金 | |
RU2630101C1 (ru) | Способ выплавки высокохромистых сталей и сплавов в открытых индукционных печах | |
SU582301A1 (ru) | Способ модифицировани и раскислени азотосодержащих сталей и сплавов | |
RU2557438C1 (ru) | Жаропрочный сплав на основе хрома и способ выплавки сплава на основе хрома |