Способ получения литейных дисперсноупрочненных никелевых сплавов

 

Использование: металлургия никелевых жаропрочных сплавов, в частности получение изделий из литейных дисперсноупрочненных сплавов. Сущность: расплавляют шихту, перегревают расплав до 1630 - 1650^oС, охлаждают до 1570 - 1590^oС и вводят синтетические тугоплавкие дисперсные частицы в количестве 0,1 - 3,0% от массы шихты при интенсивном перемешивании расплава; в качестве частиц используют оксикарбонитриды титана с дисперсностью 0,005 - 0,30 мкм, которые предварительно прессуют и спекают в атмосфере азота. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии никелевых жаропрочных сплавов и может быть использовано для получения литейных дисперсноупрочненных сплавов.

Известно, что для повышения структурной однородности отливок из никелевых жаропрочных сплавов в расплав вводят с помощью лигатур дисперсные тугоплавкие частицы (например, ZrN), при этом за счет модифицирования структуры сплава ЖС6К удается повысить его жаропрочность и пластичность при комнатной температуре [1] Недостатками способа являются трудоемкость изготовления лигатуры с равномерным распределением дисперсных частиц и сложность получения в производственных условиях воспроизводимых результатов модифицирования.

За прототип выбран способ модифицирования никелевых сплавов с помощью брикетов, состоящих из металла-наполнителя и порошка карбонитрида титана, вводимых в расплав через дозатор на зеркало металла при максимальной температуре перегрева расплава 1600^оС [2] Модифицированные карбонитридами титана размером до 1 мкм в количестве 0,025 мас. сплавы ЖС6У характеризуются мелким макрозерном и повышенными пластическими характеристиками, при этом повышения характеристик длительной прочности при 975^оС не замечено (Сабуров В.П. Упрочняющее модифицирование стали и сплавов. Литейное производство, 1988, N 9, с.7-8,).

Во всех этих технологиях реализуется модифицирующее действие карбонитридов на литую структуру сплава, а также инокулирующее действие на избыточные фазы типа МеС, которые образуются во всем объеме отливки в благоприятной глобулярной форме. Сами же вводимые частицы карбонитридов из-за недостаточного их количества (0,025 мас.) и достаточно больших размеров (до 1 мкм) не вносят существенного вклада в упрочнение сплава при высоких температурах (975^оС и выше).

Цель изобретения повышение жаропрочных свойств никелевых сплавов при 975^оС и выше.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.

После расплавления исходной шихты и перегрева расплава до 1630-1650^оС, 3-5-минутной выдержки при этой температуре, а затем охлаждения до 1570-1590^оС в него вводят синтетические тугоплавкие дисперсные частицы в количестве 0,1-3,0% от массы шихты при интенсивном перемешивании расплава, причем в качестве частиц используют оксикарбонитриды титана (состоящие из 0,1-0,4 мольных долей карбида, 0,05-0,10 мольных долей оксида, остальное нитрид титана) дисперсностью 0,005-0,03 мкм, которые предварительно прессуют и спекают в атмосфере азота при 400-500^оС.

Перегрев расплава необходим для его гомогенизации после расплавления шихты. Температурный интервал перегрева обусловлен эффективностью процесса гомогенизации расплава и ограничен температурой 1650^оС, выше которой начинается активное испарение хрома и взаимодействие легирующих с футеровкой тигля. Дальнейшее охлаждение расплава необходимо, чтобы обеспечить термохимическую устойчивость вводимых в него частиц. При этом введение частиц сопровождается интенсивным перемешиванием расплава, обеспечивающим их равномерное распределение в объеме металла. В предлагаемом способе вводимые частицы вносят непосредственный вклад в упрочнение сплава, являясь препятствиями на пути движущихся дислокаций. По этой причине регламентирован размер вводимых частиц (0,005-0,03 мкм). Высокая степень усвоения частиц расплавом и устойчивость полученной взвеси достигаются за счет оптимального состава оксикарбонитридов титана. Заявленный состав этих соединений обеспечивает хорошую смачиваемость никелевыми жаропрочными сплавами и их химическую инертность в последних, что в совокупности обеспечивает беспрепятственное введение частиц в расплав и их термовременную устойчивость против коагуляции и растворения.

П р и м е р. Выплавка по предлагаемому способу (сплав N 1 из таблицы) проводилась в вакуумной индукционной печи УВНК-8П с набивным корундовым тиглем. В качестве исходной шихтовой заготовки использовали стандартные прутки сплава ЖС32 промышленной выплавки массой 4 кг. После расплавления в вакууме 5^.10^-3 гПа расплав перегрели до 1630^оС и выдержали в течение 3 мин, затем температуру снижали до 1570^оС и на поверхность расплава присаживали предварительно спрессованные и спеченные в азоте частицы оксикарбонитридов титана дисперсностью 0,005 мкм в количестве 0,1% от массы шихты при интенсивном перемешивании расплава в течение 1 мин. Далее температуру расплава снижали до 1540^оС и производили разливку металла в форме. Из полученного металла после стандартной термической обработки изготавливали образцы для механических испытаний.

Результаты сравнительных испытаний механических свойств сплавов представлены в таблице. Как следует из этих результатов, предложенный способ обеспечивает повышение жаропрочности, оцененной временем до разрушения образцов, в 1,5-2,0 раза по сравнению с прототипом. Эта разница особенно значима при 975^оС и выше.

Формула изобретения

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИТЕЙНЫХ ДИСПЕРСНОУПРОЧНЕННЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ, включающий расплавление шихты, перегрев расплава и введение синтетических тугоплавких дисперсных частиц, отличающийся тем, что расплав перегревают до 1630 1650^oС, а затем охлаждают до 1570 1590^oС и вводят частицы в количестве 0,1 0,3% от массы шихты при интенсивном перемешивании расплава, причем в качестве частиц используют оксикарбонитриды титана дисперсностью 0,005 0,030 мкм, которые предварительно прессуют и спекают в атмосфере азота.

РИСУНКИ

Рисунок 1