RU2816973C1 - Способ изготовления жаропрочного никелевого сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава ЖС6У в осветительном керосине - Google Patents

Способ изготовления жаропрочного никелевого сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава ЖС6У в осветительном керосине Download PDF

Info

Publication number
RU2816973C1
RU2816973C1 RU2023103776A RU2023103776A RU2816973C1 RU 2816973 C1 RU2816973 C1 RU 2816973C1 RU 2023103776 A RU2023103776 A RU 2023103776A RU 2023103776 A RU2023103776 A RU 2023103776A RU 2816973 C1 RU2816973 C1 RU 2816973C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
alloy
resistant nickel
heat
powder
wastes
Prior art date
Application number
RU2023103776A
Other languages
English (en)
Inventor
Евгений Викторович Агеев
Вадим Олегович Поданов
Анна Евгеньевна Агеева
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗ ГУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2816973C1 publication Critical patent/RU2816973C1/ru

Links

Abstract

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к получению жаропрочных сплавов на никелевой основе с применением некондиционных отходов. Может использоваться для изготовления деталей газотурбинных двигателей с высокими механическими характеристиками. Для получения жаропрочного никелевого сплава используют порошок, полученный электроэрозионным диспергированием отходов сплава ЖС6У в осветительном керосине. Сплав получают путем искрового плазменного спекания при температуре 1300°С, давлении 40 МПа и времени выдержки 10 мин. Обеспечивается повышение механических свойств. 8 ил., 3 пр.

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии жаропрочных сплавов на никелевой основе с применением некондиционных отходов и может быть использовано при изготовлении деталей газотурбинных двигателей с высокими механическими характеристиками. Целью изобретения является улучшение механических свойств изделий.
Известен способ получения жаропрочных сплавов на никелевой основе [Патент на изобретение РФ №2470081, МПК С22С 11/02,С22В 9/02 опубл.20.12.2022 , Бюл. №35], согласно которому осуществляется подготовка шихтовых материалов, содержащих отходы жаропрочных никелевых сплавов, и их последующий переплав в вакууме. В качестве отходов жаропрочных никелевых сплавов используют возврат литейного производства и стружку, полученную при резке прутков жаропрочных никелевых сплавов, в количестве 3…10% от массы шихтовых материалов. Стружку предварительно промывают в проточной водопроводной воде до остаточного содержания масел на поверхности стружки в количестве 3…5%, обезжиривают в ультразвуковой ванне с водным раствором технического моющего средства, промывают в ультразвуковой ванне с использованием проточной водопроводной воды, а затем осуществляют промывку в непроточной дистиллированной воде. Далее проводят конвекционную сушку в сетчатых вращающихся барабанах и магнитную сепарацию стружки.
Недостаток данного способа низкое качества сплава из-за введения в состав шихтовых материалов очищенной от технических примесей стружки.
Наиболее близким к предлагаемому способу является [Патент на изобретение РФ №1593042 МПК B22F 3/10 Опубл.13.01.1994 г.] способ получения заготовок из порошков жаропрочных никелевых сплавов, включающий засыпку порошка в форму, нагрев в вакууме до температуры спекания, причем нагрев от 1100°C до температуры спекания проводят со скоростью 5…9 град/мин, спекание с выдержкой при температуре, находящейся между температурами солидус и ликвидус и охлаждение, перед засыпкой порошок обрабатывают аммонийными солями комплексонов, выбранных из группы триаммонийная соль диэтилентриаминпентауксусная кислота, триаммонийная соль этилендиаминтетрауксусная кислота, с концентрацией 0,4…0,6 моль/л при температуре 65…85°C в течение 20…40 мин, нагрев в интервале температур 20…300°C проводят со скоростью 2…4 град/мин, в интервале температур 300…1100°C со скоростью 16…20 град/мин, а выдержку при температуре спекания проводят в течение 0,5…1 ч.
Недостатком известного способа является относительно низкое качество сплава вследствие относительно высокой конечной пористости и невысокие в связи с этим физико-механические свойства сплава при высокойстоимости применяемых порошковых материалов.
Технической задачей изобретения является получение жаропрочного никелевого сплава с улучшенными физико-механическими свойствами и низкой себестоимостью.
Поставленная задача решается тем, что упомянутый сплав получаются в результате искрового плазменного спекания никелевых порошков, получаемых электроэрозионным диспергированием отходов сплава ЖС6У в осветительном керосине.
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 жаропрочного никелевого сплава из порошка, полученного электроэрозионным диспергированием сплава ЖС6У в осветительном керосине, позволит обеспечить высокую работоспособность изделий за счет однородности поверхности, благоприятной структуры и низкой пористости изделия.
На фигуре 1 представлена схема процесса ЭЭД, на фигуре 2 представлена блок-схема этапов искрового плазменного спекания жаропрочных никелевых порошков, на фигуре 3 показаны режимы искрового плазменного спекания, на фигуре 4 - микроструктура спеченного изделия, на фигуре 5 - спектрограмма элементного состава спеченного изделия, на фигуре 6 - дифрактограмма спеченного образца, на фигуре 7 - гистограмма распределения пор по размеру, на фигуре 8 - микротвердость спеченных образцов.
Никелевый порошок получали в следующей последовательности.
На первом этапе производили сортировку отходов жаропрочного никелевого сплава, их промывку, сушку, обезжиривание и взвешивание. Реактор заполняли рабочей средой - осветительным керосином, отходы загружали в реактор.
На втором этапе - этапе электроэрозионного диспергирования включали установку. Процесс ЭЭД представлен на фигуре 1. В начале осуществлялась сборка электродов 5 и 6 из диспергируемых отходов сплава 8. Далее в реактор 3 загружались гранулы диспергируемого сплава ЖС6У 8 и заливалась рабочая жидкость - керосин 10. На пульте управления генератора импульсов 2 устанавливались требуемые для электродиспергирования металлоотходов параметры: емкость разрядных конденсаторов и частота следования импульсов. Затем при помощи регулятора напряжения 1 устанавливалось такое напряжение, при котором происходил электрический пробой рабочей жидкости 10, находящийся в межэлектродном пространстве. При образовании канала разряда куски твердого сплава в точке разряда плавились и испарялись. Рабочая жидкость 10 в канале электрического разряда также кипела и испарялась, образуя газовый пузырь 9. Капли расплавленного и испаряющегося твердого сплава попадали в жидкую рабочую среду с образованием сферических и эллиптических частиц 7, а также агломератов. Встряхиватель 4 перемещал один из электродов и обеспечивал непрерывное протекание процесса электродиспергирования. На третьем этапе проводится выгрузка рабочей жидкости с никелевым порошком из реактора. На четвертом этапе происходит выпаривание раствора, его сушка, взвешивание, фасовка, упаковка.
Затем полученный порошок подвергали искровому плазменному спеканию в системе SPS 25-10 «Thermal Technology» (США). В качестве температуры компактирования полученных порошков были выбраны значения температуры 1250…1350°С. Образец в виде порошка помещали в графитовую пресс-форму, предварительно футерованную графитовой бумагой, затем пресс-форму устанавливали в установку для искрового плазменного спекания и откачивали вакуум до уровня 2,0*10-3 Торр. Нагревали заготовку до 200°C со скоростью 100°/мин, при 200°C выдерживали образец 2 минуты для дегазации. Затем образец спрессовывали при давлении 30…50 МПа с одновременным нагревом до температуры 1250…1350 °C со скоростью 100°/мин и выдерживали при данной температуре и давлении в течении 8…12 мин. Далее охлаждали до комнатной температуры со скоростью 30°/мин. После полного остывания снимали нагрузку с образца и извлекали его из пресс-формы.
При этом достигается следующий технический результат: спеченный жаропрочный никелевый сплав с улучшенными физико-механическими свойствами без существенного увеличения затрат на их изготовление.
Пример 1.
Для получения никелевого порошка использовали отходы жаропрочного сплава марки ЖС6У, которые измельчали методом электроэрозионного диспергирования в осветительном керосине на установке (Пат. 2449859 Российская Федерация, МПК C22F 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 диспергировании отходов ЖС6У использовали следующие параметры установки: напряжение на электродах от 130…150 В; ёмкость конденсаторов 55…60 мкФ; частота следования импульсов 260…300 Гц. В результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами произошло разрушение отходов сплава с образованием частиц жаропрочного никелевого порошка.
Спекание никелевого порошка осуществляли в системе SPS 25-10 «Thermal Technology» (США) при температуре Т = 1250 °С, давлении Р = 35 МПа и времени выдержки t = 8 мин.
При данных режимах твердосплавный порошок не спекся.
Пример 2.
Для получения никелевого порошка использовали отходы жаропрочного сплава марки ЖС6У, которые измельчали методом электроэрозионного диспергирования в дистиллированной воде на установке (Пат. 2449859 Российская Федерация, МПК C22F 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 диспергировании отходов ЖС6У использовали следующие параметры установки: напряжение на электродах от 130…150 В; ёмкость конденсаторов 55…60 мкФ; частота следования импульсов 260…300 Гц. В результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами произошло разрушение отходов сплава с образованием частиц жаропрочного никелевого порошка.
Спекание никелевого порошка осуществляли в системе SPS 25-10 «Thermal Technology» (США) при температуре Т = 1300 °С, давлении Р = 40 МПа и времени выдержки t = 10 мин.
Полученный жаропрочный сплав исследовали различными методами.
Микроструктуру сплавов исследовали на электронно-ионном сканирующем (растровом) микроскопе с полевой эмиссией электронов «QUANTA 600 FEG» (Нидерланды). Анализ микроструктуры сплава, показал, что он имеет 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 сплава состоит из следующих равномерно распределенных по объему элементов: С, Al, W, Cr, Fe, Mo, Ni, Nb, Co и Ti.
Фазовый анализ сплава выполняли на рентгеновском дифрактометре «Rigaku Ultima IV» (Япония). Анализ дифрактограмм фазового состава исследуемых сплавов показал наличие в них следующих фаз: Ni, Ni17W3, C5NbTi2 и Al0,9Ni4,22.
Пористость сплава определяли с помощью оптического инвертированного микроскопа Olympus GX51 с программным обеспечением для количественного анализа изображения. В результате исследования пористости спеченных образцов металлографическим методом было установлено, что ее величина составляет порядка 0,18%. Низкое значения пористости полученных образцов связано с эффектом плазмы искрового разряда при спекании.
Микротвердость сплава по поверхности определяли с помощью автоматической системы анализа микротвердости AFFRI DM-8 по методу микро-Виккерса при нагрузке на индентор 200 г по десяти отпечаткам со свободным выбором места укола в соответствии с ГОСТом 9450-76 (Измерение микротвердости вдавливанием алмазных наконечников). Время нагружения индентора составило 10 с. Экспериментально установлено, что микротвердость спеченных образцов, полученных методом искрового плазменного спекания из диспергированных электроэрозией частиц сплава ЖС6У, составляет 460 HV0,2.
Проведенные исследования показали, что искровым плазменным спеканием никелевых порошков, получаемых электроэрозионным диспергированием отходов сплава ЖС6У в осветительном керосине, имеется возможность получения жаропрочного сплава с равномерным распределением легирующих элементов.
Пример 3.
Для получения никелевого порошка использовали отходы твердого сплава марки ЖС6У, которые измельчали методом электроэрозионного диспергирования в дистиллированной воде на установке (Пат. 2449859 Российская Федерация, МПК C22F 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 диспергировании отходов ЖС6У использовали следующие параметры установки: напряжение на электродах от 130…150 В; ёмкость конденсаторов 55…60 мкФ; частота следования импульсов 260…300 Гц. В результате локального воздействия кратковременных электрических разрядов между электродами произошло разрушение отходов сплава с образованием частиц жаропрочного никелевого порошка.
Спекание никелевого порошка осуществляли в системе SPS 25-10 «Thermal Technology» (США) при температуре Т = 1350 °С, давлении Р = 45 МПа и времени выдержки t = 12 мин.
При данных режимах имелись раковины и поры на поверхности твердосплавной заготовки.

Claims (1)

  1. Способ изготовления жаропрочного никелевого сплава из отходов сплава ЖС6У, включающий подготовку порошка никелевого сплава и спекание, отличающийся тем, что упомянутый порошок получают путем электроэрозионного диспергирования отходов сплава ЖС6У в осветительном керосине, после чего осуществляют искровое плазменное спекание при температуре 1300°С, давлении 40 МПа и времени выдержки 10 мин.
RU2023103776A 2023-02-20 Способ изготовления жаропрочного никелевого сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава ЖС6У в осветительном керосине RU2816973C1 (ru)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2816973C1 true RU2816973C1 (ru) 2024-04-08

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN105397085B (zh) * 2015-10-16 2017-09-12 中南大学 一种放电等离子烧结制备镍基粉末高温合金的方法
WO2017188088A1 (ja) * 2016-04-28 2017-11-02 住友電気工業株式会社 合金粉末、焼結体、合金粉末の製造方法および焼結体の製造方法
RU2651846C1 (ru) * 2017-07-10 2018-04-24 Сергей Геннадьевич Аникеев Способ получения пористого сплава на основе никелида титана
RU2772880C1 (ru) * 2021-12-10 2022-05-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) (RU) Способ получения никельхромового сплава Х20Н80, спеченного из электроэрозионных порошков, полученных в керосине

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN105397085B (zh) * 2015-10-16 2017-09-12 中南大学 一种放电等离子烧结制备镍基粉末高温合金的方法
WO2017188088A1 (ja) * 2016-04-28 2017-11-02 住友電気工業株式会社 合金粉末、焼結体、合金粉末の製造方法および焼結体の製造方法
RU2651846C1 (ru) * 2017-07-10 2018-04-24 Сергей Геннадьевич Аникеев Способ получения пористого сплава на основе никелида титана
RU2772880C1 (ru) * 2021-12-10 2022-05-26 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) (RU) Способ получения никельхромового сплава Х20Н80, спеченного из электроэрозионных порошков, полученных в керосине
RU2784145C1 (ru) * 2022-09-05 2022-11-23 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" (ЮЗГУ) Способ получения жаропрочного никелевого порошка из отходов сплава ЖС6У в керосине осветительном

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Raza et al. Microstructure of selective laser melted alloy 718 in as-manufactured and post heat treated condition
Yang et al. Status and development of powder metallurgy nickel-based disk superalloys
RU2680536C1 (ru) Способ получения спеченного изделия из порошка кобальтохромового сплава
Ageeva et al. X-ray spectral analysis of sintered products made of electroerosive materials obtained from X17 alloy waste in lighting kerosene
RU2816973C1 (ru) Способ изготовления жаропрочного никелевого сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава ЖС6У в осветительном керосине
RU2807399C1 (ru) Способ изготовления жаропрочного никелевого сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава ЖС6У в дистиллированной воде
RU2590045C2 (ru) Способ получения металлического нанопорошка из отходов быстрорежущей стали в керосине
RU2772880C1 (ru) Способ получения никельхромового сплава Х20Н80, спеченного из электроэрозионных порошков, полученных в керосине
RU2779731C1 (ru) Способ получения заготовок никельхромового сплава Х20Н80
Yao et al. Effects of the TiC nanoparticle on microstructures and tensile properties of selective laser melted IN718/TiC nanocomposites
Ageev et al. A Study of the structure and properties of hardened additive articles obtained from electroerosion cobalt-chromium powder
RU2802692C1 (ru) Способ получения вольфрамо-титано-кобальтового твердого сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава Т5К10 в воде
RU2802693C1 (ru) Способ получения вольфрамо-титано-кобальтового твердого сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава Т5К10 в керосине
Grashkov et al. Investigation of the sinterability of cobalt-chromium powders used for the restoration of agricultural machinery parts
RU2820095C2 (ru) Способ получения свинцово-сурьмянистого сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава ССу-3 в керосине
RU2681238C1 (ru) Способ получения спеченных изделий из электроэрозионных вольфрамосодержащих нанокомпозиционных порошков
Ageev et al. Composition, Structure and Properties of Hard Alloy Products from Electroerosive Powders Obtained from T5K10 Hard Alloy Waste in Kerosene
Ageev et al. Additive Products from Electroerosion of Cobalt-Chromium Powder
Yurchenko et al. Obtaining of nanowires in conditions of electrodischarge treatment with an Al-Sn alloy
RU2795311C1 (ru) Способ получения свинцово-сурьмянистого сплава из порошков, полученных электроэрозионным диспергированием отходов сплава ССу-3 в воде
RU2810417C1 (ru) Способ получения сплава из порошка свинцовой латуни ЛС58-3
RU2791308C1 (ru) Способ получения металлического порошка из отходов инструментальной стали в воде
RU2747197C1 (ru) Способ получения безвольфрамовых твердосплавных порошков из отходов сплава марки КНТ-16 в спирте этиловом
RU2812059C1 (ru) Способ получения спеченных изделий из электроэрозионных порошков на основе алюминиевого сплава АД0Е
RU2631549C1 (ru) Способ получения порошка титана методом электроэрозионного диспергирования