Сплав для легирования

Изобретение относится к металлургии, в частности для модифицирования жаропрочных сталей и сплавов магнием. Сплав содержит, мас.%: вольфрам 25-35, магний 2-10, никель остальное. Изобретение позволяет повысить технологическую пластичность и длительную прочность жаропрочных сплавов за счет получения более узких значений магния. 1 табл., 3 ил.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сплавов, содержащих высокоактивные модифицирующие элементы, и может использоваться для легирования жаропрочных сталей и сплавов.

Для модифицирования стали и сплавов широко применяют лигатуры, содержащие редкоземельные и щелочно-земельные элементы. Эти элементы в металл вводят в виде сплавов (лигатур) с другими элементами, чаще всего с кремнием, алюминием, железом.

Например, «Ремаг» содержит 46,5% кремния [см. Ферросплавы с редкоземельными металлами / И.В.Рябчиков, В.Г.Мизин, Н.П.Лякишев, А.С.Дубровин, стр.243], «Инкомаг-2» содержит 26...33% кремния [см. там же, стр.244].

При выплавке жаропрочных сплавов на никелевой основе использование лигатур с высоким содержанием кремния невозможно, так как это приведет к ухудшению технологической пластичности готового металла.

Бескремнистые лигатуры «Инкомаг-1» и «Инкомаг-3» [см. там же, стр.244] хорошо зарекомендовали себя при модифицировании чугунов. При выплавке же жаропрочных сплавов недостатком их является наличие пироэффекта при расплавлении в момент введения, который способствует значительному перегреву металла, быстрому окислению магния и снижению эффекта модифицирования.

Для модифицирования магнием жаропрочных сплавов обычно используют Ni-Mg лигатуру, содержащую 12...17% магния, остальное никель [см. А.С.Дубровин и др. Сталь, 1985, №12, с.29], принятую за прототип. Данная лигатура даже при принудительном ее погружении усваивается очень слабо (5...20%), так как сгорает в шлаке. Нестабильность усвоения магния из этой лигатуры не обеспечивает получение высокой технологической пластичности и длительной прочности металла, что возможно только при узких пределах содержания магния в жаропрочных сплавах в пределах 0,006...0,008%.

Целью изобретения является повышение технологической пластичности и длительной прочности жаропрочных сплавов за счет получения магния в узких пределах.

Поставленная задача решается путем ввода в сплав, содержащий никель и магний, вольфрама при следующем соотношении компонентов, мас.%:

вольфрам	25...35
магний	2...10
никель	остальное

Такой сплав при введении в высокоплотные металлические расплавы до 9500 кг/м³ обеспечит получение содержания магния в узких пределах. Сплав имеет высокую плотность 10500...12000 кг/м³ (фиг.1), что выше, чем самый плотный деформируемый сплав на никелевой основе, например ХН60ВТ по ГОСТ 5632-72.

При содержании вольфрама в сплаве менее 25% он будет повышать пироэффект за счет флотирующего действия паров магния, что снизит уровень свойств готового металла.

Содержание вольфрама в сплаве более 35% значительно увеличит продолжительность растворения вольфрамсодержащих материалов в готовом сплаве (фиг.2), что приведет к удлинению продолжительности плавки.

При содержании магния в сплаве менее 2% потребуется введение большого количества сплава, вызвав, в свою очередь, необходимость перегрева металла выше верхнего предела по технологической инструкции или удлинению продолжительности плавки, что может привести к переходу магния из футеровки и шлака в жаропрочный сплав. Этот процесс является неуправляемым и снизит технологическую пластичность и длительную прочность.

При содержании магния выше 10% возрастет пироэффект и резко снизится стабильность усвоения магния (фиг.3), что приведет к снижению технологической пластичности металла при деформации.

Пример конкретного осуществления.

Сплав выплавляли в индукционной печи с основной футеровкой.

В тигель загружали магний металлический 3,6 кг (чушковый) по расчету на 6% и флюсующий материал - поваренную соль. После расплавления магния в металл присаживали металлический никель в количестве 38,6 кг. После растворения никеля и нагрева металла до 1300°С присаживали вольфрам в виде штабиков 18 кг по расчету (на 30%). После полного растворения вольфрама металл нагревали до температуры 1460...1500°С и сплав сливали в металлическую изложницу, где слиток охлаждался.

После охлаждения слиток извлекали и разделывали на куски, удобные для использования. Сплав применяли для модифицирования металла магнием.

Полученный никель-вольфрам-магниевый сплав использовали при выплавке в 6-тонной дуговой печи ШБ-ХН60ВТ. Усвоение магния в готовом металле составило 35...45%, что значительно выше, чем при использовании стандартной никель-магниевой лигатуры. Технологическая пластичность слитков сплава ШБ-ХН60ВТ на всех переделах была высокой.

Результаты испытаний длительной прочности и ударной вязкости сплава ШБ-ХН60ВТ приведены в таблице.

Таблица
	Содержание, %	Результаты испытаний
Ni	Mg	W	ударной вязкости при температуре 1200°С, кДж/м2	длительной прочности, час
Прототип	88	12	-	1735	203
Предлагаемый	79	1	20	1979	193
сплав (Ni-W-	83	2	25	2810	309
Mg)	62	8	30	2915	340
	55	10	35	2888	320
	48	12	40	2120	185

Из таблицы видно, что длительная прочность и ударная вязкость на опытных плавках сплава ШБ-ХН60ВТ, выплавленных с присадкой никель-вольфрам-магниевого сплава в заявленных пределах, имеют высокие значения. Максимальные значения длительной прочности составили 340 час и ударной вязкости при температуре 1200°С - 2915 кДж/м², против 203 час и 1735 кДж/м² соответственно при использовании никель-магниевой лигатуры.

Сплав для легирования жаропрочных сталей и сплавов, содержащий никель и магний, отличающийся тем, что он дополнительно содержит вольфрам при следующем соотношении компонентов, мас.%:

вольфрам	25-35
магний	2-10
никель	остальное