RU2706922C1 - Модификатор для жаропрочных никельхромовых сплавов - Google Patents

Модификатор для жаропрочных никельхромовых сплавов Download PDF

Info

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
Application number
RU2019106430A
Other languages
English (en)
Inventor
Сергей Николаевич Жеребцов
Александр Евгеньевич Чернышов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ)
Priority to RU2019106430A priority Critical patent/RU2706922C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2706922C1 publication Critical patent/RU2706922C1/ru

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C19/00Alloys based on nickel or cobalt
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C35/00Master 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.
Figure 00000001
Figure 00000002
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)

  1. 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.%:
  2. 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,
  3. 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.
RU2019106430A 2019-03-06 2019-03-06 Модификатор для жаропрочных никельхромовых сплавов RU2706922C1 (ru)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
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
CN115466882B (zh) 一种低偏析且减小枝晶间距的镍基高温合金制备工艺

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20210307