Способ рафинирования жаропрочного никелевого сплава
Сущность изобретения: отходы кремнеземсодержащих волокон обрабатывают РЗМ и порошком криолита и вводят на дно тигля индукционной печи в количестве 0,6- 0,8% от массы металлозавалки, а на дно ковша перед сливом расплава вводят 0,3- 0,5% необработанных отходов кремнеземсодержащего волокна от массы жидкого металла в ковше. При этом вводимый на дно тигля индукционной печи рафинирующий состав содержит, мас,%: кремнеземсодержащее волокно 50-70, РЗМ 20-30, порошок криолита 10-20. 2 табл.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5l)5 С 21 С 5/52, 7/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4836729/02 (22) 09.04.90 (46) 23.10.92. Бюл. ¹ 39 (71) С пециал ьн ое п роект но-конструкторское и технологическое бюро по погру>кному электрооборудованию для бурения скважин и добычи нефти Всесоюзного научно-производственного объединения "Потенциал" (72) В.В,Буланов, В.M.Ãîëîâàíîâ, М.Н.Литвиненко, Г.В.Ткаченко и В,Н.Селезнев (56) Авторское свидетельство СССР
¹ 1271858, кл. С 21 С 1/08, 1984.
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам рафинирования сплавов, используемым при выплавке, например, жаростойких никелевых сплавов, применяемых при изготовлении турбоколес газовых компрессоров.
Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ рафинирования, используемый в способе выплавки чугуна (1). Согласно данному способу рафинирование осуществляют путем введения на дно тигля печи перед загрузкой металлической шихты отходов кремнеземсодержащих волокон в количестве 0,1 — 1,0% от массы металлозавалки.
Недостаток известного способа заключается в том, что он не обеспечивает получение высокого качества сплава по газосодержанию и неметаллическим включениям,таким как плены А!20з, и необходимых механических свойств сплава. Это
„„5U„„1770379 А1 (54) СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ ЖАРОПРОЧНОГО НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА (57) Сущность изобретения: отходы кремнезеMñoäeðæàùèõ волокон обрабатывают
Р3М и порошком криолита и вводят на дно тигля индукционной печи в количестве 0,60,8% от массы металлозавалки, а на дно
K0BLUB перед слvlBQM расплава вводят 0,30,5% необработанных отходов кремнеземсодержащего волокна от массы жидкого металла в ковше, При этом вводимый на дно тигля индукционной печи рафинирующий состав содержит, мас.%: кремнеземсодержащее волокно 50 — 70, РЗМ 20 — 30, порошок криолита 10-20. 2 табл, объясняется слабой коагулируащей способностью микрокапель расплавов кремнеземсодержащих волокон. которые в условиях флотации сквозь металлический расплав не могут полностью захватывать микроплены
А 20з в силу недостаточной смачивающей способности микрокапель кремнеземсодержащего волокна. мелкой дисперсностью микроплен А ЗОЗ и высокой степенью вязкости сплава при температуре обработки и заливке его в формы.
Целью предполагаемого изобретения является повышение качества сплава. улучшение его механических свойств и повышение >кидкотекучести за счет эффективности удаления из массы жидкого сплава окисных плен А!20з и газов.
Поставленная цель достигается тем, что в способе рафинирования жаропрочного никелевого сплава. включающем ввод на дно тигля индукционной печи перед загруз1770379
50 г кой металлической шихты отходов кремнеземсодержащих волокон, выпуск расплава в ковш, согласно изобретению, на дно печи отходы кремнеземсодер>кащих волокон вводят в смеси с Р3М и порошком криолита, взятых в соотношении (5 — 7);(2 — 3):(1 — 2), в количестве 0,6 — 0,87 от массы металлозавалки, а на дно ковша перед сливом расплава вводят 0,3-0,5 отходов кремнеземсодержащего волокна от массы жидкого металла в ковше.
Введение на дно печи отходов кремнеземсодержащих волокон в смеси с Р3М и порошком криолита, взятых в соотношении (5-7):(2-3):(1 — 2), в количестве 0,6 — 0,8 от массы металлозавалки, позволяет в процессе плавки удалить из расплава внесенные в него равнее окисные плены типа А Оз, и препятствует образованию новых плен. Так как газопоглотительная и раскисляющая способность микрокапель кремнеземсодержащего волокна не высока, то для повышения их гаэопоглотигельной и раскисляющей способности кремнеземсодер>кащее волокно вводят в смеси с Р3М. Такая смесь резко увеличивает дегазацию сплава по сравнению с раздельным вводом волокна и
Р3М.
Смесь отходов кремнеземсодер>кащих волокон с порошком криолита Naz(NaAIFc) повышает жидкоподвижность микрокапель этого волокна, при этом освобождающийся в результате термодеструкции фтор образует фтористый алюминий из AI20a е результате чего А!Ез — газ удаляется из расплава.
Введение указанной рафинирующей смеси в количестве 0,6-0,8 от массы металлозавалки способствуе удалению флотации микроплен А!гОз из расплава. При введении менее 0,6 кремнеземсодержащего волокна в смеси с Р3М и порошком криолита от массы металлозавалки процесс рафинирования протекает не полностью, а при введении этого же волокна более 0,8 от массы металлозавалки процесс флотации растягивается (затрудняется), что приводит к дополнительному загрязнению жидкого сплава.
Процесс образования плен АЬОз снова возобновляется при сливе расплава из печи в ковш. Для корректирования этого процесса на дно ковша перед сливом расплава вводят 0,3 — 0,5% отходов кремнеземсодержащего волокна от массы жидкого металла в ковше.
Введение кремнеземсодер>кащего волокна в ковш в количестве менее 0,3;, не позволяет достаточно полно удалить вновь образовавшиеся плены из массы жидкого
45 металла, в то время, как введение более
0,5% кремнеземсодержащего волокна приводит к повышенному пленообразованию и снижению механических свойств полученного сплава.
Таким образом, применение волокнистого материала с развитой поверхностью в сочетании с криолитом и Р3М содержащей лигатурой, обладающего повышенной раскислительной способностью, газопоглощением, высокой адгезионной активностью к неметаллическим включениям, окислам типа А(зОз и газом, позволяет значительно повысить эффективность процессов сорбционного рафинирования металла во время его выплавки и термовременной обработки в плавильной печи. Флотирующие через расплав микрокапли вещества стекловолокна., в смеси" криолитом и редкоземельными металлами (РЗМ), являясь активными центрами конденсации микроплен вредных окислов А гОз и других, а также газов (О), (Н), (N), повышают степень рафинирования сплава, его жидкотекучесть, осуществляют его дегазацию, улучшают кристаллическую структуру, способствуют повышению прочностных свойств сплава.
Способ рафинирования осуществляют следующим образом.
На дно реторты индукционной печи типа ИЧ Г-016 с основной футеров«ой загружают рафинирующую добавку, содер>кащую о ходы щелочного кремнеземсодержащего волокна, РЗМ и порошок криолита при соотношении масс: кремнеземсодер>кащее воfioKHo 5 — 7, РЗМ 2 — 3, порошок криолита 1-2 в количестве 0,6 — 0,87 от массы металлозавалки. Этот состав смешивают, затем производят завалку в печь 160 кг шихты. состоящей из 100 / возврата сплава никеля, содержащего в себе окисные плены AlzOg, резко снижающие механические свойства турбин. В течение 1,5 ч металл расплавляют в печи, доводя температуру расплава до
1550 — 1560 С. При расплавлении шихты образовавшийся шлак флотирует сквозь расплав к поверхности металла, образуя защитный покров. После дости>кения температуры металла 1560 С производят разливку расплава в ковш, предварительно загрузив на дно ковша необработанные отходы щелочного кремнеземсодержащего волокна 0,3 — 0.5;4 от массы жидкого металла. Выдерживают 1-1,5 мин расплав в ковше. Затем снимают шлак до появления чистого зеркала металла в ковше и разливают рафинированный металл в подготовленные керамические формы, разогретые до температуры 650--700 С. При этом заливаю образцы цилиндрической и квадратной
1770379 формы для испытания полученного металла на механические свойства и жаростойкость.
Заявляемый процесс осуществляли в индукционной печи типа ИЧТ-016 с основной футеровкой. Вес одной плавки состав- 5 лял 160 кг. Всего было проведено 8 плавок.
Из них в трех плавках количественное соотношение рафинирующей добавки и шихты находится в диапазоне предельных соотношений упомянутой добавки, включая и rpa- 10 ничные значения диапазона, а в остальных плавках соотношение компонентов рафинирующей добавки и шихты составляет запредельные значения упомянутой добавки.
Способ рафинирования, расход рафи- 15 нирующей добавки и физические свойства получаемого сплава приведены в табл. 1.
Для определения соотношения компонентов рафинирующей добавки, вводимой на дно тигля индукционной печи, было про- 20 ведено 7 плавок. При этом во всех семи плавках на дно индукционной печи было введено 0,6 /, рафинирующей добавки от массы металлозавалки.
В пяти плавках количественное сост- 25 ношение компонентов рафинирующей добавки находится в диапазоне предельных соотношений упомянутых компонентов, включая и граничные значения диапазона. а в остальных двух плавках соотношение 30 компонентов составляет запредельные значения упомянутой добавки.
Способ рафинирования, соотношение компонентов рафинирующей добавки, газосодержание и физические свойства получа- 35 емого сплава приведены в табл. 2.
Прочностные свойства сплава до рафинирования и после определяли при t-pe
700 С на разрывной машине. Температуру образца измеряли хромель-алюмелевой 40 термопарой, Относительное удлинение определяли по образцам, разорванным при 2 11 т-ре 700 С по формуле д = 100 /.
11
Ударную вязкость определяли на копре 45 на образцах, нагретых дс 700 С, под контролем температуры хромель-алюмелевсй термопарой, Содер>кание газов определяли на приборе газоанализаторе фирмы "Леко". Про; — 50 ностные свойства колес турбин. полученных традиционным способом и рафинированием. испытывали на универсальном безмоторном стенде лаборатории испытаний.
Все перечисленные параметры приведены 55 в таблицах 1 — 2, Как следует из таблицы 1 введение комбинированной рафинирующей добавки позволяет уменьшить число окисных плен
А1>Оз по сравнению с известными способами рафинирования в 4 — 8 раз, газосодержание более чем в 1,5 — 2 раза и улучшить жидкотекучесть на 23 — 47/с, прочностные свойства, такие как ударную вязкость более чем B 2 раза, жаропрочность на 9 — 13 /,, относительное удлинение более чем на 30 /.
Анализ табл. 2 показывает, что при выборе заявленных соотношений компонентов рафинирующей добавки, вводимой в печь, обеспечивается уменьшение числа окисных плен в 1,5 — 3 раза, газосодер>кания нэ 15 — 20 / и улучшаются жидкотекучесть на
20 — 30 и прочностные свойства сплава на
10 — 20 по "ðàâíåíèþ с запредельными условиями.
Благодаря комбинированной рафинирующей добавке, состоящей из отходов кремнеземсодержэщих волокон, криолита и
Р3М, в прелагаемом способе рафинирования сплава по сравнению с известным, достигается повышение степени рафинирования сплава по пленам AI203 и газосодержанию Ог, Н2, Nz, а также повышается предел прочности сплава на растяжение, относительное удлинение, ударная вязкость, а также и улучшается его жидкотекучесть.
Экономический эффект от использования предполагаемого изобретения получен за счет полного возвращения.в плавку отходов сплавов, пораженных пленами, ранее использовавшихся частично.
Формула изобретения
Способ рафинирования жаропрочного никелевого сплава, включающий ввод на дно тигля индукционной печи перед загрузкой металлической шихты отходов кремнеземсодержэщих волокон, выпуск расплава в ковш, отличающийся тем, что, с целью повышения качества сплава, улучшения его механических свойств и повышения >кидкотекучести за счет эффективного удаления из массы жидкого сплава окисных плен А1 Оз и газов. на дно печи отходы кремнеземсодержащих "îëîêîí вводят в смеси с Р3М и порошком криолита. взятых в соотношении (5 — 7):(2-3):(1-2), s кол «!естве 0.6-0.8 /, от массы металлозавалки, а на дно ковша перед сливом расплава вводят 0.3 — 0.5 /, отходов кремнеземсодержащего волокна от массы жидкого металла в ковше.
S а
X а>
Б 30 л о
О.
m cc o
cc> S 4> а х о
Ц о
0 S
CL \0
О а (0 Л
О Г
C)
4\ (D
cD
Г 4
Ю
Ю
C) C)
C)
Г са
cD и) CD Ш
C)
Г »
C) (О
С)
4(С> ,c>
Ю
Г
4»
Ю (»4
С) г 4 о
С >
C) ч.>
1 а а х
X с о
Y и м
3 г 4 м
I (>
) (c()
Q. S
S CL с а
o a>
» (:)
С)
С4
cD (4 \ (I
C)
vD
С) С>
4(»(> (-2 м
С)
С)
C) а ( ( х
С)
Ю
С> (4
С)
-х
С>
С)
С) (4 м 4)
С)
Ю
cD .О
CO
>Ю
Ю
С>
С> г \ (\
Ю
С)
С> м
Ю
О )
С)
С)
С)
ОЭ
С>
Ю
C) д 8 о
X
Ф
О) (3>
Ш
z
t(>
М а (3)
Ц
<.Э
l !
I
lã †>
1;С (-->
С )
С)
С)
С> (4 (!
С)
С) ( (С>
C) (> с»4 м
С)
С> (4\
С)
Ю
С) Г 4
4\
Ю
С)
С) м
cD
С)
С>
C)
С) Г ги
Ю
Ю
С>
С( (c >
Ю
Ю
Ю
Г 4
4( (D
cD
С)
С4 д
C)
С)
С)
)0 ((С)
С)
Ю
С>
С)
4 )
С)
С)
С)
cD м (CD (:>
cD
cD (О
С)
С> (D
1
I
1 Ю ((1
С4
Ю
С)
С>
"()
С)
С)
С> ( (»3
Ю
С)
С) --С
Ю
Ю
С> (4
С)
С>
С) Г 4
С:>
С) м
Ю
Ю (D
cZ O
О О
Х X о
I(i 0
ID (О
X сне
Б (О
О Г
СЧ
С)
С) гч
4>
C0 (cC (> (» г ..
С> С.> г ) х а
Ц (3>
m cL ае к о аs с m z.О х а> о (Y
Л х
С>
LC.О ш х
0 а
Y (m ш
О> Х ш 0 а с х (=
2 - >
Ш
0 Э с.О х а с
S
S е (0 а о а о с () .L
О г.
2:
+ (()
О О
С >.О о х
S С 0 а.с с, х о о
+ (О C() (>)
С4
l + а 0 х х а о а.с с х а о
+ Ш Ю (г> (+
О S ( а х о
S О S
0, с а х о х
+ ОО+ (Iохо хс*
YÎY а а а со.с оха (3) + Ш а о с х
0 а о ас х о
+ Ш
+ о
Y о с о
r о с а
Ш (c) (Щ с
Ц
Ш >Х
Cl 4> с 4
> .О >а а
Г Ф и о
c3) а
Ф (О
c) I0 (О
О) (О с
C V с с
4> S
m x о с () 1
1
I
I
1
I
1
I
m I
I !
I с
I (0 I
ГО I
I ! — 1
1
3
l
I
I
1
I
I
I
1
I
1
1 !
I а с и
S х
Ф
I о
>а о
О) о
Ш
Y о с3> х
2 а с и
S г
1 (L!
>о х
Ц
Б
Р=
1
I
1 c>N> CC>
1
1
1 г(I о (О 1 а! х(> а I с с и
I (О
1:Е Ю
1 х л Ш сс> о Ю а
Л а (4 ( (» о с< ш
>I
I- С>
О н(Г> X
О> L()
S л а о х с (>
1 1
1 1
1 Ш 1
I a 1
I =(3
I .0 3
1 Ю 1 (— — --.— — — —
1 I
I i
I I
1 г- 1
1 I б (1
t I
1770379
С) Ю.О.0 (>О
С)
4 > 4 (C) Ю 4.> (=) Ю т. + л.. (0 (Q (() т I- +
0 S О
I L, S а х и а О (0. С о х о
Г() + ОО (4
CQ
С:>
С) (D
СЭ
C)
С:>
Ю
-х
Ю
CD
С> са
Л
СО
4) (:>
С)
4>
Г 4 (Ю
С:>
