RU2772880C1 - Способ получения никельхромового сплава Х20Н80, спеченного из электроэрозионных порошков, полученных в керосине - Google Patents

Способ получения никельхромового сплава Х20Н80, спеченного из электроэрозионных порошков, полученных в керосине Download PDF

Info

Publication number
RU2772880C1
RU2772880C1 RU2021136453A RU2021136453A RU2772880C1 RU 2772880 C1 RU2772880 C1 RU 2772880C1 RU 2021136453 A RU2021136453 A RU 2021136453A RU 2021136453 A RU2021136453 A RU 2021136453A RU 2772880 C1 RU2772880 C1 RU 2772880C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
electroerosive
sintered
kerosene
alloys
Prior art date
Application number
RU2021136453A
Other languages
English (en)
Inventor
Евгений Викторович Агеев
Евгений Александрович Бобков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) (RU)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) (RU) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) (RU)
Application granted granted Critical
Publication of RU2772880C1 publication Critical patent/RU2772880C1/ru

Links

Images

Abstract

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности, к получению спеченных никельхромовых сплавов. Может использоваться для изготовления изделий общего машиностроительного назначения. Спеченный сплав изготавливают путем искрового плазменного сплавления шихты, полученной электроэрозионным диспергированием отходов сплава Х20Н80 в керосине осветительном, при температуре Т=1240°С, давлении Р=40 МПа и времени выдержки t=10 мин. Обеспечивается повышение физико-механических свойств. 3 пр., 6 ил.

Description

Изобретение относится к способам получения спеченных изделий никельхромовых сплавов, в которых используются порошки связующей фазы, и может быть использовано при изготовлении изделий общего машиностроительного назначения.
Известен стойкий к окислению жаропрочный сплав и способ его получения (Патент РФ №2760223, C22C 1/02 (2006.01), 2019)). Стойкий к окислению жаропрочный сплав содержит, мас.%: 2,5-6 Al, 24-30 Cr, 0,3-0,55 C, 30-50 Ni, 2-8 W, 0,01-0,2 Zr, 0,01-0,4 Hf, 0,01-0,2 Y, один из элементов 0,01-0,2 Ti или 0,01-0,2 V, остальное - Fe и неизбежные примеси, в том числе N <0,05, O <0,003%, S <0,003 и Si <0,5. Способ получения стойкого к окислению жаропрочного сплава включает следующие этапы: этап 1: размещение в тигле неактивных элементов никеля, хрома, железа и вольфрама и их плавление, добавление части графита для предварительного раскисления с получением расплавленного сплава; этап 2: нагрев расплавленного сплава , добавление оставшейся части графита при достижении температуры сплава не менее 1640°С для рафинирования; этап 3: добавление смеси La и Ce в количестве 0,05-0,25 мас.%; этап 4: добавление защитного шлака, содержащего CaO, на поверхность расплава сплава в количестве 3-5 % от количества расплавленного сплава; и этап 5: ввод инертного газа в канал, соединяющий тигель с промежуточным ковшом, размещение активных элементов алюминия, гафния, титана, циркония и иттрия в канале, нагрев сплава, полученного на этапах 1-4, до температуры 1650-1750°С, заливка его на размещенные в канале активные элементы и выпуск полученного сплава через канал в промежуточный ковш на разливку; этап 6: разливка расплавленного сплава со скоростью 60-100 кг/мин.
Недостатком известного способа является многооперационность процесса получения сплава, а также высокие затраты энергии на получение расплавов.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ изготовления изделий из порошка высоколегированного сплава на основе никеля, включающий получение порошка высоколегированного сплава на основе никеля, компактирование порошка в объемную заготовку, пластическое деформирование объемной заготовки в загерметизированной капсуле-контейнере и термическую обработку (Патент РФ №2504455, B22F 3/16 (2006.01), 2012).
Недостатками этих способов являются повышенные трудовые и материальные затраты, низкое качество материала порошковых изделий вследствие относительно высокой конечной пористости и невысокие в связи с этим физико-механические свойства.
В основу изобретения положена задача получить заготовки никелехромового сплава с улучшенными физико-механическими свойствами без существенного увеличения затрат на их изготовление.
Поставленная задача решается тем, что упомянутые заготовки получаются в результате искрового плазменного сплавления шихты, полученной электроэрозионным диспергированием отходов сплава Х20Н80 (ГОСТ 10994 - 74) в керосине осветительном, при температуре Т = 1240°С, давлении Р = 40 МПа и времени выдержки t = 10 мин.
Процесс электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) представляет собой разрушение токопроводящего материала в результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами.
Регулируя электрические параметры установки для электроэрозионного диспергирования (ЭЭД) можно получать за определенные промежутки времени нужное количество порошка заданных размеров и качества. Получаемые электроэрозионным способом порошковые материалы имеют в основном сферическую форму частиц.
Получение спеченных изделий искровым плазменным спеканием в условиях быстрого нагрева и малой продолжительности рабочего цикла способствует повышению физико-механических свойств по сравнению с промышленными сплавами, из которых были получены исходные частицы порошка, за счет подавления роста зерна и получения равновесного состояния с субмикронным и наномасштабным зерном. Использование метода искрового плазменного спекания для получения изделий из порошка, полученного электроэрозионным диспергированием сплава Х20Н80, позволит обеспечить высокую работоспособность деталей за счет однородности поверхности, благоприятной структуры и низкой пористости изделия.
На фиг. 1 представлена схема процесса ЭЭД, на фиг. 2 показаны методика и режимы искрового плазменного сплавления, на фиг. 3 - микроструктура спеченного изделия, на фиг. 4 - спектрограмма элементного состава спеченного изделия, на фиг. 5 - дифрактограмма спеченного образца, на фиг. 6 - сводная таблица свойств спеченного изделия в сравнении с промышленным сплавом.
Порошковый материал получали в следующей последовательности.
На первом этапе производили сортировку отходов, их промывку, сушку, обезжиривание и взвешивание. Реактор заполняли рабочей средой - керосином осветительным, отходы загружали в реактор. Монтировали электроды. Смонтированные электроды подключали к генератору. Устанавливали необходимые параметры процесса: частоту следования импульсов, напряжение на электродах, емкость конденсаторов.
На втором этапе - этапе электроэрозионного диспергирования включали установку. Процесс ЭЭД представлен на фиг. 1. Импульсное напряжение генератора 1 прикладывается к электродам 2 и далее к отходам 3 (в качестве электродов так же служили соответственно отходы Х20Н80) в реакторе 4. При достижении напряжения определённой величины происходит электрический пробой рабочей среды 5, находящийся в межэлектродном пространстве, с образованием канала разряда. Благодаря высокой концентрации тепловой энергии, материал в точке разряда плавится и испаряется, рабочая среда испаряется и окружает канал разряда газообразными продуктами распада (газовым пузырём 6). В результате развивающихся в канале разряда и газовом пузыре значительных динамических сил, капли расплавленного материала выбрасываются за пределы зоны разряда в рабочую среду, окружающую электроды, и застывают в ней, образуя каплеобразные частицы порошка 7. Регулятор напряжения 8 предназначен для установки необходимых значений напряжения, а встряхиватель 9 передвигает один электрод, что обеспечивает непрерывное протекание процесса ЭЭД.
На третьем этапе проводится выгрузка рабочей жидкости с порошком из реактора.
На четвертом этапе происходит выпаривание раствора, его сушка, взвешивание, фасовка, упаковка. Затем полученный порошок подвергали сплавлению.
Сплавление электроэрозионной шихты осуществляли в системе SPS 25-10 «Thermal Technology» (США) при температуре Т = 1240°С, давлении Р = 40.
При этом достигается следующий технический результат: получение заготовки никельхромового сплава с улучшенными физико-механическими свойствами без существенного увеличения затрат на их изготовление.
Пример 1
Для получения порошков из отходов сплава Х20Н80 методом электроэрозионного диспергирования в керосине осветительном использовали установку ЭЭД (Пат. 2449859 Российская Федерация, МПК С22F 9/14, С23Н 1/02, B82Y 40/00. Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов [Текст] / Агеев Е.В. и [др.]; заявитель и патентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т. - № 2010104316/02; заявл. 08.02.2010; опубл. 10.05.2012, Бюл. № 13). При получении порошка использовали следующие параметры установки: отходы Х20Н80 диспергировали при напряжении на электродах 200В, емкости разрядных конденсаторов 65,5 мкФ, частоте следования импульсов 100 Гц. В результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами произошло разрушение материала с образованием дисперсных частиц порошка.
Сплавление электроэрозионной шихты осуществляли в системе SPS 25-10 «Thermal Technology» (США) при температуре Т = 1240 °С, давлении Р = 40 МПа и времени выдержки t = 10 мин.
Полученное спеченное изделие исследовали различными методами.
Микроструктуру сплавов исследовали на электронно-ионном сканирующем (растровом) микроскопе с полевой эмиссией электронов «QUANTA 600 FEG» (Нидерланды). Анализ микроструктур сплавов, показал, что новые сплавы имеют мелкозернистое строение, без включений, равномерное распределение фаз и отсутствие значительных пор, трещин и несплошностей.
Рентгеноспектральный микроанализ сплавов проводили на энергодисперсионном анализаторе рентгеновского излучения фирмы «EDAX» (Нидерланды), встроенном в растровый электронный микроскоп «QUANTA 200 3D» (Нидерланды). На основе анализа спектрограмм элементного состава установлено, что на поверхности функциональных сплавов содержится углерод, а все остальные элементы Ni, Cr и Fe распределены относительно равномерно.
Фазовый анализ сплавов выполняли на рентгеновском дифрактометре «Rigaku Ultima IV» (Япония). Анализ дифрактограмм фазового состава исследуемых сплавов показал наличие в них карбидных фаз: Ni3С и Fe3С и фаз чистых металлов Ni, Cr и Fe.
Пористость и размер зерна в сплавах исследовали на оптическом инвертированном микроскопе «OLYMPUS GX51» (Япония), оснащенного системой автоматизированного анализа изображений «SIMAGIS Photolab». Экспериментально установлено, что новые никельхромовые сплавы, полученные искровым плазменным сплавлением электроэрозионной шихты, имеют размер зерна порядка 0,32 мкм. Мелкодисперсность функциональных сплавов объясняется высокой дисперсностью исходной электроэрозионной шихты и эффекта «подавления роста зерна» при искровом плазменном сплавлении за счет короткого времени рабочего цикла, высокого давления и равномерного распределения тепла по образцу при воздействии на него импульсного электрического тока и так называемого «эффекта плазмы искрового разряда».
Микротвердость сплавов и покрытий определяли с помощью прибора «Instron 402 MVD» (Великобритания). Отмечено, что полученные сплавы обладают более высокой микротвердостью по сравнению с аналогичными промышленными сплавами. Данный эффект достигается при искровом плазменном сплавлении диспергированных электроэрозией частиц практически беспористой структурой и наличием высокотвердых фазовых составляющих. Экспериментально установлено, что наличие карбидов в шихте, полученной в керосине, способствует повышению микротвердости сплавов.
Твердость сплавов определяли с помощью прибора «Instron 600 MRD» (Великобритания). Установлено, что новые никельхромовые сплавы имеют более высокую твердость по сравнению с аналогичными промышленными. Данный эффект достигается при искровом плазменном сплавлении электроэрозионной шихты с мелким размером зерна, высокой микротвердостью, практически беспористой и бездефектной структурой и фазовым составом. Экспериментально установлено, что наличие карбидов в шихте, полученной в керосине, способствует повышению твердости сплавов.
Предел прочности при сжатии и при изгибе образцов сплавов определяли помощью прибора «Instron 300 LX-B1-C3-J1C» (Великобритания). Экспериментально установлено, что новые никельхромовые сплавы, полученные искровым плазменным сплавлением электроэрозионной шихты, обладают более высоким пределом прочности по сравнению с промышленными металлами и сплавами. Повышению прочности новых сплавов способствует высокая дисперсность и сферическая форма частиц, а также относительно мелкий размер зерна и беспористая бездефектная структура.
Пример 2
Для получения порошков из отходов сплава Х20Н80 методом электроэрозионного диспергирования в керосине осветительном использовали установку ЭЭД (Пат. 2449859 Российская Федерация, МПК С22F 9/14, С23Н 1/02, B82Y 40/00. Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов [Текст] / Агеев Е.В. и [др.]; заявитель и па-тентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т. - № 2010104316/02; заявл. 08.02.2010; опубл. 10.05.2012, Бюл. № 13). При получении порошка использовали следующие параметры установки: отходы Х20Н80 диспергировали при напряжении на электродах 200В, емкости разрядных конденсаторов 65,5 мкФ, частоте следования импульсов 100 Гц. В результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами произошло разрушение материала с образованием дисперсных частиц порошка.
Сплавление электроэрозионной шихты осуществляли в системе SPS 25-10 «Thermal Technology» (США) при температуре Т = 1000°С, давлении Р = 20 МПа и времени выдержки t = 5 мин.
При данных режимах порошковый материал не спекся.
Пример 3
Для получения порошков из отходов сплава Х20Н80 методом электроэрозионного диспергирования в керосине осветительном использовали установку ЭЭД (Пат. 2449859 Российская Федерация, МПК С22F 9/14, С23Н 1/02, B82Y 40/00. Установка для получения нанодисперсных порошков из токопроводящих материалов [Текст] / Агеев Е.В. и [др.]; заявитель и па-тентообладатель Юго-Зап. гос. ун-т. - № 2010104316/02; заявл. 08.02.2010; опубл. 10.05.2012, Бюл. № 13). При получении порошка использовали следующие параметры установки: отходы Х20Н80 диспергировали при напряжении на электродах 200В, емкости разрядных конденсаторов 65,5 мкФ, частоте следования импульсов 100 Гц. В результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами произошло разрушение материала с образованием дисперсных частиц порошка.
Сплавление электроэрозионной шихты осуществляли в системе SPS 25-10 «Thermal Technology» (США) при температуре Т = 1200°С, давлении Р = 30 МПа и времени выдержки t = 5 мин.
При данных режимах имелись раковины и рыхлости на поверхности заготовки.

Claims (1)

  1. Способ получения никельхромового сплава Х20Н80, отличающийся тем, что сплав получают путем искрового плазменного сплавления шихты, полученной электроэрозионным диспергированием отходов сплава Х20Н80 в керосине осветительном, при температуре Т = 1240°С, давлении Р = 40 МПа и времени выдержки t = 10 мин.
RU2021136453A 2021-12-10 Способ получения никельхромового сплава Х20Н80, спеченного из электроэрозионных порошков, полученных в керосине RU2772880C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2772880C1 true RU2772880C1 (ru) 2022-05-26

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2795311C1 (ru) * 2022-10-31 2023-05-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Способ получения свинцово-сурьмянистого сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава ССу-3 в воде

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2096513C1 (ru) * 1991-04-10 1997-11-20 Сандвик Актиеболаг Способ получения спеченного изделия из твердого сплава
US8460485B2 (en) * 2008-09-05 2013-06-11 Tohoku University Method of forming fine grains of Co-Cr-Mo alloy with nitrogen addition and Co-Cr-Mo alloy with nitrogen addition
RU2680536C1 (ru) * 2018-02-12 2019-02-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Способ получения спеченного изделия из порошка кобальтохромового сплава
RU2747197C1 (ru) * 2019-11-22 2021-04-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Способ получения безвольфрамовых твердосплавных порошков из отходов сплава марки КНТ-16 в спирте этиловом

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2096513C1 (ru) * 1991-04-10 1997-11-20 Сандвик Актиеболаг Способ получения спеченного изделия из твердого сплава
US8460485B2 (en) * 2008-09-05 2013-06-11 Tohoku University Method of forming fine grains of Co-Cr-Mo alloy with nitrogen addition and Co-Cr-Mo alloy with nitrogen addition
RU2680536C1 (ru) * 2018-02-12 2019-02-22 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Способ получения спеченного изделия из порошка кобальтохромового сплава
RU2747197C1 (ru) * 2019-11-22 2021-04-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Способ получения безвольфрамовых твердосплавных порошков из отходов сплава марки КНТ-16 в спирте этиловом

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2795311C1 (ru) * 2022-10-31 2023-05-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Способ получения свинцово-сурьмянистого сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава ССу-3 в воде
RU2816973C1 (ru) * 2023-02-20 2024-04-08 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) Способ изготовления жаропрочного никелевого сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава ЖС6У в осветительном керосине

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ohriner Processing of iridium and iridium alloys
UA81254C2 (ru) Способ производства металлического изделия без какого-либо плавления
Ageev et al. Investigation of the elemental composition of the WNF-95 sintered powder alloy obtained by the electroerosive dispersion of waste in a carbon-containing liquid
JPWO2004011696A1 (ja) 放電表面処理用電極および放電表面処理方法並びに放電表面処理装置
US5098484A (en) Method for producing very fine microstructures in titanium aluminide alloy powder compacts
Ageeva et al. X-ray spectral analysis of sintered products made of electroerosive materials obtained from X17 alloy waste in lighting kerosene
RU2699479C1 (ru) Способ получения нихромовых порошков электроэрозионным диспергированием в воде дистиллированной
Sankar et al. Friction welding of electron beam melted γ-TiAl alloy Ti–48Al–2Cr–2Nb
RU2772880C1 (ru) Способ получения никельхромового сплава Х20Н80, спеченного из электроэрозионных порошков, полученных в керосине
EP2113577A1 (en) Method for fabricating a superalloy article without any melting
RU2779731C1 (ru) Способ получения заготовок никельхромового сплава Х20Н80
Madhusudhana Reddy et al. Effects of electron beam oscillation techniques on solidification behaviour and stress rupture properties of Inconel 718 welds
Ageev et al. Composition, Structure and Properties of Hard Alloy Products from Electroerosive Powders Obtained from T5K10 Hard Alloy Waste in Kerosene
JP4523547B2 (ja) 放電表面処理方法および放電表面処理装置
RU2816973C1 (ru) Способ изготовления жаропрочного никелевого сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава ЖС6У в осветительном керосине
RU2802693C1 (ru) Способ получения вольфрамо-титано-кобальтового твердого сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава Т5К10 в керосине
RU2807399C1 (ru) Способ изготовления жаропрочного никелевого сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава ЖС6У в дистиллированной воде
RU2810417C1 (ru) Способ получения сплава из порошка свинцовой латуни ЛС58-3
Yao et al. Effects of the TiC nanoparticle on microstructures and tensile properties of selective laser melted IN718/TiC nanocomposites
Shevtsova et al. Boron-modified Ni3Al intermetallic compound formed by spark plasma sintering of mechanically activated Ni and Al powders
Lenel et al. The State of the Science and Art of Powder Metallurgy
CN112828306A (zh) 一种减少沉淀强化镍基高温合金热裂的激光粉床熔融成形方法
RU2820095C2 (ru) Способ получения свинцово-сурьмянистого сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава ССу-3 в керосине
RU2750720C1 (ru) Способ получения спеченного изделия из порошковой коррозионной стали
RU2747197C1 (ru) Способ получения безвольфрамовых твердосплавных порошков из отходов сплава марки КНТ-16 в спирте этиловом