RU2819548C1 - Method of producing chromium-molybdenum-tungsten alloy in process combustion mode - Google Patents
Method of producing chromium-molybdenum-tungsten alloy in process combustion mode Download PDFInfo
- Publication number
- RU2819548C1 RU2819548C1 RU2023119936A RU2023119936A RU2819548C1 RU 2819548 C1 RU2819548 C1 RU 2819548C1 RU 2023119936 A RU2023119936 A RU 2023119936A RU 2023119936 A RU2023119936 A RU 2023119936A RU 2819548 C1 RU2819548 C1 RU 2819548C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- oxide
- molybdenum
- alloy
- chromium
- tungsten
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 229910001080 W alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 15
- OYSYRRRAJPTBHI-UHFFFAOYSA-N chromium molybdenum tungsten Chemical compound [Cr][W][Mo] OYSYRRRAJPTBHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 35
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 35
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 23
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000011541 reaction mixture Substances 0.000 claims abstract description 16
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 8
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L calcium difluoride Chemical compound [F-].[F-].[Ca+2] WUKWITHWXAAZEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 7
- QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N dichromium trioxide Chemical compound O=[Cr]O[Cr]=O QDOXWKRWXJOMAK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N molybdenum trioxide Chemical compound O=[Mo](=O)=O JKQOBWVOAYFWKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- OVHDZBAFUMEXCX-UHFFFAOYSA-N benzyl 4-methylbenzenesulfonate Chemical compound C1=CC(C)=CC=C1S(=O)(=O)OCC1=CC=CC=C1 OVHDZBAFUMEXCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 7
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten(VI) oxide Inorganic materials O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001182 Mo alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- VNTLIPZTSJSULJ-UHFFFAOYSA-N chromium molybdenum Chemical compound [Cr].[Mo] VNTLIPZTSJSULJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 abstract description 34
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 7
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 5
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 abstract description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 3
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 abstract description 3
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 abstract 1
- 239000000047 product Substances 0.000 abstract 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 7
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 3
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 3
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000428 cobalt oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N cobalt(ii) oxide Chemical compound [Co]=O IVMYJDGYRUAWML-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 2
- -1 reclase Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 2
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 2
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910015202 MoCr Inorganic materials 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000004452 microanalysis Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области специальной металлургии, в частности к технологии производства сплавов путем металлотермического восстановления оксидного сырья в режиме технологического горения в условиях воздействия центробежных сил, создаваемых в центробежных установках. Синтезированный сплав (лигатура) заданного состава может быть использована при выплавке жаропрочных никелевых сплавов и специальных сталей с повышенными требованиями к эксплуатационным свойствам материалов, применяемых при создании силовых установок газотурбинного типа и установок ядерного типа.The invention relates to the field of special metallurgy, in particular to the technology of producing alloys by metallothermic reduction of oxide raw materials in a technological combustion mode under the influence of centrifugal forces created in centrifugal installations. A synthesized alloy (ligature) of a given composition can be used in the smelting of heat-resistant nickel alloys and special steels with increased requirements for the performance properties of materials used in the creation of gas turbine-type power plants and nuclear-type plants.
Известен способ получения литого хрома (RU 2027788C1, опубл. 27.01.1995) алюминотермическим восстановлением путем загрузки и проплавления на первой стадии шихты из окиси хрома, алюминия, окислителя и флюса, на второй стадии шихты из окиси хрома и алюминия в количестве 1,1 - 1,65 от стехиометрии. На первой стадии ведут проплавление шихты, содержащей 55 - 75% окиси хрома от всей массы, ее плавку с алюминием в количестве 0,77 - 0,92 от стехиометрически необходимого для восстановления этой окиси хрома при загрузке шихты со скоростью 180 - 260 кг/м²·мин.There is a known method for producing cast chromium (RU 2027788C1, published on January 27, 1995) by aluminothermic reduction by loading and melting at the first stage a charge of chromium oxide, aluminum, oxidizer and flux, at the second stage a charge of chromium oxide and aluminum in an amount of 1.1 - 1.65 from stoichiometry. At the first stage, the charge containing 55 - 75% of chromium oxide from the total mass is penetrated, and it is melted with aluminum in an amount of 0.77 - 0.92 of the stoichiometrically necessary for the reduction of this chromium oxide when loading the charge at a speed of 180 - 260 kg/m² min.
Недостатком данного способа является невозможность получения Cr сплавленного с тугоплавкими элементами (Mo и W).The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining Cr alloyed with refractory elements (Mo and W).
Известен способ получения алюминотермическим восстановлением лигатуры WCr (ВХр-0) - ТУ 0855-008-48784726-2015. Недостатками данного способа являются многокомпонентный состав смеси, включая соединения повышающие концентрации вредных выбросов в процессе плавки, стадийность внепечной плавки с нижним зажиганием шихты, включая стадию слива шлака и металла, проведение дополнительной стадии рафинирования и невозможность получения лигатуры Cr-W c дополнительным введением тугоплавкого элемента Mo.There is a known method for producing aluminothermic reduction of WCr alloy (ВХр-0) - TU 0855-008-48784726-2015. The disadvantages of this method are the multicomponent composition of the mixture, including compounds that increase the concentration of harmful emissions during the smelting process, staged out-of-furnace smelting with bottom ignition of the charge, including the stage of draining slag and metal, an additional refining stage and the impossibility of obtaining a Cr-W alloy with the additional introduction of the refractory element Mo .
Известен способ получения алюминотермическим восстановлением лигатуры MoCr (МХр-0) - ТУ 0856-009-48784726-2015. Недостатками данного способа являются многокомпонентный состав смеси, включая соединения повышающие концентрации вредных выбросов в процессе плавки, стадийность внепечной плавки с нижним зажиганием шихты, включая стадию слива шлака и металла, проведение дополнительной стадии рафинирования и невозможность получения лигатуры Cr-Mo с дополнительным введением тугоплавкого элемента W.There is a known method for producing aluminothermic reduction of MoCr alloy (МХр-0) - TU 0856-009-48784726-2015. The disadvantages of this method are the multicomponent composition of the mixture, including compounds that increase the concentration of harmful emissions during the smelting process, staged out-of-furnace smelting with bottom ignition of the charge, including the stage of draining slag and metal, an additional refining stage and the impossibility of obtaining a Cr-Mo alloy with the additional introduction of a refractory element W .
Наиболее близким аналогом к заявленному является способ (RU2352662 опубл.: 20.04.2007) получения литого жаропрочного сплава на основе кобальта (Co-Cr-Nb-W-Mo-Al-Re-C), где содержание элементов в целевом продукте составляет масс.%: Cr - 19, Nb - 15, W - 2,7, Mo - 1,9, Al - 0,9, Re - 1,3, С - 1,95, Со - остальное.The closest analogue to the claimed one is the method (RU2352662 publ.: 04/20/2007) for producing a cast heat-resistant alloy based on cobalt (Co-Cr-Nb-W-Mo-Al-Re-C), where the content of elements in the target product is wt. %: Cr - 19, Nb - 15, W - 2.7, Mo - 1.9, Al - 0.9, Re - 1.3, C - 1.95, Co - the rest.
Способ получения литого сплава на основе кобальта в режиме горения, включающий приготовление реакционной смеси исходных компонентов, содержащей оксид хрома III, оксид ниобия, оксид вольфрама, оксид молибдена, алюминий, графит и оксид кобальта, помещение реакционной смеси в тугоплавкую форму, размещение между смесью и стенкой формы функционального слоя из оксида алюминия, размещение формы на центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при центробежном ускорении, отличающийся тем, что в реакционную смесь дополнительно вводят рений и/или рутений при следующем соотношении исходных компонентов, мас.%:A method for producing a cast alloy based on cobalt in a combustion mode, including preparing a reaction mixture of initial components containing chromium III oxide, niobium oxide, tungsten oxide, molybdenum oxide, aluminum, graphite and cobalt oxide, placing the reaction mixture in a refractory form, placing it between the mixture and the wall of the mold of the functional layer made of aluminum oxide, placing the mold on a centrifuge, igniting the mixture and carrying out the synthesis in the combustion mode under centrifugal acceleration, characterized in that rhenium and/or ruthenium are additionally introduced into the reaction mixture at the following ratio of the initial components, wt.%:
а синтез проводят при центробежном ускорении 50-100 g.and the synthesis is carried out at a centrifugal acceleration of 50-100 g.
Способ включает предварительную подготовку смеси путем смешения исходных компонентов (оксидов целевых металлов и металла восстановителя), засыпку смеси в тугоплавкую графитовую форму, где устанавливают тонкостенный цилиндр из цветного металла или плотной бумаги с зазором от его стенки до внутренней поверхности графитовой формы 5 мм. Готовую смесь засыпают в цилиндр, в зазор между цилиндром и формой засыпают функциональный слой из оксида алюминия. Цилиндр извлекают, а снаряженную форму из реакционной смеси и функционального слоя толщиной 5 мм помещают в центробежную установку. Ротор центрифуги приводят во вращение и создают перегрузку 50 g, после чего реакционную смесь воспламеняют электрической спиралью. После завершения процесса горения продукт синтеза охлаждают и извлекают из реакционной формы. Продукт синтеза состоит из двух слоев: нижний - целевой продукт в виде литого жаропрочного твердого сплава на основе кобальта (Co-Cr-Nb-W-Mo-Al-Re-C), и верхний - литой оксидный материал Al2O3 (корунд). Слои легко отделяются друг от друга.The method includes preliminary preparation of the mixture by mixing the initial components (target metal oxides and reducing metal), pouring the mixture into a refractory graphite mold, where a thin-walled cylinder made of non-ferrous metal or thick paper is installed with a gap of 5 mm from its wall to the inner surface of the graphite mold. The finished mixture is poured into a cylinder, and a functional layer of aluminum oxide is poured into the gap between the cylinder and the mold. The cylinder is removed, and the equipped form of the reaction mixture and the functional layer 5 mm thick is placed in a centrifugal unit. The centrifuge rotor is rotated and an overload of 50 g is created, after which the reaction mixture is ignited with an electric spiral. After completion of the combustion process, the synthesis product is cooled and removed from the reaction form. The synthesis product consists of two layers: the bottom - the target product in the form of a cast heat-resistant hard alloy based on cobalt (Co-Cr-Nb-W-Mo-Al-Re-C), and the top - cast oxide material Al 2 O 3 (corundum ). The layers are easily separated from each other.
Недостатками данного способа являются ограниченность получения сплавов с высоким содержанием Cr, Mo и W, невозможность получения литых сплавов Cr-Mo (W) с концентрацией компонентов более 20,0 масс.%.The disadvantages of this method are the limited production of alloys with a high content of Cr, Mo and W, the impossibility of producing cast Cr-Mo (W) alloys with a component concentration of more than 20.0 wt.%.
Задачей изобретения является устранение недостатков, присущих известным решениям.The objective of the invention is to eliminate the disadvantages inherent in known solutions.
Техническим результатом заявляемого изобретения является разработка новой внепечной технологии получения литого сплава (лигатуры) с требуемым химическим составом в системе Cr-Mo-W методом центробежного СВС-литья (в режиме горения), снижение энергозатрат, повышение производительности и выхода целевого продукта до 97 масс.% от расчетных значений, повышение однородности по химическому (ликвационные неоднородности) и структурному составам, снижение содержания примесей (неметаллических включений) вследствие положительного действия центробежной силы на расплав продуктов горения (перемешивание расплава). Способ позволяет повысить чистоту синтезируемого сплава, сузить интервал разброса по химическому составу целевых элементов от заданного значения, снизить техногенные выбросы в процессе получения сплавов, взаимное соотношение тугоплавких элементов Mox/W1-x в получаемой лигатуре может от 0 до 1.The technical result of the claimed invention is the development of a new out-of-furnace technology for producing a cast alloy (ligature) with the required chemical composition in the Cr-Mo-W system by centrifugal SHS casting (in combustion mode), reducing energy costs, increasing productivity and yield of the target product up to 97 wt. % of the calculated values, increasing homogeneity in chemical (liquation heterogeneity) and structural compositions, reducing the content of impurities (non-metallic inclusions) due to the positive effect of centrifugal force on the melt of combustion products (mixing of the melt). The method makes it possible to increase the purity of the synthesized alloy, narrow the range of scatter in the chemical composition of target elements from a given value, reduce man-made emissions in the process of producing alloys, the mutual ratio of refractory elements Mox/W1-x in the resulting alloy can be from 0 to 1.
Кроме того, техническим результатом является снижение техногенных выбросов в процессе получения сплавов за счет отсутствия дополнительных энергетических добавок в составе исходной смеси.In addition, the technical result is the reduction of man-made emissions in the process of producing alloys due to the absence of additional energy additives in the composition of the initial mixture.
Указанные результаты достигаются за счет того, что заявлен способ получения сплава хром-молибден-вольфрам в режиме технологического горения, включающий подготовку реакционной смеси из исходных компонентов: оксид хрома (III), оксид вольфрама (VI), оксид молибдена (VI), алюминий металлический, отличающийся тем, что получение литого сплава Cr-Mo-W осуществляют путем центробежного СВС-литья с использованием реакционной смеси, приготовленной путем смешивания исходных компонентов, дополнительно содержащих дифторид кальция (CaF2), причем реакционную смесь помещают в тугоплавкую форму, которую размещают на роторе центрифуги, где воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения осуществляют при центробежном ускорении в интервале значений перегрузки 45-60 g с последующим отделением литого слитка лигатуры от продукта синтеза, при этом исходную смесь готовят при следующем соотношении компонентов, мас.%: These results are achieved due to the fact that a claimed method for producing a chromium-molybdenum-tungsten alloy in a technological combustion mode, including the preparation of a reaction mixture from the starting components: chromium (III) oxide, tungsten (VI) oxide, molybdenum (VI) oxide, aluminum metal , characterized in that the production of a cast Cr-Mo-W alloy is carried out by centrifugal SHS casting using a reaction mixture prepared by mixing the initial components additionally containing calcium difluoride (CaF 2 ), and the reaction mixture is placed in a refractory mold, which is placed on centrifuge rotor, where the mixture is ignited and synthesis is carried out in combustion mode under centrifugal acceleration in the range of overload values of 45-60 g, followed by separation of the cast alloy ingot from the synthesis product, while the initial mixture is prepared at the following ratio of components, wt.%:
Предпочтительно, для получения трехкомпонентного сплава Cr-Mo-W в исходный состав смеси вводят одновременно оксид молибдена (VI) и оксид вольфрама (VI).Preferably, to obtain a three-component Cr-Mo-W alloy, molybdenum (VI) oxide and tungsten (VI) oxide are simultaneously introduced into the initial mixture composition.
Предпочтительно, для получения двухкомпонентного Cr-Mo или Cr-W используют один из оксидов целевого элемента.Preferably, one of the oxides of the target element is used to obtain two-component Cr-Mo or Cr-W.
Предпочтительно, в качестве тугоплавкой формы, размещенной на роторе центробежной установки, используют, по крайней мере, одну, выбранную из ряда: алундовая, переклазовая, графитовая с внутренней футеровкой оксидом алюминия.Preferably, at least one selected from the following is used as a refractory mold placed on the rotor of a centrifugal unit: alundum, reclase, graphite with an internal lining of aluminum oxide.
Изобретение поясняется чертежамиThe invention is illustrated by drawings
На Фиг.1 показан внешний вид центробежной СВС-установки, используемой для синтеза.Figure 1 shows the appearance of the centrifugal SHS unit used for synthesis.
На Фиг.2 показан внешний вид полученных литых образцов (после извлечения из формы) целевых сплавов Cr-60Mo (А) и Cr-30Mo-30W (Б).Figure 2 shows the appearance of the resulting cast samples (after removal from the mold) of the target alloys Cr-60Mo (A) and Cr-30Mo-30W (B).
На Фиг.3 показаны микрофотографии структуры (СЕМ) полученного образца сплава на основе системы двухкомпонентных сплавов Cr-60Mo (А) и Cr-60W (Б).Figure 3 shows micrographs of the structure (SEM) of the resulting alloy sample based on a system of two-component alloys Cr-60Mo (A) and Cr-60W (B).
На чертежах: 1 - основание центробежной СВС-установки, 2 - ротор, 3 - подвесные реакторы для сжигания СВС-составов.In the drawings: 1 - base of a centrifugal SHS installation, 2 - rotor, 3 - suspended reactors for burning SHS compositions.
Осуществление изобретенияCarrying out the invention
Заявленный способ позволяет повысить чистоту синтезируемого сплава, сузить интервал разброса по химическому составу целевых элементов от заданного значения, снизить техногенные выбросы в процессе получения сплавов, взаимное соотношение тугоплавких элементов Mox/W1-x в получаемой лигатуре может от 0 до 1.The claimed method makes it possible to increase the purity of the synthesized alloy, narrow the range of scatter in the chemical composition of target elements from a given value, reduce man-made emissions in the process of producing alloys, the mutual ratio of refractory elements Mox/W1-x in the resulting alloy can be from 0 to 1.
Продукт синтеза представляет собой слиток, который состоит из двух слоев: нижний - целевой сплав Cr-Mo-W и верхний - литой оксидный материал на основе Al2O3 (корунд), слои отделяют друг от друга и используют по назначению. Сплав Cr-Mo-W используют как исходный материал (лигатура) для технологии литья при выплавке жаропрочных сплавов и специальных сталей, а литой оксидный материал на основе Al2O3 (корунд) для изготовления суспензии и последующего производства высокотемпературных литейных форм.The synthesis product is an ingot that consists of two layers: the lower one is the target Cr-Mo-W alloy and the upper one is a cast oxide material based on Al2O3 (corundum), the layers are separated from each other and used for their intended purpose. The Cr-Mo-W alloy is used as a starting material (ligature) for casting technology in the smelting of heat-resistant alloys and special steels, and cast oxide material based on Al2O3 (corundum) for the production of a suspension and the subsequent production of high-temperature casting molds.
Полученный слиток литого сплава Cr-Mo-W с заданным химическим составом, равномерным распределением компонентов в сплаве, мелкозернистой структурой при низком содержании примесей имеет суммарную концентрацию тугоплавкой составляющей (Mo+W) не менее 55 масс.%, при этом взаимное соотношение Mox/W1-x может варьироваться от 0 до 1, содержание Al может составлять 0,2 - 4,2 масс.%, углерода 0,009 - 0,01 масс.%, кислорода 0,04 -0,2 масс.% , азота 0,0007 - 0,0035 масс.% , серы 0,0007 - 0,0035 масс.% .The resulting ingot of cast Cr-Mo-W alloy with a given chemical composition, uniform distribution of components in the alloy, fine-grained structure with a low impurity content has a total concentration of the refractory component (Mo+W) of at least 55 wt.%, with a mutual ratio of Mox/W1 -x can vary from 0 to 1, Al content can be 0.2 - 4.2 wt.%, carbon 0.009 - 0.01 wt.%, oxygen 0.04 -0.2 wt.%, nitrogen 0.0007 - 0.0035 wt.%, sulfur 0.0007 - 0.0035 wt.%
Технический результат заявленного изобретения достигается тем, что способ получения литого сплава Cr-Mo-W методом центробежного СВС-литья включает приготовление порошковой реакционной смеси исходных компонентов, содержащей, масс.%: оксид хрома (III); оксид молибдена (VI); оксид вольфрама (VI); алюминий металлический; дифторид кальция (CaF2), загрузка смеси в тугоплавкую форму, покрытую с внутренней поверхности функциональным защитным слоем из тугоплавкого неорганического соединения, в качестве которого используют, по крайней мере, одно, выбранное из ряда: оксид алюминия, оксид иттрия, нитрид алюминия, нитрид бора, размещение формы на центрифуге, воспламенение смеси и проведение синтеза в режиме горения при центробежном ускорении в интервале значений перегрузки 45-60g с последующим отделением целевого литого сплава от продуктов синтеза.The technical result of the claimed invention is achieved by the fact that the method of producing a cast Cr-Mo-W alloy by centrifugal SHS casting includes the preparation of a powder reaction mixture of starting components containing, wt.%: chromium (III) oxide; molybdenum(VI) oxide; tungsten(VI) oxide; aluminum metal; calcium difluoride (CaF 2 ), loading the mixture into a refractory form, coated on the inner surface with a functional protective layer of a refractory inorganic compound, which is used as at least one selected from the range: aluminum oxide, yttrium oxide, aluminum nitride, nitride boron, placing the mold on a centrifuge, igniting the mixture and carrying out synthesis in combustion mode with centrifugal acceleration in the range of overload values of 45-60g, followed by separation of the target cast alloy from the synthesis products.
Для получения трехкомпонентного сплава Cr-Mo-W в исходный состав смеси вводится одновременно оксид молибдена (VI) и оксид вольфрама (VI), а для получения двухкомпонентного Cr-Mo или Cr-W используется один из оксидов целевого элемента.To obtain a three-component Cr-Mo-W alloy, molybdenum (VI) oxide and tungsten (VI) oxide are simultaneously introduced into the initial mixture composition, and to obtain a two-component Cr-Mo or Cr-W one of the oxides of the target element is used.
При этом, в качестве тугоплавкой формы, размещенной на роторе центробежной установки, используют, по крайней мере, одну, выбранную из ряда: алундовая, переклазовая, графитовая с внутренней футеровкой оксидом алюминия.In this case, at least one selected from the range is used as a refractory mold placed on the rotor of the centrifugal unit: alundum, reclase, graphite with an internal lining of aluminum oxide.
Характеристика методов синтеза получения сплава Cr-Mo-W.Characteristics of synthesis methods for producing Cr-Mo-W alloy.
Синтез проводят при установившемся вращении ротора, обеспечивающим воздействие на образец заданного значения центробежного ускорения (перегрузки), при этом масса смеси, помещенная в форму, может варьируется от 2,5 кг до 8,0 кг, но не должна составлять менее 2,2 кг.The synthesis is carried out at steady rotation of the rotor, ensuring that the sample is exposed to a given value of centrifugal acceleration (overload), while the mass of the mixture placed in the mold can vary from 2.5 kg to 8.0 kg, but should not be less than 2.2 kg .
Сущность способа состоит в использовании тепловой энергии, выделяемой в ходе протекания экзотермических реакций в волне горения после инициирования смеси исходных реагентов. В результате реализации высоких температур непосредственно в волне горения процесс синтеза является кратковременным и занимает несколько десятков секунд. Синтез проводят в атмосфере воздуха на центробежной установке.The essence of the method is to use thermal energy released during exothermic reactions in a combustion wave after initiation of a mixture of initial reagents. As a result of the implementation of high temperatures directly in the combustion wave, the synthesis process is short-lived and takes several tens of seconds. The synthesis is carried out in an air atmosphere in a centrifugal unit.
Внешний вид центробежной СВС-установки, с помощью которой может быть реализован способ, показан на Фиг.1.The appearance of the centrifugal SHS installation, with which the method can be implemented, is shown in Figure 1.
Исходный экзотермический СВС-состав загружается в тугоплавкую футеровку медного реактора, далее реактор размещается в корзине, расположенной на балке центробежной СВС-установки, на балке предусмотрены корзины с подвесными реакторами 3, которые симметрично установлены на балке, центр которой расположен на оси ротора 2. Сам ротор 2 зафиксирован на основании 1 СВС -установки. Реакторы 3 размещаются в водоохлаждаемой обечайке корзины или сегментной охлаждающей конструкции. Задается уровень перегрузки по числу оборотов ротора 2 в единицу времени или по показаниям акселерометра, система автоматически выходит на заданный уровень перегрузки или числа оборотов.The initial exothermic SHS composition is loaded into the refractory lining of a copper reactor, then the reactor is placed in a basket located on the beam of a centrifugal SHS installation; the beam is equipped with baskets with suspended reactors 3, which are symmetrically installed on the beam, the center of which is located on the axis of the rotor 2. rotor 2 is fixed on the base 1 of the SHS installation. Reactors 3 are placed in a water-cooled shell of a basket or segmental cooling structure. The overload level is set based on the number of revolutions of rotor 2 per unit time or according to accelerometer readings, the system automatically reaches the specified overload level or number of revolutions.
Осуществляется инициирование процесса СВС (лазерный поджиг) и затем горение (от нескольких секунд до десятков секунд) состава протекает в условиях заданного воздействия перегрузки. Вращение ротора 2 продолжается до кристаллизации продуктов синтеза (1-5 минут). Затем ротор 2 останавливается, и после остывания реакторы 3 извлекаются из водоохлаждаемой обечайки корзины или сегментной охлаждающей конструкции. Из реакторов 3 извлекаются металлический слиток и шлак. В реакторах 3 восстанавливают футеровку для подготовки к повторному использованию.The SHS (laser ignition) process is initiated and then combustion (from several seconds to tens of seconds) of the composition proceeds under conditions of a given overload effect. The rotation of rotor 2 continues until the synthesis products crystallize (1-5 minutes). Then the rotor 2 stops, and after cooling, the reactors 3 are removed from the water-cooled shell of the basket or segmental cooling structure. The metal ingot and slag are removed from the reactors 3. Reactors 3 are relined in preparation for reuse.
Лазерное зажигание производится двумя лазерами, установленными рядом с осью вращения, питание лазеров производится через вал центрифуги.Laser ignition is produced by two lasers installed next to the rotation axis; the lasers are powered through the centrifuge shaft.
На Фиг.2 показан внешний вид полученных литых образцов (после извлечения из формы) целевых сплавов Cr-60Mo (а) и Cr-30Mo-30W (б).Figure 2 shows the appearance of the resulting cast samples (after removal from the mold) of the target alloys Cr-60Mo (a) and Cr-30Mo-30W (b).
На Фиг.3 показана мелкозернистая структура сплава дендритного типа характерная для литых материалов. Видно, что сплав имеет равномерную структуру.Figure 3 shows the fine-grained structure of a dendritic type alloy characteristic of cast materials. It can be seen that the alloy has a uniform structure.
Микроанализ полученных составов для различных участков (верх, низ, середина) не выявил заметных различий по составу сплава, что в первую очередь объясняется особенностями СВС-металлургии и воздействием центробежных сил, которые способствуют более полному перемешиванию компонентов расплава до его кристаллизации.Microanalysis of the obtained compositions for different sections (top, bottom, middle) did not reveal noticeable differences in the composition of the alloy, which is primarily explained by the peculiarities of SHS metallurgy and the influence of centrifugal forces, which contribute to more complete mixing of the components of the melt before its crystallization.
Результаты рентгенофазного анализа синтезированных сплавов показал наличие пиков твердого раствора сформированного на основе целевых элементов (твердого раствора Mo и/или W и Cr).The results of X-ray phase analysis of the synthesized alloys showed the presence of peaks of a solid solution formed on the basis of target elements (solid solution of Mo and/or W and Cr).
Сущность способа поясняется следующими примерами.The essence of the method is illustrated by the following examples.
Готовят реакционную смесь исходных компонентов при следующем соотношении, масс.%: оксид хрома (III) - 28,8; оксид молибдена (VI) - 44,1; алюминий металлический - 26,6; дифторид кальция (CaF2) - 0,61.A reaction mixture of the starting components is prepared at the following ratio, wt.%: chromium (III) oxide - 28.8; molybdenum (VI) oxide - 44.1; metallic aluminum - 26.6; calcium difluoride (CaF 2 ) - 0.61.
Затем готовую смесь засыпают в тугоплавкую форму и помещают в центробежную установку. Ротор центрифуги с помощью электропривода приводится во вращение и при заданных значениях ротора, обеспечивающего действие перегрузки 45 g, реакционную смесь воспламеняют подачей короткого импульса постоянного тока на электрическую спираль.Then the finished mixture is poured into a refractory mold and placed in a centrifugal unit. The centrifuge rotor is driven by an electric drive and at specified values of the rotor, providing an overload of 45 g, the reaction mixture is ignited by applying a short direct current pulse to the electric spiral.
После завершения процесса горения продукт синтеза охлаждают и извлекают из реакционной формы. Продукт синтеза состоит из двух слоев с четкой границей раздела: нижний - целевой сплав Cr-Mo-W и верхний - литой оксидный материал на основе Al2O3 (корунд). Слои легко отделяются друг от друга. Содержание элементов в целевом продукте составляет вес.%: Mo - 60,2; Al - 0,2; Cr - остальное.After completion of the combustion process, the synthesis product is cooled and removed from the reaction form. The synthesis product consists of two layers with a clear interface: the lower one is the target Cr-Mo-W alloy and the upper one is a cast oxide material based on Al2O3 (corundum). The layers are easily separated from each other. The content of elements in the target product is wt.%: Mo - 60.2; Al - 0.2; Cr - the rest.
Примеры осуществления способа представлены в Таблице 1.Examples of the method are presented in Table 1.
Свойства целевого материала по примерам представлены в Таблице 2.The properties of the target material according to the examples are presented in Table 2.
Как видно из представленных данных, предложенный способ позволяет получать как двухкомпонентный, так и трехкомпонентный литой сплав Cr-Mo-W, содержащий в своем составе Mo в интервале от 0 до 60,2 мас.% и W в интервале от 0 до 59,8 мас.%. Воздействие перегрузки в процессе горения приводит к интенсивному перемешиванию расплава и к гомогенному распределению компонентов в сплаве (отсутствию ликвации), снижению содержания примесей (неметаллических включений) и увеличению выхода целевого сплава до 97% от расчетных значений вследствие положительного действия центробежной силы на фазоразделение продуктов горения на металлическую и шлаковую фазу.As can be seen from the presented data, the proposed method makes it possible to obtain both two-component and three-component cast Cr-Mo-W alloy containing Mo in the range from 0 to 60.2 wt.% and W in the range from 0 to 59.8 wt.%. The effect of overload during the combustion process leads to intense mixing of the melt and to a homogeneous distribution of components in the alloy (no segregation), a decrease in the content of impurities (non-metallic inclusions) and an increase in the yield of the target alloy to 97% of the calculated values due to the positive effect of centrifugal force on the phase separation of combustion products into metal and slag phase.
Способ получения обладает высокой безопасностью, не требует больших затрат электроэнергии, экологически чист за счет отсутствия в продуктах синтеза газообразных продуктов, а полученный целевой сплав имеет высокий уровень однородного распределения компонентов по объему при низком содержании примесей. Предложенный способ является технологичным, так как основная технологическая стадия (СВС) является одностадийной и ее длительность не превышает 1-2 минуты, а низкий уровень перегрузки позволяет использовать конструкции центрифуг с высокой производительностью.The production method is highly safe, does not require large amounts of electricity, is environmentally friendly due to the absence of gaseous products in the synthesis products, and the resulting target alloy has a high level of uniform distribution of components by volume with a low impurity content. The proposed method is technologically advanced, since the main technological stage (MTS) is single-stage and its duration does not exceed 1-2 minutes, and the low level of overload allows the use of centrifuge designs with high productivity.
Claims (4)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2819548C1 true RU2819548C1 (en) | 2024-05-21 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2101062A1 (en) * | 1991-01-30 | 1992-07-31 | Jainagesh A. Sekhar | Composite electrode for electrochemical processing and method for preparation by combustion synthesis without a die |
| RU2352662C1 (en) * | 2007-11-21 | 2009-04-20 | Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН | Method of receiving molten alloy on basis of cobalt in combusion |
| RU2776265C1 (en) * | 2021-04-20 | 2022-07-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук | Method for producing molybdenum-based heat-resistant alloys |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2101062A1 (en) * | 1991-01-30 | 1992-07-31 | Jainagesh A. Sekhar | Composite electrode for electrochemical processing and method for preparation by combustion synthesis without a die |
| RU2352662C1 (en) * | 2007-11-21 | 2009-04-20 | Учреждение Российской академии наук Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения РАН | Method of receiving molten alloy on basis of cobalt in combusion |
| RU2776265C1 (en) * | 2021-04-20 | 2022-07-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения им. А.Г. Мержанова Российской академии наук | Method for producing molybdenum-based heat-resistant alloys |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3215646B1 (en) | Processes for producing low nitrogen, essentially nitride-free chromuim and chromium plus niobium-containing nickel-based alloys | |
| RU2618038C2 (en) | Method for obtaining a heat-resistant alloy based on niobium | |
| CN110408816A (en) | A kind of nickel boron carbon intermediate alloy and preparation method thereof | |
| RU2819548C1 (en) | Method of producing chromium-molybdenum-tungsten alloy in process combustion mode | |
| CN111455279A (en) | Iron-aluminum alloy and preparation method thereof | |
| CN111235445B (en) | Manganese-aluminum alloy and preparation method thereof | |
| RU2718497C1 (en) | Charge and electric-furnace aluminothermic method for production of ferroniobium with use thereof | |
| JP2595534B2 (en) | Method for producing Ti-A alloy castings | |
| RU2395610C2 (en) | Procedure for generation of additives and addition alloys for production of alloys | |
| RU2813343C1 (en) | Method for producing heat-resistant alloys based on cobalt | |
| RU2523049C1 (en) | Method of gamma-aluminide titanium-based alloys production | |
| RU2506337C1 (en) | Castable magnesium alloy | |
| RU2270877C1 (en) | Method of production of cast alloy in burning mode | |
| CN111378887A (en) | Silicon-aluminum alloy and preparation method thereof | |
| RU2788888C1 (en) | Method for producing magnesium alloy | |
| RU2824506C1 (en) | ALLOY BASED ON INTERMETALLIC COMPOUND Ni3Al, METHOD OF ITS PRODUCTION AND METHOD OF MAKING ARTICLES FROM IT | |
| RU2181784C1 (en) | Metallothermic process for extracting rare-earth metals from their fluorides for producing alloys and charge for performing such process | |
| RU2218438C2 (en) | Alloy based on magnesium and method of its production | |
| SU1650746A1 (en) | Method of producing alloying compositions for aluminium alloys | |
| RU2094515C1 (en) | Method for production of silumines | |
| RU2680330C1 (en) | Method of obtaining ligatures based on aluminum | |
| RU2778039C1 (en) | Method for modifying the structure of cast blanks from antifriction bronze for diffusion welding with steel (options) | |
| RU2756045C1 (en) | Method for obtaining complex-alloyed material based on nickel aluminides with tungsten carbide and boride phases | |
| RU2302475C2 (en) | Method of production of ingots on base of refractory metals by vacuum autocrucible arc melting | |
| RU2788136C1 (en) | Method for obtaining aluminum-scandium-hafnium ligature |