UA128118C2 - Стійкий до окиснення жароміцний сплав і спосіб його одержання - Google Patents

Abstract

Даний винахід стосується стійкого до окиснення жароміцного сплаву та способу його одержання, який стосується галузі техніки сплавів, і вирішує проблеми звичайних сплавів, які полягають у тому, що вміст кисню, сірки й азоту в них є високим, вміст плівки AlO в оксидній плівці на поверхні сплаву малий, а за високого вмісту алюмінію ударна в'язкість сплаву низька. Стійкий до окиснення жароміцний сплав відповідно до даного винаходу, у відсотках за масою, містить: 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, і один із елементів 0,01-0,2 - Ti, або 0,01-0,2 - V, при цьому сплав також містить: N<0,05, O<0,003, S<0,003 і Si<0,5, решта - Fe і неминучі домішки; причому містить лише один із Ti і V. Спосіб одержання стійкого до окиснення жароміцного сплаву включає: плавлення з матеріалами неактивних елементів, рафінування, додавання змішаних рідкісноземельних елементів, додавання шлаку, легування активними елементами. Температура стійкості до повного окиснення стійкого до окиснення жароміцного сплаву відповідно до даного винаходу досягає 1200 °C, що означає, що сплав може використовуватися за температури нижче 1200 °C протягом тривалого часу та демонструвати стабільність.

Description

елементів, додавання шлаку, легування активними елементами.

Температура стійкості до повного окиснення стійкого до окиснення жароміцного сплаву відповідно до даного винаходу досягає 1200 "С, що означає, що сплав може використовуватися за температури нижче 1200 С протягом тривалого часу та демонструвати стабільність.

Галузь техніки

Даний винахід стосується галузі техніки сплавів і, зокрема, стійкого до окислення жароміцного сплаву та способу його одержання.

Попередній рівень техніки

Поряд із розробками в таких галузях, як авіація та нафтохімія, вкрай необхідні матеріали з чудовою стійкістю до високотемпературного окиснення за 1000-1200 С, наприклад, для виробництва високотемпературних компонентів для камер згоряння і вихлопних труб авіаційних двигунів, також труб печей крекінгу етилену. Крім того, для реалізації сполуки компонентів, матеріали повинні мати хорошу зварюваність. Активно використовувані матеріали цих компонентів - в основному суперсплави, що здатні до деформування, і жароміцні сталі, які володіють хорошою зварюваністю. Однак стійкість сплавів до високотемпературного окиснення реалізується в основному за рахунок додавання високого вмісту Ст, а оксидна плівка, що утворюється за високої температури, в основному складається з Сг2Оз. Сі2Оз за температури нижче 1000 "С забезпечує стабільність і хорошу захисну функцію, але за температури вище 1000 "С нестабільний, легко газифікується з утворенням отворів і втрачає захисну функцію матриці сплаву. АїгОз може зберігати стабільність в умовах температур вище 1000 "С. Отже, щоб сплави мали відмінну стійкість до окиснення за температури вище 1000 "С необхідно сформувати компактну плівку АІ2Оз, а якщо площа АЇ28Оз в оксидній плівці, сформованій на поверхні сплаву, більше, оксидна плівка відшаровується важче, і стійкість сплаву до окиснення підвищується.

Додавання певної кількості алюмінію в жароміцну сталь дозволяє сформувати плівку АІ2Оз, що поліпшує стійкість сплавів до високотемпературного окиснення. У галузі нафтохімії в трубах для крекінгу етилену вже використовуються алюмовмісні жароміцні сплави як заміна традиційним жароміцним сталям, де сплав НТЕ (211021870038), розроблений компанією

Зсптіді-Сіетеп5 у Німеччині, є найбільш представницьким є найбільш представницьким і має оптимальні характеристики. Труби печі для крекінгу етилену, виготовлені зі сплаву НТЕ, мають гарну стійкість до окиснення і коксування, а термін служби труби такий і період коксовидалення значно поліпшені порівняно з традиційними жароміцними сталями. Однак механічні властивості за високих температур, стійкість до окиснення та стабільність оксидної плівки сплаву все ще можуть бути додатково поліпшені.

Крім того, у разі високого вмісту алюмінію може утворюватися шар АЇІ29Оз, який має достатню товщину, що запобігає відшаровуванню утвореного шару АЇ»Оз під час експлуатації за високої температури. Однак у разі занадто високого вмісту алюмінію в'язкість сплаву стає низькою.

Отже, у разі експлуатації за високих температур не можна одночасно забезпечити хорошу стійкість до окиснення і хорошу в'язкість сплаву.

На відміну від жароміцних сталей, куди додають активні елементи, такі як алюміній і титан, вони легко утворюють оксидні та нітридні включення з киснем і азотом в сплавах, що впливає на їхні механічні властивості, а також споживають основні елементи, такі як алюміній і титан, що впливає на формування плівки оксиду алюмінію. Отже, для забезпечення високоякісної підготовки та відмінних експлуатаційних характеристик необхідно строго контролювати вміст кисню й азоту в алюмінієвих сплавах. Крім того, на адгезію між оксидною плівкою та матрицею сплаву сильно впливає сірка, і для того, щоб гарантувати стабільність зчеплення оксидної плівки та поверхні матриці сплаву для виконання захисної функції, необхідно точно контролювати вміст сірки в сплавах. Однак у зв'язку з обмеженнями в процесі приготування звичайних алюмінійвмісних сплавів діапазон, в якому контролюється шкідливий елемент азот, занадто широкий, а шкідливі елементи, такі як кисень і сірка, не контролюються, що серйозно впливає на продуктивність і стабільність якості пічних труб.

Що стосується галузі техніки сплавів поліпшення комплексних властивостей сплавів за температури нижче 1050 С є відносно простим, але поліпшення властивостей сплавів за температури експлуатації вище 1050 "С, особливо якщо мова йде про комплексну властивість, коли вона наближається до 1200 "С, є великою проблемою в цій галузі. У зв'язку зі складністю поліпшення властивостей сплавів у разі експлуатації за температури вище 1050 "С, навіть якщо йдеться про підвищення робочої температури сплаву всього на 50 "С, складність завдання буде експоненційною, а необхідний обсяг роботи є неймовірним для фахівця в даній галузі.

Підвищення температури всього на 50 С є непростим досягненням, яке повинно бути загальновизнано експертами галузі.

Сутність винаходу

З урахуванням вищеописаного аналізу метою даного винаходу є створення стійкого до окиснення жароміцного сплаву і способу одержання, що допоможе вирішити щонайменше одну 60 з наступних технічних проблем:

(1) Якщо робоча температура перевищує 1100 "С, не можна одночасно одержати хорошу стійкість до окиснення і хороші механічні властивості сплаву; (2) У такому випадку відсутня можливість ефективного контролю шкідливих елементів, таких як кисень, сірка й азот, що призводить до погіршення комплексних властивостей і нестабільної якості сплавів; а також (3) Частина АЇ2Оз в оксидній плівці, що утворюється на поверхні сплавів за температури вище 1100 "С, мала, у результаті Аї2Оз легко відшаровується, що призводить до поганої стійкості сплавів до окиснення.

Поставлена мета досягається по суті таким технічним рішенням:

Однією метою даного винаходу є стійкий до окиснення жароміцний сплав, причому в процентах за масою сплав містить: 2,5 Уо - 6 о АЇ, ЗО о - 50 Фо Мі, 2 о - 890 ММ і 0,01 Фо - 0,4 Фо

НЕ.

На основі вищезазначеного рішення даний винахід поліпшено у наступний спосіб:

За вибором сплав містить: 2,5 95 - 6 95 АЇ, 24 95 - 30 90 Ст, 0,3 о - 0,55 905 С, 30 96 - 50 о МІ, 2 ую -895 М, 0,01 95 -0,295 Ті, 001 95-0,295 2, 0,0195-0,495 НІ, 0,01 95-02 90 М і 0,01 95 - 0,2 95 М; причому міститься лише один із Ті і М.

За вибором сплав містить: М «0,05 95, О « 0,003 95, 5 «000395 і Бі « 0,5 95, решта - Еє і неминучі домішки.

За вибором сплав містить: 3,3 Фо - 5,5 90 АЇ їі 34 Фо - 46 Фо Мі.

За вибором сплав містить: З 95 - 6 905 МУ.

За вибором сплав містить: 0,01 9» - 0,06 Фо У.

За необхідності в окиснювальній атмосфері 1000-1200 "С щонайменше 90 95 площі оксидної плівки, яка формується на поверхні сплаву, складає плівка з АІ2О3з.

Іншою метою даного винаходу є спосіб одержання стійкого до окиснення жароміцного сплаву, який передбачає наступні стадії: етап 1: плавлення вуглецю та неактивних елементів для одержання розплавленої сталі після повного розплавлення; етап 2: нагрівання рідкої сталі та рафінування; етап 3: додавання змішаного рідкісноземельного елемента;

Зо етап 4: додавання шлаку; а також етап 5: введення інертного газу в ливник, розміщення активних елементів, таких як алюміній, гафній, титан, цирконій та ітрій, у ливнику, нагрівання, заливання розплавленої сталі у ливник і введення розплавленої сталі в проміжний ківш для розливання.

За необхідності температура рафінування на стадії 2 становить щонайменше 1640 "с.

За необхідності частину вуглецю спочатку додають у ході етапу 1, а решту вуглецю потім додають у ході етапу 2, коли розплавлена сталь нагрівається щонайменше до 1640 "С.

За необхідності кількість змішаного рідкісноземельного елемента, яку додають, становить 0,05 Фо - 0,25 95 від маси розплавленої сталі.

За необхідності шлак містить Сао.

За необхідності інертним газом є аргон, тиск аргону становить 0,15-0,3 МПа, а швидкість потоку становить 1-5 л/хв.

За необхідності спосіб додатково передбачає розливання після етапу 5, і швидкість від випускання плавки сталі до завершення розливання становить 60-100 кг/хв.

Корисний ефект даного винаходу полягає у наступному. (1) Даний винахід за рахунок додавання необхідної кількості елемента А! забезпечує утворення плівки АІ2Оз, при цьому зварюваність і механічні властивості можуть бути забезпечені одночасно; за рахунок додавання необхідної кількості елемента С забезпечує виділення карбіду, який використовують для зміцнення сплаву; за рахунок додавання необхідної кількості елемента Ст полегшує формування плівки АІ2Оз з низьким умістом алюмінію і утворення карбіду, який використовують для зміцнення сплаву; за рахунок додавання необхідної кількості елемента 24г дозволяє зміцнити границі зерен, поліпшуючи механічні властивості; і за рахунок додавання необхідної кількості елемента Ті або М робить карбід більш тонким для поліпшення повзучості сплаву. (2) Даний винахід за рахунок всебічного регулювання вмісту Мі і вмісту АІ знижує утворення фази МізАЇ, що забезпечує хорошу ударну в'язкість сплаву, коли вміст АІ перевищує 4 95. (3) Даний винахід за рахунок додавання НІ і комбінованої функції Ні і М, коли вміст У становить менше 0,06 95, дозволяє оптимізувати морфологію та хімічний склад оксиду і знизити ступінь внутрішнього окиснення, щоб оксидна плівка, утворена на поверхні сплаву, була суцільною та компактною для поліпшення когезії між оксидною плівкою та матрицею і, як бо наслідок, значного поліпшення стійкості сплаву до високотемпературного окиснення.

(4) Даний винахід за рахунок додавання М/ і регулювання вмісту М/ поліпшує жароміцність сплаву та продовжує термін служби. (5) Завдання щодо поліпшення властивостей сплаву за температури вище 1050 "С є дуже складним, особливо, коли температура наближається до 1200 "С, і кожен раз, коли температуру підвищують на 20 "С або 50"С, зростання такої складності буде експоненціальним, що абсолютно неможливо забезпечити або реалізувати шляхом обмежених експериментів або звичайного вибору. Фактично даний винахід регулює склад і вміст елемента шляхом великої кількості експериментів для того, щоб забезпечити утворення стабільної плівки АЇг2Оз у високотемпературному середовищі 1100-1200 "С. Сплав має відмінну стійкість до окиснення, хорошу жароміцність і хороші зварювальні характеристики, а за своїми комплексним характеристиками перевершує звичайний алюмінійвмісний жароміцний сплав. (6) Спосіб одержання, передбачений даним винаходом, шляхом додавання вуглецю різними порціями, реалізує багаторазове і глибоке розкиснення та денітрифікацію, тим самим ефективно знижуючи вміст М і О в сплаві і, у свою чергу, поліпшуючи властивості сплаву. (7) Даний винахід за рахунок багаторазового додавання змішаних рідкісноземельних елементів замість одночасного додавання всіх таких елементів зменшує окиснення і втрати рідкісноземельного елемента під час горіння, щоб забезпечити ефективне додавання рідкісноземельного елемента; і, шляхом контролю кількості змішаних рідкісноземельних елементів, яку додають, здатний забезпечити хороший ефект знесірчення і запобігти формуванню фази з низькою температурою плавлення, в якій беруть участь рідкісноземельні елементи і Мі, що залишилися в розплавленій сталі, а також впливу на механічні властивості за високих температур сплаву. (8) Даний винахід за рахунок вибору типу захисного шлаку і регулювання кількості захисного шлаку, який додається, дозволяє адсорбувати й уловлювати оксиди, нітриди, сульфіди і включення, що плавають, тим самим забезпечує одержання розплавленої сталі високої чистоти. (9) Даний винахід за рахунок контролю температури рафінування на рівні не менше 1640 "С, полегшує виконання хімічної реакції утворення СО шляхом реакції заміщення між вуглецем і оксидними включеннями в розплавленій сталі для забезпечення ліпшого ефекту очищення.

Зо (10) Даний винахід за рахунок регулювання етапів і параметрів процесу забезпечує вміст М у сплаві, одержаному способом одержання згідно з даним розкриттям, на рівні нижче 0,05 95, вміст О нижче 0,003 95, вміст 5 нижче 0,003 9б і вміст 5і нижче 0,5 9.

У даному розкритті вищезгадані технічні рішення можуть бути об'єднані для реалізації більш переважних комбінованих рішень. Інші характеристики і переваги даного винаходу будуть розкриті в наступному розкритті, при цьому частина переваг може випливати з розкриття або здійснення даного винаходу. Цілі та інші переваги даного винаходу можуть бути реалізовані та одержані зі змісту, особливо викладеного у розкритті та формулі винаходу.

Стислий опис графічних матеріалів

Графічні матеріали виконані винятково для ілюстрації конкретних варіантів здійснення і не мають обмежувального характеру для даного винаходу. На всіх кресленнях одні й ті самі посилальні позначення позначають одні й ті самі елементи.

Фіг. 1 являє собою криві набору маси за циклічного окиснення за 1100 "С сплавів згідно варіантів здійснення даного винаходу та сплаву Ме 8 із порівняльного матеріалу.

Фіг. 2 являє собою криві відшаровування за циклічного окиснення за 1100 "С сплавів згідно варіантів здійснення даного винаходу та сплаву Ме 9 із порівняльного матеріалу.

Фіг. З являє собою криві відшаровування за циклічного окиснення за 1150 "С сплавів згідно варіантів здійснення даного винаходу та сплаву Ме 9 із порівняльного матеріалу.

Фіг. 4 являє собою криві відшаровування за циклічного окиснення за 1200 "С сплавів згідно варіантів здійснення даного винаходу та сплаву Ме 9 із порівняльного матеріалу.

Фіг. 5 являє собою фотографію, одержану за допомогою сканувального електронного мікроскопа, оксидної плівки на поверхні сплаву Ме З за варіантом здійснення даного винаходу після циклічного окиснення за 1200 "С протягом 100 годин.

Фіг. б являє собою фотографію, одержану за допомогою сканувального електронного мікроскопа, оксидної плівки на поверхні сплаву Ме 9 із порівняльного матеріалу після циклічного окиснення за 1200 "С протягом 100 годин.

Фіг. 7 являє собою фотографію, одержану за допомогою сканувального електронного мікроскопа, оксидної плівки у розрізі сплаву Ме З за варіантом здійснення даного винаходу після циклічного окиснення за 1200 "С протягом 100 годин.

Ї фіг. 8 являє собою фотографію, одержану за допомогою сканувального електронного бо мікроскопа, оксидної плівки у розрізі сплаву Ме 9 із порівняльного матеріалу після циклічного окиснення за 1200 "С протягом 100 годин.

Докладне розкриття винаходу

Переважні варіанти здійснення запропонованого винаходу будуть детально розкриті нижче, зокрема, з посиланням на графічні матеріали, які додають. Графічні матеріали складають частину даного розкриття та призначені для ілюстрації принципу даного винаходу разом із варіантами здійснення даного винаходу і не обмежують обсяг даного винаходу.

У даному розкритті, якщо не вказано інше, всі значення вмісту стосуються відсотків за масою. Функції елементів стійкого до окиснення високотемпературно жароміцного сплаву на основі заліза та нікелю за даним винаходом детально розкриті нижче.

Мі: Мі може стабілізувати аустенітну структуру і розширити ділянки аустенітної фази, щоб забезпечити високу міцність і пластичність сплаву, а також хорошу жароміцність і опір повзучості. Однак занадто високий вміст Мі впливає на розчинність азоту в матриці, підсилює тенденцію до виділення нітридів у сплаві і впливає на межу повзучості сплаву. Крім того, занадто високий вміст Мі легко утворює фазу МізАЇї з АЇ у сплаві. А фаза МізА! впливає на ударну в'язкість і властивості сплаву. Якщо вміст Мі перевищує 60 95, навіть якщо вміст АЇ підтримують на рівні нижче 4 95, буде утворюватися фаза МізАї, яка впливає на ударну в'язкість і властивості сплаву під час механічної обробки. Крім того, елемент Мі має високу вартість, отже, занадто високий вміст впливає на вартість виготовлення сплаву. Тому вміст Мі у матеріалі за даним винаходом підтримують на рівні 30-50 95, переважно 34-46 95.

АЇ: АЇ є необхідним елементом для утворення високостабільної плівки АІ26Оз на поверхні під час високотемпературного окиснення сплаву. Однак, якщо вміст елемента АЇ занадто великий, він легко утворює фазу інтерметалічної сполуки МізАЇї їз Мі, а фаза МізА! може поліпшити міцність сплаву і несприятливо позначається на ударній в'язкості та оброблюваності. Якщо температура перевищує 1000 "С, фаза МізА! повторно розчиняється і зникає, що несприятливо позначається на високотемпературній міцності та терміні служби сплаву. За середніх і низьких значень температури наявність МізА! поліпшує міцність сплаву, але поліпшення міцності за кімнатної температури або середньо-низької температури не є сприятливим для його терміну служби, а зниження ударної в'язкості за кімнатної температурі та оброблюваності серйозно вплинуть на вартість лиття та обробки компонентів. Отже, для даного винаходу потрібно запобігати

Зо утворенню фази МізАї! за рахунок спільного регулювання та контролю вмісту Мі та АЇ. Оскільки вміст Мі у даному винаході є невеликим, у разі перевищення вмісту АЇ понад 4 95 фаза МізА! ще не утворюється. У той же час, для формування стабільної плівки з АІ2гОз за більш високих температур, вміст АЇ у даному винаході підтримують на рівні 2,5-6 9о, переважно 3,3-5,5 Фо.

С у даному винаході додавання Ст може знизити критичне значення кількості А! для утворення плівки АІ2Оз, а додавання Ст дозволяє зменшити кількість АЇ для утворення шару плівки АЇ2Оз на поверхні сплаву, тим самим полегшуючи утворення захисного шару А29Оз. Крім того, Ст є елементом, що сприяє утворенню карбідів, що поліпшує жароміцність сплаву. При цьому Сг є сильним елементом для утворення феритів, і занадто велика кількість добавки погіршує стабільність аустенітної фази, що негативно позначається на жароміцності сплаву.

Отже, вміст Сг у даному винаході слід підтримувати на рівні 24-30 95.

С: С є елементом, що сприяє утворенню карбідів і утворює карбідні фази у сплаві за даним винаходом. Карбідні фази виконують функцію дисперсійного зміцнення. За низького вмісту вуглецю кількість карбідних фаз буде невеликою, що впливає на ефект зміцнення. Якщо вміст вуглецю занадто великий, кількість карбідних фаз також буде великою, що негативно позначиться на ударній в'язкості сплаву. Отже, вміст С у матеріалі за даним винаходом підтримують на рівні 0,3 Фо - 0,55 Фо.

ММ. МУ здатний розчинятися в матриці сплаву, виконуючи функцію зміцнення твердого розчину, а також утворювати карбіди, які виконують функцію дисперсійного зміцнення, що може ефективно поліпшувати жароміцність сплаву. Однак занадто високий вміст М/ вплине на ударну в'язкість сплаву. Отже, вміст УМ у даному розкритті підтримують на рівні 2-8 9о, переважно 3-6 Об.

Тії М: Ті і М можуть змінювати морфологію зернограничних карбідів і витончувати карбіди, у результаті чого забезпечується їх рівномірне диспергування і розподіл, що покращує опір повзучості сплаву за високих температур. Занадто високий вміст негативно впливає на морфологію карбідів і легко утворює фазу Міз (Аї, Ті), що чинить вплив на ударну в'язкість сплаву. Отже, вміст Ті у даному описі повинен підтримуватися на рівні 0,01-0,2 95, а вміст М має контролюватися на рівні 0,01-0,2 Об. 2: й сегрегує на границі зерен і виконує функцію зміцнення границь зерен. Однак за занадто високого вмісту легко утворюється фаза Мі52г із низькою температурою плавлення, що впливає на високотемпературні властивості сплаву. Отже, вміст 2г у матеріалі відповідно до 60 даного винаходу слід підтримувати на рівні 0,01 95 - 0,2 95.

НГ її У: у даному винаході додавання належної кількості елементів Ні і М може впливати на морфологію та хімічний склад оксидів і ступінь внутрішнього окиснення, поліпшувати адгезійну силу оксидної плівки і значно поліпшувати стійкість сплаву до високотемпературного окиснення.

За спільної дії ефект поліпшується. Оскільки рідкісноземельний елемент У є дуже активним, за невакуумного плавлення сплаву МУ легко втрачається під час горіння або окиснюється, а ефективний контроль його вмісту утруднений, у результаті чого стабільність експлуатації не може бути гарантована. Крім того, НІ відносно стабільний, а його вміст легко контролювати під час плавлення. До того ж Ні може значно поліпшити силу зчеплення оксидної плівки за температури понад 1000 "С. Однак, якщо вміст Ні і М занадто великий, з одного боку, це збільшує вартість матеріалу, а з іншого, НЕ і М легко утворюють з Мі фазу з низькою температурою плавлення, що впливає на механічні властивості за високих температур сплаву.

Отже, при спільному додаванні НІ і У у матеріал за даним винаходом, вміст НІ підтримують на рівні 0,01 95 - 0,4 9о, а вміст У підтримують на рівні 0,01 925 - 0,2 95. зі: зі легко вводиться в сплав за допомогою сировини, такої як ферохром, також 5і сприяє виділенню шкідливої о-фази, яка знижує довговічність сплаву. Отже, вміст 5і має точно контролюватися, а даний винахід досягає мети регулювання вмісту Зі у сплаві шляхом переважного вибору вихідних матеріалів. Вміст 5і у даному винаході підтримують на рівні нижче 0,5 Фр.

О їі М: оскільки до складу сплаву за даним винаходом входять активні елементи, такі як АЇ,

НУ, У, 2 ї Ті, за високого вмісту О і М легко утворюються включення, такі як оксиди та нітриди, що негативно впливає на міцність сплаву і споживає корисні елементи, такі як АЇ ї Ні, що впливає на формування плівки оксиду алюмінію. Отже, слід підтримувати вміст О Її М на максимально низькому рівні. Вміст О у сплаві за даним винаходом підтримують на рівні нижче 0,003 95, а вміст М - на рівні нижче 0,05 95. 5: З сегрегує на границі зерен, що порушує безперервність і стабільність границі зерен, значно знижує властивість довготривалої повзучості та пластичність сплаву під час розтягування, погіршує адгезійну здатність оксидної плівки поверхні, легко спричинює відшаровування оксидної плівки і зменшує стійкість сплаву до окиснення. Отже, вміст З слід підтримувати на максимально низькому рівні, а вміст 5 у сплаві за даним винаходом має бути

Зо нижче 0,003 95.

Метою даного винаходу є стійкий до окиснення жароміцний сплав, причому в процентах за масою сплав містить: 2,5 95 - 6 95 АЇ, 24 95 - З0 о Ст, 0,3 о - 0,55 90 С, 30 Фо - 50 9о МІ, 2 о - 8 90

МІ, 0,01 95 - 0,2 до Ті, 0,01 95 - 0,2 95 21, 0,01 95 - 0,4 95 НІ, 0,01 945 - 0,2 до М, 0,01 95 - 0,2 95 М, М -0,05 95, О «0,003 95, 5 «0,003 95 і Бі «0,5 95, решта - Еє і неминучі домішки; при цьому міститься лише один із Ті і М.

Порівняно з попереднім рівнем техніки даний винахід шляхом регулювання складу сплаву і кількості добавок забезпечує чудову стійкість до окиснення, хорошу жароміцність і хорошу зварюваність сплаву.

Зокрема, переваги стійкого до окиснення жароміцного сплаву за даним винаходом полягають у наступному. (1) Даний винахід за рахунок додавання необхідної кількості елемента А! забезпечує утворення плівки АІ2Оз, при цьому зварюваність і механічні властивості можуть бути забезпечені одночасно; за рахунок додавання необхідної кількості елемента С забезпечує виділення карбіду, який використовують для зміцнення сплаву; за рахунок додавання необхідної кількості елемента Ст полегшує формування плівки АІ2Оз з низьким умістом алюмінію і утворення карбіду, який використовують для зміцнення сплаву; за рахунок додавання необхідної кількості елемента 24г дозволяє зміцнити границі зерен, поліпшуючи механічні властивості; і за рахунок додавання необхідної кількості елемента Ті або М робить карбід більш тонким для поліпшення повзучості сплаву. (2) Даний винахід за рахунок всебічного регулювання вмісту Мі і вмісту АІ знижує утворення фази МізАЇ, що забезпечує хорошу ударну в'язкість сплаву, коли вміст АІ перевищує 4 95. (3) Даний винахід за рахунок додавання НІ і комбінованої функції Ні і М, коли вміст У становить менше 0,06 956, дозволяє поліпшити морфологію та хімічний склад оксиду і ступінь внутрішнього окиснення, щоб оксидна плівка, утворена на поверхні сплаву, була суцільною та компактною для поліпшення когезії між оксидною плівкою та матрицею і, як наслідок, значного поліпшення стійкості сплаву до високотемпературного окиснення. (4) Даний винахід за рахунок додавання М/ і регулювання вмісту М/ поліпшує жароміцність сплаву та продовжує термін служби. (5) Завдання щодо поліпшення властивостей сплаву за температури вище 1050 С є дуже бо складним, особливо, коли температура наближається до 1200 "С, і кожен раз, коли температуру підвищують на 20С або 50С, зростання такої складності буде експоненціальним, що абсолютно неможливо забезпечити або реалізувати шляхом обмежених експериментів або звичайного вибору. Фактично даний винахід регулює склад і вміст елементів шляхом великої кількості експериментів для того, щоб забезпечити утворення стабільної плівки АЇг2Оз у високотемпературному середовищі 1100-1200 "С. Сплав має відмінну стійкість до окиснення, хорошу жароміцність і хороші зварювальні характеристики, а за своїми комплексним характеристиками перевершує звичайний алюмінійвмісний жароміцний сплав.

Наприклад, склад і масові частки сплаву за даним винаходом також можуть становити 4,5- 5,5 95 А, 34-46 90 Мі, 3-6 до УМ і 0,01-0,06 Фо У.

Спосіб одержання стійкого до окислення жароміцного сплаву за даним винаходом варіюється залежно від використання, і, якщо він використовується для виготовлення високотемпературних компонентів у галузі авіакосмічної промисловості, він повинен передбачати вакуумно-індукційне плавлення та лиття, а також наступні етапи. 1. Підготовка матеріалів: вибір електролітичного нікелю, металевого алюмінію, металевого хрому (або ферохрому), чистого заліза, металевого вольфраму, графіту, губчастого гафнію, губчастого титану, губчастого цирконію і металевого ітрію як сировини і їх пропорційне зважування. 2. Додавання матеріалів: розміщення електролітичного нікелю, металевого хрому (або ферохрому), чистого заліза і металевого вольфраму у тигелі та додавання інших елементів із бункера. 3. Плавлення: плавлення в індукційній вакуумній плавильній печі проміжної частоти.

Подання енергії з малою потужністю протягом 10 хвилин для дегідрування, потім подання енергії з великою потужністю для повного плавлення і початок рафінування, при цьому температура рафінування складає 1530-1580 "С, період рафінування встановлюють відповідно до кількості розплавленої сталі та підтримують на рівні 10-60 хвилин, а під час рафінування ступінь вакууму повинна становити нижче 5 Па. 4. Лиття: після повного розплавлення, перемішування з великою потужністю протягом 1-2 хвилин і розливання, при цьому температуру розплавленої сталі підтримують на рівні 1450- 1580 76.

Зо Підготовка сплаву за даним винаходом із застосуванням вищезгаданого способу вакуумно- індукційної плавки дозволяє точно контролювати активні елементи, такі як АЇ і У, і може знизити вміст шкідливих елементів, таких як О, М ї 5, до дуже низького рівня. Однак цей спосіб одержання передбачає високу вартість, а кількість компонентів, які виготовляються, обмежена існуючими вакуумними печами. Отже, вакуумне лиття підходить тільки для прецизійного лиття в авіакосмічній галузі.

Якщо спосіб застосовують для виготовлення труб печі для крекінгу етилену в нафтохімії, оскільки довжина однієї труби печі може досягати декількох метрів, а плавлення, і віддцентрове лиття виконують у вакуумі, складно реалізувати через стан обладнання, а вартість занадто висока. Отже, плавлення і віддентрове лиття можуть виконуватися лише в невакуумних середовищах, але оскільки сировина для одержання сплаву за даним винаходом має високий вміст активних елементів, завдання з приготування відповідного сплаву без умови вакууму є дуже складним.

У даному винаході додатково запропонований спосіб одержання стійкого до окислення жароміцного сплаву в невакуумних умовах, який передбачає наступні етапи: етап 1: плавлення вуглецю та неактивних елементів для одержання розплавленої сталі після повного розплавлення; етап 2: нагрівання рідкої сталі до температури не менше 1640"С для виконання рафінування; етап 3: додавання змішаного рідкісноземельного елемента; етап 4: додавання шлаку; а також етап 5: розміщення активних елементів, таких як алюміній, гафній, титан, цирконій та ітрій, у ливнику, введення інертного газу в ливник, і коли температура розплавленої сталі підвищується до 1650-1750 С, виконують заливання розплавленої сталі у ливник і її завантаження в проміжний ківш для виконання відцентрового лиття.

У порівнянні з попереднім рівнем техніки переваги способу одержання стійкого до окиснення жароміцного сплаву за даним винаходом полягають у наступному. (1) За рахунок додавання вуглецю різними порціями, спосіб реалізує багаторазове і глибоке розкиснення та денітрифікацію, тим самим ефективно знижуючи вміст М і О в сплаві і, у свою чергу, поліпшуючи властивості сплаву. бо (2) Даний винахід за рахунок багаторазового додавання змішаних рідкісноземельних елементів замість одночасного додавання всіх таких елементів зменшує окиснення і втрати рідкісноземельного елемента під час горіння, щоб забезпечити ефективне додавання рідкісноземельного елемента; і, шляхом контролю кількості змішаних рідкісноземельних елементів, яку додають, здатний забезпечити хороший ефект знесірчення і запобігти формуванню фази з низькою температурою плавлення, в якій беруть участь рідкісноземельні елементи і Мі, що залишилися в розплавленій сталі, а також впливу на механічні властивості за високих температур сплаву. (3) Даний винахід за рахунок вибору типу захисного шлаку і регулювання кількості захисного шлаку, який додається, дозволяє адсорбувати й уловлювати оксиди, нітриди, сульфіди і включення, що плавають, тим самим забезпечує одержання розплавленої сталі високої чистоти. (4) Даний винахід за рахунок контролю температури рафінування на рівні не менше 1640 "С, полегшує виконання хімічної реакції утворення СО шляхом реакції заміщення між вуглецем і оксидними включеннями в розплавленій сталі для забезпечення ліпшого ефекту очищення. (5) Даний винахід за рахунок регулювання етапів і параметрів процесу забезпечує вміст М у сплаві, одержаному способом одержання згідно з даним розкриттям, на рівні нижче 0,05 95, вміст О нижче 0,003 95, вміст 5 нижче 0,003 9б і вміст 5і нижче 0,5 9.

Зокрема, за допомогою реакції вуглецю і О в розплавленій сталі з утворенням газу СО, спосіб може забезпечити розкиснення, а в іншому аспекті забезпечує денітрифікацію з бульбашками повітря з використанням утвореного СО. За рахунок реакції змішаних рідкісноземельних елементів і вільних О і 5 в розплавленій сталі з утворенням оксидів або сульфідів даний спосіб може сприяти десульфуризації та подальшому розкисненню.

З огляду на те, що такі елементи, як алюміній, гафній, титан, цирконій та ітрій, є дуже активними, при їх прямому плавленні вони вступають у хімічні реакції з киснем повітря з утворенням оксидів і споживанням елементів сплаву. Отже, спосіб одержання не передбачає плавлення активних елементів безпосередньо. Замість цього активні елементи поміщають у ливник, який передбачає захист інертним газом, розплавлену сталь, одержану після плавлення неактивних елементів, виливають на активні елементи, активні елементи розплавляють з використанням ступеня перегріву розплавленої сталі та активні елементи гомогенізуються у

Зо ливнику за рахунок кінетичної енергії випуску сталі. Вищезгаданий процес може ефективно зменшити окиснення активних елементів, тим самим ефективно захищаючи елементи сплаву від витрати.

Щоб знизити вміст М і О в рідкій сталі в найбільшій мірі, у способі одержання за даним винаходом вуглець додають поетапно. Це пов'язано з тим, що плавлення здійснюють у повітрі, і в процесі плавлення кисень безперервно надходить у рідку сталь. Згідно способу одержання спочатку додають частину вуглецю для попереднього розкиснення і денітрифікації, а потім додають вуглець, що залишився, коли розплавлена сталь нагрівається до температури не менше 1640 "С, і за рахунок використання за високих температур термодинамічний потенціал

СО буде нижче ніж у оксидів, таких як МіО, РегОз і Сгі2Оз, а кисень, який може бути присутнім в оксидах, замінюється для проведення глибокого розкиснення та захисту елементів сплаву від споживання. Крім того, додавання занадто великої порції вуглецю легко може стати причиною пожежі і втрати під час горіння, у результаті чого вуглець не зможе ефективно проникати у розплавлену сталь, що вплине на ефект розкиснення та денітрифікації.

У способі одержання температура розливання залежить від відливання. Наприклад, під час відливання центрифужної пробірки високі температури розливання потрібні для того, щоб забезпечити достатню плинність розплавленої сталі, що полегшить формування центрифужної пробірки. У разі відливання центрифужної пробірки меншої товщини, температура розливання повинна бути вище, що сприяє підвищенню плинності розплавленої сталі, але може спричинити втрату елементів. Тому, з огляду на плинність розплавленої сталі та втрату елементів під час відливання, температуру відливання центрифужної пробірки приймають рівною 1650-1750 "С.

Щоб запобігти реакції розплавленої сталі (розплаву сплаву) і тигля за подальшого розкиснення за високотемпературного плавлення, спосіб приготування передбачає приготування тигля з оксиду алюмінію, який має належну жароміцність.

Слід зазначити, що для адсорбції та уловлювання оксидів, нітридів і сульфідів, що плавають, у способі приготування за даним розкриттям захисний шлак, який містить Сао, додають на поверхню розплавленої сталі, що, з одного боку, додатково сприяє знесірченню за рахунок використання СаО для подальшого видалення кисню, азоту та сірки, і з іншого боку, також може забезпечувати ефективне видалення включень, тим самим дозволяє одержувати розплавлену сталь високої чистоти. бо Зокрема, СаО і 5 реагують для проведення десульфуризації на більш ранній стадії, при цьому рівняння реакції виглядає наступним чином: СаО ї- |5)| - Саз «з |ОЇ, а процес реакції наступним чином: спочатку реакція десульфурації відбувається на поверхні, під час десульфуризації утворюється Саз5, який покриває поверхню Сай, після того, як Саз повністю покриває порошок Сас, шар продукту дифундує всередину до реакції знесірчення і поступово потовщує шар СабЗ на поверхні СаО, і реакція дифузійного знесірчення поступово сповільнюється, поки не завершиться.

Зважаючи на те, що у разі додавання занадто малої кількості шлаку, він не зможе повністю покрити поверхню розплавленої сталі, а якщо кількість, яка додається, занадто велика, це призведе до виникнення відходів і збільшить вартість, спосіб підготовки відповідно до даного винаходу передбачає підтримку кількості шлаку, який додається, на рівні 3-5 95 від маси розплавленої сталі, що дозволяє шлаку додатково видаляти кисень, азот і сірку, а також забезпечувати ефективне видалення включень, і, у результаті, одержувати розплавлену сталь високої чистоти.

Суміш рідкісноземельних елементів, яка використовується у способі одержання згідно з даним розкриттям, являє собою суміш рідкісноземельних елементів І а і Се, кількість яких, яка додається, становить 0,05-0,25 95 від маси розплавленої сталі. Це пов'язано з тим, що, якщо кількість змішаних рідкісноземельних елементів, яка додається, занадто мала, кількість хімічних реакцій, які беруть участь у десульфурації також буде малою, що призведе до поганого ефекту десульфуризації, а якщо кількість, яка додається, занадто велика, то рідкісноземельні елементи, що залишаються в розплавленій сталі, легко утворюють фазу з низькою температурою плавлення з Мі, що впливає на механічні властивості сплаву у разі впливу високих температур. У способі одержання кількість змішаної рідкісноземельної сталі, яку додають, вибирають такою, що дорівнює 0,05 95 - 0,25 95 від маси розплавленої сталі, що може забезпечити хороший ефект десульфурації і запобігти формуванню фази з низькою температурою плавлення, в якій беруть участь рідкісноземельні елементи та Мі, що залишилися в розплавленій сталі, а також вплив на механічні властивості за високих температур сплаву.

У способі одержання потік аргону, що подається на верхню поверхню ливника, утворює завісу для захисту розплавленої сталі, яка містить елементи, що легко окиснюються, з метою уповільнення її окиснення. Зокрема, тиск аргону вибирають рівним 0,15-0,3 МПа, а швидкість

Зо потоку вибирають рівною 1-5 л/хв. Це пов'язано з тим, що, якщо тиск аргону є занадто малим, він не може ефективно формувати аргонову завісу для ізоляції повітря і запобігання окисненню розплавленої сталі, а якщо тиск аргону є занадто великим, це призводить до утворення відходів, збільшує вартість виробництва і ставить під загрозу безпеку робочих бригад. За даним винаходом після одержання рідкої сталі відповідного складу з використанням вищезгаданого способу процес відцентрового лиття виглядає наступним чином: розплавлена сталь із відповідним складом, належним ступенем перегріву і належною вагою в проміжному розливному пристрої швидко відливається в металеву форму, яка обертається з високою швидкістю, а розплавлена сталь твердне в трубі для відцентрового лиття.

Зокрема, сплав, одержаний із застосуванням способу одержання за даним винаходом, крім використання для лиття відцентрових труб, може бути використаний для лиття інших виливків, які повинні експлуатуватися за високих температур, особливо виливків, які потрібні для роботи в умовах несприятливого навколишнього середовища за високих температур 1100-1200 С і високої окиснюваності.

Зважаючи на те, що до складу сплаву входить велика кількість активних елементів, щоб запобігти їх втраті через окиснення і горіння, весь процес випуску сталі повинен бути дуже швидким. Зокрема, швидкість від випуску сталі до завершення розливання повинна підтримуватися на рівні 60-100 кг/хв.

Хімічний склад і вміст елементів за варіантами здійснення даного винаходу наведені у

Таблиці 1, параметри процесу способів одержання наведені в Таблиці 2, ступінь відшаровування після окиснення за різних температур протягом 100 годин наведено в Таблиці

З, вміст оксидів алюмінію в оксидних плівках сплавів, утворених після високотемпературного циклічного окислення за різних температур, наведено в Таблиці 4, а термін служби сплавів за 1100 "С / 17 МПа наведено в Таблиці 5.

Перший варіант здійснення відповідає сплаву Ме 1, другий варіант здійснення відповідає сплаву Ме 2, а решту можна вивести відповідним чином. Щоб полегшити порівняння, сплав Мо 8 і сплав Ме 9 використовують як порівняльні матеріали із попереднього рівня техніки. Сплав Ме 8 являє собою зварний суперсплав ЗНЗ230, який має найвищу робочу температуру, і його широко використовують для виготовлення високотемпературних компонентів камер згоряння аерокосмічних двигунів, а сплав Ме 9 являє собою сплав НТЕ, який у даний час є найкращим бо матеріалом для виготовлення труб печей для крекінгу етилену в нафтохімії.

Стійкі до окиснення жароміцні сплави із першого-сьомого варіантів одержують із використанням наступного способу: етап 1: зважування сировини; етап 2: розміщення електролітичного нікелю, чистого заліза і частини графіту у тиглі невакуумної плавильної печі проміжної частоти, яка має функцію лиття з фіксованою точкою, і одержання рідкої сталі після її повного розплавлення; етап 3: нагрівання рідкої сталі до температури рафінування і додавання решти графіту; етап 4: додавання певної кількості змішаних рідкісноземельних елементів; етап 5: додавання певної кількості шлаку, який містить Сао; етап 6: введення потоку аргону на верхню поверхню ливника, розміщення активних елементів, таких як металевий алюміній, губчастий гафній, губчастий титан, губчастий цирконій і металевий ітрій, у ливнику, і, після того, як було визначено хімічний склад розплавленої сталі на етапі 2, температура розплавленої сталі піднялася до температури розливання, виконують заливання розплавленої сталі у ливник з отвору у верхній частині ливника і введення розплавленої сталі в проміжний ківш із отвору в нижній частині ливника для відцентрового лиття; а також (7) лиття центрифужної пробірки: швидке відливання розплавленої сталі в проміжному розливному пристрої в металеву форму, яка обертається з високою швидкістю, для виготовлення експериментальної центрифужної пробірки.

Таблиця 1

Сировина для приготування і вміст елементів з першого по сьомий варіанти здійснення

Сплав А | 7 | с мМ тіні || мМ о|мі5151Ї ге 1 14525032) 32 | 45005 0005|005|015| - /0,00110,035І0,001| 0,4 | решта 2 1411 281Ц|045| 35) 5 | 0и15Щ|001Щ0,03| - /0,00110,032І0,0021 0,4 | решта

З 13726 Щ|043| 44 | 57 (01 0,05|10,0510,05| - /0,00110,03810,0021 0,33 | решта 4 138 280935) 46 | 5 (08 0,39|0,0510,01| - /0,00110,038І0,001| 0,4 | решта 5 129 27Ц|041|49|78| - /0и1510,03Т01810,01 0,00110,002І0,001| 0,2 | решта 6 |25127104|45| 2 | - ол |ол9| 0 10,09 0,00110,03 |0,00110,16 | решта

І .7 15912951 05)| 35131) - |(0,05|0,04|0,02| 02 (0,001) 0,03 |0,001) 0,3 | решта

Таблиця 2

Параметри процесу за варіантами здійснення даного винаходу шу Кількість

Серійний . 2. . номер Температура / змішаних Кількість |ТГемпература| Тиск | Витрата | Швидкість . рафінування) рідкісноземель- |доданого| заливання (аргону /| аргону / |розливання варіанта о . о о здійснення ис них елементів, |шлаку /90 ис МПа л/хв. / кг/хв. яку додають /90 12 | 71640 | 025 | 4 | 1750 | 025| 5 | 80 67 | 660 | 005 2 щ | 5 | 1700 | 03 | 35 | 60 /

В одних і тих же експериментальних умовах експерименту ступінь відшаровування після окиснення за різних температур протягом 100 годин для сплавів згідно з варіантами здійснення даного винаходу і двох сплавів згідно з попереднім рівнем техніки вимірюють індивідуально, результати експериментів наведені у таблиці 3. Стан оксидних плівок після окиснення за різних температур протягом 100 год. наведено в таблиці 4, властивості зносостійкості за високих температур наведені в таблиці 5, а відносне подовження під час розтягування сплавів згідно з варіантами здійснення даного розкриття наведено у таблиці 6.

Зо

Таблиця З

Ступінь відшаровування сплавів за варіантами здійснення даного винаходу і порівняльних матеріалів після окиснення за різних температур протягом 100 годин (мг/см)

Температура випробування /"С 1000 1050 0,035 1100 0,024 1150 0,064 1200 0,077

Таблиця 4

Відношення площ оксидів алюмінію до поверхні сплавів після окиснення за різних температур протягом 100 год.

Температура випробування /"С 1100 1150 1200

Примітка: сплав Мо 8 не може утворювати плівку оксиду алюмінію за високій температурі 1150 "С, тому в таблиці відсутні дані для сплаву Мо 8

Таблиця 5

Термін служби сплавів за 1100 "С / 17 МПа

Сплав... | 1 | 2 | з | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9

Термінслужби/год.| 95 | 98 | 111 | 99 | 120 | 97 | 92 | 40 |11,27,53

Таблиця 6

Подовження під час розтягування сплавів за даним винаходом за 10007

Сплав... ЇЇ 1 | 2 | з | 4 | 5 | 6 | 7

Відносне подовження під час

Із фіг. 1 видно, що, згідно з аналізом швидкостей збільшення ваги під час окиснення, стійкість до окиснення за 1100 "С матеріалів сплаву згідно з варіантами здійснення даного винаходу в 2,5-4 рази перевищує цей показник у сплаві Мо 8 з порівняльного матеріалу із попереднього рівня техніки. За температури вище 1100 С сплав Ме 8 не може утворювати суцільну і стабільну оксидну плівку, а його окиснюваність різко знижується.

Із таблиці 3, фіг. 2, фіг. З і фіг. 4 видно, що у діапазоні температур 1000-1200 "С поряд зі збільшенням температури окиснення амплітуди збільшення ступеня відшарування сплавів за даним винаходом дуже малі, що вказує на те, що всі сплави за даним розкриттям мають відмінну стійкість до окиснення за температури нижче 1200 "С. Однак стійкість до окиснення сплаву порівняльного матеріалу ме 9 швидко знижується разом із підвищенням температури, і, зокрема, за більш ніж 1150 "С амплітуда зниження стійкості до окиснення особливо значна, причому після окислення протягом 100 годин температура окиснення збільшується з 1150 "С до 1200 С, а ступінь відшаровування у результаті окислення збільшується у 5 разів. Після циклічного окислення за 1100 "С протягом 100 годин ступінь відшаровування під час окиснення сплаву ме 9 із попереднього рівня техніки у 5-10 разів перевищує таке у матеріалів зі сплавів за варіантами здійснення даного винаходу, і після циклічного окиснення за 1200 "С протягом 100 год. кількість порівняльного матеріалу ме 9 із попереднього рівня техніки, що відшаровується під час окиснення сплаву, у 27 разів більше, ніж у матеріалів сплаву згідно з варіантами здійснення даного винаходу. Це вказує на те, що когезія між оксидною плівкою та матрицею сплавів із варіантів здійснення за даним винаходом набагато вище, ніж когезія між оксидною плівкою і матрицею сплаву Ме 9, і, якщо температура вище, перевага сплавів за даним винаходом більш очевидно.

Із подальшого аналізу станів оксидних плівок, утворених на поверхнях після окиснення сплаву, можна зробити висновок (див. таблицю 4, фіг. 5 і фіг. б), що у сплавах за даним винаходом після окиснення у середовищах із високою температурою за значень нижче 1200 С протягом 100 годин оксид алюмінію складає більше 90 95 оксидних плівок, які утворюються на поверхні зразків, а окисні плівки є безперервними та компактними. Більше того, із підвищенням температури плівка оксиду алюмінію по суті не зменшується і за 1200 "С все ще залишається на рівні понад 90 95. Стабільність оксиду алюмінію за високої температури дуже хороша, компактна плівка оксиду алюмінію здатна захистити матрицю сплаву від подальшого окиснення, а під час використання для виготовлення труб печей для крекінгу етилену плівки оксиду алюмінію можуть добре виконувати функцію запобігання навуглецьовуванню і функцію запобігання коксуванню.

Однак у сплаві Ме 9 із попереднього рівня техніки оксид алюмінію складає 80 95 оксидної плівки, утвореної після окиснення за 1100 С протягом 100 годин. Після підвищення температури випробування до 1150 "С кількість оксиду алюмінію в оксидній плівці зменшується до 70 95, а після подальшого підвищення температури випробування до 1200 "С кількість оксиду алюмінію в оксидній плівці різко зменшується до 25 95, при цьому відбувається її відшаровування у великій кількості. Це вказує на те, що за температури вище 1100 "С перевага стійкості до окислення сплавів за даним винаходом порівняно зі стійкістю до окиснення матеріалів із попереднього рівня техніки поступово збільшується, а якщо температура вище, перевага більше. На фіг. 5 і 6 білі ділянки являють собою ділянки відшаровування, чорні ділянки - плівка оксиду алюмінію, а сіро-білі ділянки - композитна оксидна плівка.

Зо При подальшому аналізі ділянок оксидних плівок, утворених після циклічного окиснення за 1200 "С протягом 100 годин (див. фіг. 7 і фіг. 8), було виявлено, що оксидна плівка, яка утворена сплавом відповідно до варіанту здійснення за даним винаходом, є безперервною та компактною, щільно прилягає до матриці, має рівномірну границю розділу і має товщину приблизно б мкм, у той час як оксидна плівка сплаву Ме 9 із порівняльного матеріалу з попереднього рівня техніки є переривчастою і прилягає нещільно, характеризується нерівномірною когезію між залишковою оксидною плівкою та матрицею, має нерівномірну границю розділу, спостерігається явне відшаровування, а товщина залишкової оксидної плівки становить приблизно З мкм. За порівняння двох оксидних плівок, захисна дія оксидної плівки, утвореної матеріалом за даним винаходом, щодо матриці сплаву, очевидно, ліпше, ніж у сплаву

Ме 9 із порівняльного матеріалу з попереднього рівня техніки.

Згідно з оцінкою відповідно до НВ5258-2000 (експериментальний метод вимірювання стійкості до окиснення сталі та суперсплавів), температура рівня стійкості до повного окиснення сплавів із варіантів здійснення за даним винаходом досягає 1200 "С, у той час як температура рівня стійкості до повного окиснення сплаву Ме 9 з попереднього рівня техніки становить всього 1050 "С. Температури рівня стійкості до повного окиснення сплавів за даним винаходом на 150 7С вище, ніж у звичайних сплавів. Що стосується галузі техніки сплавів: за температури вище 1000 "С, особливо за температури вище 1100 "С, стійкість сплавів до окиснення різко знижується через погану стабільність оксидної плівки і погану когезію між матрицею та оксидною плівкою. Наприклад, для сплаву Ме 9, який має чудову стійкість до окиснення у попередньому рівні техніки, у разі підвищення температури випробування з 1150 "С до 120070 частка оксиду алюмінію в оксидній плівці зменшується з 70 95 до 25 9о, а ступінь відшарування оксидної плівки збільшується в 5 разів. За 1050 "С сплав Мо 9 стосується рівня стійкості до повного окиснення, за 1100 "С він знижується до рівня стійкості до окиснення, а за 1200 С - до рівня стійкості до субокиснення. Спеціалісту в даній галузі техніки добре відомо, що стійкість сплавів до окислення за температури вище 1100 "С поліпшити дуже складно, і кожен раз, коли температуру підвищують на 20 "С або 50 "С, така складність зростає експоненціально. Однак віхою у галузі стійких до окислення сплавів можна вважати те, що температура рівня стійкості до повного окиснення сплаву за даним винаходом досягає 1200 "С, що досягається шляхом великої кількості експериментів для багаторазового регулювання складу і змісту сплаву, а також бо шляхом постійної оптимізації етапів і параметрів процесу.

Із таблиці 5 видно, що довговічність за 1100 С / 17 МПа матеріалів сплаву згідно з варіантами здійснення за даним винаходом у 2,4-3 рази більше, ніж у сплаву Ме 8 із порівняльного матеріалу попереднього рівня техніки. Цифри 11, 27 і 53 у таблиці 5 вказують на те, що термін служби трьох трубок зі сплаву Ме 9 відрізняється один від одного, при цьому відмінності в термінах служби трубок зі сплаву великі, що вказує на низьку стабільність якості сплаву Ме 9 і велику різниця властивостей різних труб, що також вказує на низьку якість сплаву

Мо 9 в цілому. Однак відмінності в термінах служби трубок із декількох сплавів одного і того ж варіанту здійснення за даним винаходом не перевищують З год., що вказує на те, що стабільність якості сплавів із варіантів здійснення за даним винаходом є хорошою, і загальна якість сплавів із варіантів здійснення за даним винаходом також є хорошою. Відповідно, видно, що механічні властивості у разі впливу високих температур матеріалів за даним винаходом, очевидно, ліпше, ніж у сплаву Ме 8 і сплаву Ме 9, а стабільність якості сплавів із варіантів здійснення за даним винаходом ліпше, ніж у сплаву Ме 9.

Із таблиці б видно, що відносне подовження під час розтягування за 1000 "С сплавів за даним винаходом становить 40 95 - 50 95, що вказує на те, що за високого вмісту алюмінію ударна в'язкість сплавів за даним винаходом залишається хорошою.

Як висновок, стійкий до окиснення жароміцний сплав за даним винаходом має такі переваги, як більш висока температура експлуатації, більш висока стійкість до високотемпературного окиснення, більш компактна формовна оксидна плівка, велика площа плівки з оксиду алюмінію та поліпшені механічні властивості у разі впливу високих температур, також стійкий до окислення жароміцний сплав за даним винаходом може використовуватися за температури нижче 200 "С протягом тривалого часу та демонструвати стабільність, може утворювати плівку оксиду алюмінію із щільністю більше 9095 в окиснювальній атмосфері за 1000-1200 С, стосується рівня стійкості до повного окиснення за температури нижче 1200 "С відповідно до нНВ5258-2000 і перевершує звичайні зварні високотемпературні матеріали.

Сплав за даним винаходом має чудові комплексні властивості, і, крім того, що він може бути використаний для лиття труб печі для крекінгу етилену, він також може використовуватися для лиття інших виливків, які повинні працювати за високих температур, особливо виливків, що потрібні для роботи в умовах несприятливого навколишнього середовища за високих

Зо температур 1100-1200 "С і високої окиснюваності.

Вище описані лише переважні варіанти здійснення даного винаходу, які ні в якому разі не обмежують обсяг даного винаходу, якому надається захист. Будь-які модифікації або зміни, які спеціаліст у даній галузі техніки може легко внести у межах технічної галузі за даним винаходом, входять в обсяг даного винаходу, якому надається захист.

Claims (8)

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Стійкий до окиснення жароміцний сплав, який відрізняється тим, що в процентах за масою такий сплав містить: 2,5-6 - АЇ, 24-30 - Ст, 0,3-0,55 - С, 30-50 - Мі, 2-8 - МУ, 0,01-0,2 - 7, 0,01-0,4 - НІ, 0,01-0,2 .- У, і один із елементів 0,01-0,2 - Ті, або 0,01-0,2 - М, при цьому сплав також містить: М-0,05, 0«0,003, 5:50,003 і 5і«0,5, решта - Ее і неминучі домішки.

2. Стійкий до окиснення жароміцний сплав за п. 1, який відрізняється тим, що сплав містить, 90 мабс.: 3,3-5,5 - АІ і 34-46 - Мі.

З. Стійкий до окиснення жароміцний сплав за п. 1, який відрізняється тим, що сплав містить, 90 мабс.: 3-6 - М.

4. Стійкий до окиснення жароміцний сплав за п. 1, який відрізняється тим, що сплав містить, 90 мас.: 0,01-0,06 - У.

5. Спосіб одержання стійкого до окиснення жароміцного сплаву, який відрізняється тим, що спосіб призначений для одержання сплаву за будь-яким із пп. 1-4 і передбачає наступні етапи: етап 1: плавлення вуглецю та неактивних елементів для одержання розплавленої сталі після повного розплавлення; етап 2: нагрівання рідкої сталі та рафінування; етап 3: додавання змішаних рідкісноземельних елементів; етап 4: додавання рідкого шлаку; і етап 5: введення інертного газу в ливник, розміщення активних елементів, таких як алюміній, гафній, титан, цирконій та ітрій, у ливнику, нагрівання, заливання розплавленої сталі у ливник і введення розплавленої сталі в проміжний ківш для розливання.

б. Спосіб одержання стійкого до окиснення жароміцного сплаву за п. 5, в якому кількість змішаних рідкісноземельних елементів, яку додають, становить 0,05-0,25 95 від маси бо розплавленої сталі.

7. Спосіб одержання стійкого до окиснення жароміцного сплаву за п. 5, в якому шлак містить

Сад.

8. Спосіб одержання стійкого до окиснення жароміцного сплаву за п.5, в якому спосіб додатково передбачає розливання після етапу 5, і швидкість від випускання плавки сталі до завершення розливання становить 60-100 кг/хв. ЩІ -кк-сплів 7 х ОО слав 3 в 2 сек став Я склав В 51,54 т 5 я 101 В па Е й ПИШНИХ а З ! і ЩЕ І о оо ; ; о 20 40 БО во 100 Час / год.

Фіг. 1 Е сосен СИЛІ В зоюфоююю еПЕЖІВА З 0000 довести з нар сТлЯВ З я В Й Моя Й Е ТЕ я ш Я і щш ях ; ситно сіеоваоов» в дн Є й й а зно нЙЕтт й ся й, м Явкдреевовевеетквньньь Шо ОО ання ; ; и ; ; о 25 5 75 чо «Час год,

Фіг. 2