RU2706922C1 - Модификатор для жаропрочных никельхромовых сплавов - Google Patents
Модификатор для жаропрочных никельхромовых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2706922C1 RU2706922C1 RU2019106430A RU2019106430A RU2706922C1 RU 2706922 C1 RU2706922 C1 RU 2706922C1 RU 2019106430 A RU2019106430 A RU 2019106430A RU 2019106430 A RU2019106430 A RU 2019106430A RU 2706922 C1 RU2706922 C1 RU 2706922C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- powder
- nickel
- titanium
- particle size
- molybdenum
- Prior art date
Links
Classifications
-
- 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
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C35/00—Master alloys for iron or steel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, а именно к модифицированию жаропрочных сплавов на основе тугоплавких элементов никеля, хрома, молибдена, кобальта, вольфрама ультрадисперсными порошковыми комплексами тугоплавких соединений. Модификатор содержит, мас.%: ультрадисперсный порошок карбонитрида титана 2,0-7,0, порошок титана 15,0-20,0, порошок никеля 10,0-15,0, порошок хрома 5,0-6,0, порошок молибдена 5,0-6,0, порошок вольфрама 5,0-6,0, порошок кобальта 5,0-6,0, порошок алюминия 12,0-15,0, порошок магния 8,0-12,0, порошок марганца 4,0-5,0 и порошок железа 2,0-5,0. Размер частиц ультрадисперсного порошка карбонитрида титана составляет 0,01-0,10 мкм, размер частиц порошка титана составляет 0,10-0,50 мкм, а размер частиц порошков никеля, хрома, молибдена, вольфрама и кобальта составляет 50-100 мкм, а размер частиц алюминия, магния, марганца, железа не превышает 40-60 мкм. Изобретение обеспечивает получение сплава ЖС6-К с мелкозернистой равномерной структурой и стабильными высокими физико-механическими свойствами. 1 табл.
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно, к модифицированию жаропрочных сплавов на основе тугоплавких элементов никеля, хрома, молибдена, кобальта, вольфрама типа: ЭП-202, ЖС3-ДК, ЖС6-К ультрадисперсными порошковыми комплексами (УДПК) тугоплавких соединений.
Повышение эффективности и надежности работы изделий, применяемых в космонавтике, автомобилестроении, двигателестроении газотурбинных двигателей, авиации турбореактивных двигателей, теплоэнергетике, в нефтехимической промышленности, в газовом хозяйстве во многом определяется достигнутым уровнем служебных характеристик литых изделий запорной арматуры: фитингов, ретурбентов, фланцев, переходов, заглушек, тройников, трубных заготовок, реторт; а также лопаток, роторов, дисков для газотурбинных двигателей из никельхромовых жаропрочных сплавов.
Прогресс в этой области связан с использованием технологических приемов физического и химического воздействия на жидкий металл в процессе плавки, разливки, сварки. Достижение высокого уровня физико-механических свойств металла и производства годных изделий высокого качества требует решения комплекса задач практического и теоретического плана, связанного с выплавкой и формированием требуемой структуры отливок.
Существенные резервы управления структурой и служебными свойствами отливок открывает использование методов энергетического воздействия на жидкий металл, среди которых важное место занимают модифицирование ультрадисперсными порошками (УДП) и высокотемпературная обработка расплавов (ВТОР).
Из уровня техники известен модификатор для никелевых сплавов, содержащий 0,5-+1,5 мас. % азота, 1,7-6,18 мас. % титана, 30-50 мас. % хрома, 0,1-1,0 мас. % бора, остальное никель. Модификатор способствует измельчению структуры и упрочнению сплава частицами нитрида титана (а.с. СССР 384918, Институт проблем литья Украинской ССР, 01.01.1973).
В качестве наиболее близкого аналога выбран модификатор для улучшения свойств отливок из жаропрочных никельхромовых сплавов, содержащий 20-25 мас. % молибдена, 60-70 мас. % хрома, никель - остальное (патент РФ 2337167 С2, 27.10.2008).
Недостатком известных модификаторов является то, что модифицирование тугоплавкими металлами и частицами тугоплавких соединений, сформированных в виде лигатуры или вводимых в виде порошка с размером частиц больше микрометра не обеспечивает равномерного распределения их по объему расплава.
Основным недостатком известных методов суспензионного модифицирования является неоднородность суспензии, обусловленная неравномерным распределением частиц в объеме расплава, возможностью седиментации по плотности и низкой устойчивостью от коагуляции и растворения.
Достижения теории и практики активного воздействия на расплав при раскислении, микролегировании и модифицировании позволяют утверждать, что устранение этого недостатка обеспечит значительный эффект в направленном воздействии на структуру металла и повышения физико-механических свойств отливок.
Задача, решаемая в результате реализации заявленного изобретения, заключается в выборе оптимального химико-физического состава модификатора, обеспечивающего эффективное воздействие на микро- и макроструктуру.
Техническим результатом изобретения является получение сплава с мелким зерном, равномерно распределенным по объему, и обеспечение высоких стабильных физико-механических свойств.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в известный модификатор, содержащий молибден, хром и никель, дополнительно вводят ультрадисперсный порошок карбонитрида титана, порошки титана, вольфрама, кобальта, алюминия, магния, железа и марганца при следующем соотношении компонентов, мас. %:
карбонитрид титана | 2,0-7,0 |
титан | 15,0-20,0 |
хром | 5,0-6,0 |
молибден | 5,0-6,0 |
вольфрам | 5,0-6,0 |
кобальт | 5,0-6,0 |
алюминий | 12,0-15,0 |
магний | 8,0-12,0 |
никель | 10,0-15,0 |
марганец | 4,0-5,0 |
железо | 2,0-5,0 |
при этом размер частиц ультрадисперсного порошка карбонитрида титана составляет 0,01-0,10 мкм, размер частиц порошка титана составляет 0,10-0,50 мкм, а размер частиц порошков никеля, хрома, молибдена, вольфрама и кобальта составляет 50-100 мкм, а размер частиц алюминия, магния, марганца не превышает 40-60 мкм.
Содержание титана превышает содержание карбонитрида титана приблизительно в 4-10 раз, поскольку это необходимо для созданий на частицах карбонитрида титана, устойчивого, равномерного по своей толщине всей поверхности частицы, плакирующего слоя титана. При этом при содержании титана меньше 10,0 мас. % не обеспечивается полное плакирование зерен карбонитрида титана, а при содержании титана более 20,0 мас. % снижается температура продуктов экзотермической реакции с никелем.
Содержание алюминия от 12, до 15,0 мас. %, магния от 8,0 до 12,0 мас. %, марганца от 4,0 до 5,0 мас. %, железа от 2,0 до 5,0 мас. %выбрано, для обеспечения прохождения устойчивых СВС процессов, в результате чего частицы модификатора под воздействием тепловой энергии металлотермической реакции, выделяемой при сгорании алюминия, магния, марганца, железа внутри брикета, будут «разрывать» брикет изнутри и разносить по всему объему жидкого металла, находящегося в плавильной емкости, частицы карбонитрида титана с плакируемым слоем титана, служащие зародышами кристаллизации при остывании и кристаллизации отливки.
При содержании алюминия ниже 12,0 мас. %, магния ниже 8,0 мас. %, железа ниже 2,0 мас. %, марганца ниже 4,0 мас. %, в модификаторе не будет создаваться достаточное усилие для разлета частиц по объему расплава, при содержании алюминия, превышающем 15,0 мас. %, магния превышающем 12,0 мас. %, железа превышающем 5,0 мас. %, марганца превышающем 5,0 мас. %, происходит перенасыщение расплава алюминием, магнием, марганцем, железом, что отрицательно сказывается на химическом составе, и как следствие физико-механических свойствах сплава и служебных характеристиках готового изделия.
При содержании хрома, молибдена, вольфрама, кобальта ниже минимальных значений увеличивается размер зерна никеля, в случае содержаний указанных компонентов выше максимальных значений прерывается распространение экзотермической реакции по брикету модификатора и не обеспечивается заданный химический состав сплава.
Содержание никеля выбрано из условия образования модификатором матрицы на основе МеС с содержанием никеля от 10,0-15,0%.
Размер частиц карбонитрида титана ниже 0,05 мкм способствует агрегированию частиц, увеличению времени роста модифицированной фазы и снижает однородность распределения центров кристаллизации, выше 0,50 мкм - снижает однородность модифицированного металла.
Размер частиц титана 0,1-0,50 мкм обусловлен тем, что при размере частиц ниже 0,1 мкм происходит агрегирование частиц, а при размере частиц выше 0,50 мкм наблюдается неоднородное плакирование титаном частиц карбонитрида титана.
Размер частиц хрома, молибдена, вольфрама, кобальта ниже 50,0 мкм приводит к агрегированию частиц, а выше 100,0 мкм прерывается распространение экзотермической реакции по брикету модификатора.
Размер частиц марганца и никеля не оказывает непосредственного влияния на технический результат и может составлять не более 80,0-100,0 мкм.
Введение модификатора в широком диапазоне температурно-временных параметров плавки влияет на характер выделений карбидных включений в металле, среди которых наиболее распространенным является карбид МеС, имеющий в никелевых сплавах скелетообразную или строчечную морфологию.
Применение технологии комплексного модифицирования приводит к уменьшению размеров и изменению дендритной ячейки, что вызвано увеличением темпа кристаллизации модифицированного сплава на первом этапе кристаллизации.
Кроме того, изменяется морфология и топография карбидной фазы - от выделений типа пленок, выстроенных в цепочку и имеющих форму вида «китайский иероглиф», образующих каркас по границам зерен, до компактных округлой формы включений. Кроме того, после модифицирования значительно снижается дендритная ликвация, а элементы перераспределяются более равномерно, обеспечивая выравнивание состава между осями дендритов и межосными участками.
Возможность достижения указанного технического результата подтверждается следующим примером.
Пример.
Порошки компонентов модификатора с заданными размерами частиц смешивают в следующем соотношении, мас. %: 5,0 карбонитрида титана, 15,0 титана, 5,0 хрома, 5,0 молибдена, 5,0 вольфрама, 5,0 кобальта, 12,0 никеля, 10,0 алюминия, 12,0 магния, 5,0 железа,5,0 марганца.
Из полученной смеси формируют брикет путем прессования при 30,0-40,0 МПа и спекания при температуре 800-850°C в вакууме в течение 20-25 мин.
Жаропрочный никельхромовый сплав ЖС6-К следующего химического состава, с соотношении, мас. %: Ni - основа; 0,18 углерода, 10,52 хрома, 5,54 алюминия, 4,25 титана, 4,16 молибдена, 5,32 вольфрама, 5,21 кобальта, 0,010 серы, 0,012 фосфора, 1,84 железа, 0,35 кремния, 0,38 марганца, 0,032 циркония, 0,022 цезия, 0,018 бора, полученный с использованием такого модификатора, имеет однородную дендритную структуру с размером макрозерна 0,32-2,35 мм и содержащую глобулярные карбиды с размером 0,8-4,3 мкм.
Таким образом, использование модификатора, содержащего плакированные титаном ультрадисперсные частицы карбонитрида титана, позволяет эффективно и целенаправленно воздействовать на микро- и макроструктуру никелевого сплава и получать мелкое равноосное зерно по всему объему отливки, обеспечивающее с высокие физико-механические свойства отливки.
Claims (3)
- Модификатор для никельхромового сплава ЖС6-К, содержащий ультрадисперсный порошок карбонитрида титана, порошки титана, вольфрама, алюминия, магния, марганца, молибдена, хрома, никеля и железа, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%:
-
карбонитрид титана 2,0-7,0 титан 15,0-20,0 хром 5,0-6,0 молибден 5,0-6,0 вольфрам 5,0-6,0 кобальт 5,0-6,0 алюминий 12,0-15,0 магний 8,0-12,0 никель 10,0-15,0 марганец 4,0-5,0 железо 2,0-5,0, - при этом размер частиц ультрадисперсного порошка карбонитрида титана составляет 0,01-0,10 мкм, размер частиц порошка титана составляет 0,10-0,50 мкм, размер частиц порошков никеля, хрома, молибдена, вольфрама и кобальта составляет 50-100 мкм, а размер частиц алюминия, магния, марганца не превышает 40-60 мкм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019106430A RU2706922C1 (ru) | 2019-03-06 | 2019-03-06 | Модификатор для жаропрочных никельхромовых сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019106430A RU2706922C1 (ru) | 2019-03-06 | 2019-03-06 | Модификатор для жаропрочных никельхромовых сплавов |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2706922C1 true RU2706922C1 (ru) | 2019-11-21 |
Family
ID=68653014
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019106430A RU2706922C1 (ru) | 2019-03-06 | 2019-03-06 | Модификатор для жаропрочных никельхромовых сплавов |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2706922C1 (ru) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3030206A (en) * | 1959-02-17 | 1962-04-17 | Gen Motors Corp | High temperature chromiummolybdenum alloy |
CH602330A5 (ru) * | 1976-08-26 | 1978-07-31 | Bbc Brown Boveri & Cie | |
RU2447175C1 (ru) * | 2010-11-26 | 2012-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный вечерний металлургический институт | Модификатор для никелевых сплавов |
RU2631545C1 (ru) * | 2016-04-20 | 2017-09-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Модификатор для жаропрочных никелевых сплавов |
-
2019
- 2019-03-06 RU RU2019106430A patent/RU2706922C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3030206A (en) * | 1959-02-17 | 1962-04-17 | Gen Motors Corp | High temperature chromiummolybdenum alloy |
CH602330A5 (ru) * | 1976-08-26 | 1978-07-31 | Bbc Brown Boveri & Cie | |
RU2447175C1 (ru) * | 2010-11-26 | 2012-04-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный вечерний металлургический институт | Модификатор для никелевых сплавов |
RU2631545C1 (ru) * | 2016-04-20 | 2017-09-25 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Модификатор для жаропрочных никелевых сплавов |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Tao et al. | The crystal growth, intercellular spacing and microsegregation of selective laser melted Inconel 718 superalloy | |
US8147749B2 (en) | Superalloy compositions, articles, and methods of manufacture | |
JP6499546B2 (ja) | 積層造形用Ni基超合金粉末 | |
WO2021254480A1 (zh) | 镍基高温合金及其制造方法、部件和应用 | |
CN106119608B (zh) | 制品和形成制品的方法 | |
Yang et al. | Effects of heat treatments on the microstructure and mechanical properties of Rene 80 | |
JPS6362584B2 (ru) | ||
El-Bagoury et al. | Microstructure of an experimental Ni base superalloy under various casting conditions | |
TW202140810A (zh) | 鈷合金製造物 | |
JP2011012345A (ja) | ニッケル基超合金及び該ニッケル基超合金から形成された部品 | |
TWI557233B (zh) | NiIr基底之耐熱合金及其製造方法 | |
EP0150917A2 (en) | Single crystal nickel-base alloy | |
JP2020143379A (ja) | コバルト基合金材料 | |
Hlushkova et al. | Study of nanomodification of nickel alloy GS3 with titanium carbide | |
Xiao et al. | Microstructure and mechanical properties of nickel-based superalloy GH4037 parts formed by thixoforming | |
RU2706922C1 (ru) | Модификатор для жаропрочных никельхромовых сплавов | |
RU2631545C1 (ru) | Модификатор для жаропрочных никелевых сплавов | |
CN115074580B (zh) | Ni2Al3-TiC高温合金细化剂及制备方法和应用 | |
Reddy et al. | Numerical simulation of directionally solidified CM247LC high pressure turbine blade | |
RU2447175C1 (ru) | Модификатор для никелевых сплавов | |
Jie et al. | Effects of grain refinement on cast structure and tensile properties of superalloy K4169 at high pouring temperature | |
RU2762442C1 (ru) | Способ модифицирования жаропрочных никельхромовых сплавов | |
TWI540211B (zh) | 高應力等軸晶鎳基合金 | |
Salwan et al. | Analysis on the Suitability of Powder Metallurgy Technique for Making Nickel Based Superalloys | |
Tomaszewska | Primary microstructure characterization of Co-20Ni-9Al-7W-3Re-2Ti superalloy |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20210307 |