Жаропрочный сплав на основе хрома и способ выплавки сплава на основе хрома



Жаропрочный сплав на основе хрома и способ выплавки сплава на основе хрома
Жаропрочный сплав на основе хрома и способ выплавки сплава на основе хрома
Жаропрочный сплав на основе хрома и способ выплавки сплава на основе хрома
Жаропрочный сплав на основе хрома и способ выплавки сплава на основе хрома
Жаропрочный сплав на основе хрома и способ выплавки сплава на основе хрома
Жаропрочный сплав на основе хрома и способ выплавки сплава на основе хрома
Жаропрочный сплав на основе хрома и способ выплавки сплава на основе хрома
Жаропрочный сплав на основе хрома и способ выплавки сплава на основе хрома
Жаропрочный сплав на основе хрома и способ выплавки сплава на основе хрома

 


Владельцы патента RU 2557438:

Открытое Акционерное Общество "Композит" (RU)

Изобретение относится к области специальной электрометаллургии, а именно к вакуумно-индукционной выплавке сплава на основе хрома. Для повышения горячей пластичности используют жаропрочный сплав, содержащий, в мас. %: никель 31-33, вольфрам 1-3, ванадий 0,1-0,4, титан 0,05-0,3, алюминий + кремний не более 0,2, кислород не более 0.08, азот не более 0,04, железо не более 0,5, углерод не более 0,08, хром - остальное и имеющий в литом состоянии структуру, не содержащую эвтектики. Для обеспечения высокого качества слитка из указанного сплава и повышения выхода годного металла за счет исключения подкорковых пузырей на поверхности слитка и уменьшения усадочной раковины, а также повышенной пластичности сплава при последующей горячей пластической деформации в вакуумную электрическую печь загружают шихту, состоящую из чистых исходных материалов: электролитически рафинированного хрома, никеля вольфрама, ванадия, титана, микролегирующих добавок для раскисления и модифицирования сплава, расплавляют шихту и полученный расплав металла разливают в изложницы при температуре 1550-1570°С. 2 н. п. ф-лы, 4 табл., 6 ил., 1 пр.

 

Группа изобретений относится к области металлургии и может быть использована для изготовления деталей из жаропрочного сплава на основе хрома, работающего при высоких температурах и в агрессивных средах, и к специальной электрометаллургии, а именно к вакуумно-индукционной выплавке жаропрочного сплава.

Известен жаропрочный сплав на основе хрома, содержащий, вольфрам, цирконий или гафний, титан, окисел лантаноида, марганец (RU 2236480 C1, С22С 27/06, 20.09.2004).

Наиболее близким аналогом изобретения является сплав на основе хрома, содержащий, мас. %: Ni - 32, W - 1,5, V 0,1-0,4, Ti 0,05-0,25, примеси не более: С 0,08, О2 0,03, N2 0,04, Cr - основа (Материалы в машиностроении. Выбор и применение. Справочник т. 3, «Специальные стали и сплавы», под ред. Химушина Ф.Ф., М., Машиностроение, 1968, с. 423).

Однако указанный состав не позволяет осуществлять производство реальных промышленных сплавов, поскольку в нем отсутствуют пределы содержаний никеля, вольфрама и соответственно хрома. Кроме того, недостаточность ограничений по содержанию примесей не позволяет получить сплав необходимой чистоты, это приводит к увеличению количества неметаллических включений и снижает технологическую пластичность сплава. Кроме того, не регламентированы требования к структуре сплава в литом состоянии, в частности к наличию или отсутствию эвтектики. Наличие в структуре эвтектики снижает пластичность сплава, затрудняя его пластическую деформацию.

Известен способ выплавки высокохромистого сплава, включающий загрузку шихты, содержащей электролитически нерафинированный хром, никель, шлакообразующие компоненты и раскислители, их расплавление и разливку в изложницы (RU 2070228 C1, С21С 5/52, 10.12.1996).

Отсутствие в известном способе регламентированной температуры разливки сплава, не позволяет стабильно получать качественные слитки, иметь высокий выход годного металла.

Техническим результатом заявленной группы изобретений является получение сплава, с малым количеством неметаллических включений и не содержащего в структуре эвтектики, что обеспечивает повышение технологических свойств сплава, а именно горячей пластичности, а также обеспечение качества слитка и повышения выхода годного металла за счет исключения подкорковых пузырей на поверхности слитка и уменьшения усадочной раковины.

Для достижения технического результата жаропрочный сплав на основе хрома, содержит никель, вольфрам, ванадий, титан, алюминий, кремний, кислород, азот, железо, углерод при следующем соотношении компонентов, мас. %:

никель 31-33
вольфрам 1-3
ванадий 0,1-0,4
титан 0,05-0,3
алюминий + кремний не более 0,2
кислород не более 0.08
азот не более 0,04
железо не более 0,5
углерод не более 0,08
хром остальное,

имеющий в литом состоянии структуру, не содержащую эвтектики.

Ограничения по содержанию кремния, алюминия, железа уменьшает количество неметаллических включений; содержание никеля в сплаве не более 33 мас. % в соответствии с диаграммой состояния Ni-Cr (фиг.1) обеспечивает отсутствие эвтектики в структуре (табл. 1), все это приводит к повышению пластичности сплава - относительного удлинения (δ) и сужения (ψ).

В соответствии с диаграммой состояния Ni-Cr сплав с содержанием 35% масс. Ni содержит до 10% об. эвтектики (фиг. 2); при содержании 34% масс. Ni эвтектики быть не должно (фиг. 1). Однако вследствие ликвации в реальных сплавах образуется эвтектика в зонах, обогащенных никелем (фиг. 3).

Особенно важно, что при повышенных температурах горячей пластической деформации показатели пластичности предлагаемого сплава выше в полтора-два раза (табл. 2) за счет изменения его химического состава.

Таблица 1
Содержание Ni в сплаве, масс. % Наличие эвтектики в структуре
34,9 присутствует (см. фиг.2)
33,8 следы (см. фиг.3)
33,0 отсутствует

Снижение содержания никеля в сплаве менее 31 масс. % приводит к повышению температуры солидус (см. фиг. 1), укрупнению зерна и снижению механических свойств и горячей пластичности.

Для достижения технического результата способ выплавки сплава на основе хрома включает загрузку в вакуумную электоропечь шихты, состоящей из чистых исходных материалов: электролитически рафинированного хрома, никеля вольфрама, ванадия, титана, микролегирующих добавок в виде церия и лигатуры никель-магний-церий для раскисления и модифицирования сплава, их расплавление и разливку расплава в изложницы при температуре 1550-1570°С.

Пример реализации способа

Осуществляли выплавку высокохромистого сплава. Для выплавки сплава использовали следующие шихтовые чистые исходные материалы: электролитический рафинированный хром марки ЭРХ, никель, вольфрам, ванадий, титан. Использование чистых исходных материалов связано с необходимостью обеспечения высоких требований по ограничению содержания в сплаве газовых примесей и примесей железа, углерода, кремния и алюминия. Для раскисления и модифицирования сплава в качестве микролегирующих добавок использовали церий и лигатуру никель-магний-церий.

Использование для раскисления и модифицирования сплава микролегирующих добавок в количестве 0,123 (табл.3) не влияют на окончательный состав сплава.

Расчетное содержание легирующих элементов и пример шихтовки сплава приведен в табл. 3.

Шихтовые материалы загружают в тигель печи. Часть хрома укладывают в корзину печи для введения в тигель после расплавления основной части шихты. Титан, ванадий и микродобавки размещают в ячейках дозатора.

После размещения шихты камеру печи герметизируют и вакуумируют до давления 10-3 мм.рт. ст., выдерживают при этом давлении в течение 10-15 мин для дегазации шихты, а затем в камеру напускают нейтральный газ аргон повышенной чистоты и включают источник питания - преобразователь высокой частоты для нагрева и расплавления шихты.

Шихту нагревают до температуры 1600-1620°С до полного расплавления, выдерживают при этой температуре 5-10 мин, а затем снижают температуру до 1550-1570°С и вводят в расплав ванадий и титан, а через 1-2 мин - церий и лигатуру, после чего разливают в кокильные изложницы диаметром 90 мм. Из одной плавки сплава массой ~120 кг изготавливают 3 слитка массой ~40 кг (с прибыльной частью) каждый.

Всего было выплавлено 4 плавки, отлито 12 слитков сплава, их состав, приведенный в табл. 4, соответствовал ТУ 1-809-321-87.

При отработке параметров процесса на отдельных плавках варьировали температуру разливки.

Параметром, существенно влияющим на качество слитка, является температура разливки металла.

Для исследования влияния температуры разливки на качество слитка были проведены плавки с температурой металла перед разливкой 1600-1620°С, 1550-1570°С, 1500-1520°С.

Температура расплава свыше 1600°С надежно обеспечивает разливку всей плавки в три изложницы без захолаживания металла в плавильном тигле. Однако, в этом случае наблюдали сильное разбрызгивание металла в изложнице. Капли металла застывали на поверхности изложницы и приводили к образованию неровной, пористой поверхности слитка и подкорковых пузырей (фиг. 4).

Такие дефекты снижают коэффициент использования металла и увеличивают затраты на механическую обработку слитков для дальнейшего передела.

При разливке металла с температурой ниже 1520°С наблюдали ускоренную кристаллизацию металла в изложнице и прибыльной надставке, что приводит к увеличению глубины залегания усадочной раковины до 1/3 высоты слитка и снижению выхода годного металла (фиг. 5).

Удовлетворительное качество поверхности слитка и образование малой усадочной раковины на глубине не более 50 мм от прибыльной части обеспечивается при разливке металла в изложницы с температурой расплава 1550-1570°С (фиг. 6).

1. Жаропрочный сплав на основе хрома, содержащий никель, вольфрам, ванадий, титан, алюминий, кремний, кислород, азот, железо, углерод, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

никель 31-33
вольфрам 1-3
ванадий 0,1-0,4
титан 0,05-0,3
алюминий + кремний не более 0,2
кислород не более 0,08
азот не более 0,04
железо не более 0,5
углерод не более 0,08
хром остальное,

который имеет в литом состоянии структуру, не содержащую эвтектики.

2. Способ выплавки жаропрочного сплава по п. 1, включающий загрузку в вакуумную электоропечь шихты, состоящей из чистых исходных материалов, включающих электролитически рафинированный хром, никель и вольфрам, нагрев шихты до температуры 1600-1620°С до ее полного расплавления, выдержку 5-10 минут, снижение температуры до 1550-1570°С и ввод в расплав ванадия и титана, а через 1-2 минуты для раскисления и модифицирования - микролегирующих добавок, после чего разливают расплав в изложницы при температуре 1550-1570°С с обеспечением получения в литом состоянии сплава структуры, не содержащей эвтектики.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к деформируемым сплавам на основе хрома, работающим в окислительных средах при повышенных температурах в течение длительного времени. Сплав на основе хрома содержит, мас.%: никель 20,0-40,0, вольфрам 0,5-5,0, ванадий 0,05-1,0, титан 0,05-1,0, железо 0,1-5,0, хром - остальное.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к элементу скольжения двигателя внутреннего сгорания. Элемент скольжения двигателя внутреннего сгорания включает основу и покрытие, полученное посредством термического напыления порошка, содержащего, мас.%: от 55 до 75 Cr, от 3 до 10 Si, от 18 до 35 Ni, от 0,1 до 2 Мо, от 0,1 до 3 C, от 0,5 до 2 B и от 0 до 3 Fe.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к термической обработке заготовок из сплава Х65НВФТ на основе хрома. Для повышения жаростойкости сплава заготовку из сплава Х65НВФТ подвергают закалке путем нагрева до температуры 1270±10°C с выдержкой при этой температуре в течение 20 мин и охлаждают в масло.

Изобретение относится к области термической обработки. Техническим результатом изобретения является снижение твердости и стабилизация ее значений упрочненных заготовок из сплава Х65НВФТ.
Сплав // 2423542
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления деталей песчаных насосов, мельниц. .
Сплав // 2423541
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления деталей песчаных насосов, мельниц. .
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для изготовления прокатных валков, деталей мельниц. .
Изобретение относится к металлургии, в частности к сплавам на основе хрома. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам модификаторов для улучшения свойств отливок из жаропрочных сплавов, применяемых для изготовления паросиловых и газотурбинных установок различного назначения.
Изобретение относится к области металлургии и касается составов на основе хрома, которые могут быть использованы для изготовления прокатных валков, деталей мельниц.
Изобретение относится к металлургии алюминиевых сплавов, содержащих металлы, практически не растворяющиеся в твердом алюминии: железо, никель, кобальт, редкоземельные металлы, иттрий, и предназначено для изготовления проводников электрического тока в виде проволоки диаметром 0,1-0,3 мм, работающих при повышенных температурах до 250°C.

Изобретение относится к металлургии. Пористый сплав на основе никелида титана для медицинских имплантатов, полученный самораспространяющимся высокотемпературным синтезом, содержит в качестве легирующей добавки медь, замещающую никель, в концентрации от 3 до 6 атомарных процентов.

Алюминий-медный сплав для литья, содержащий по существу нерастворимые частицы, которые занимают междендритные области сплава, и свободный титан в количестве, достаточном для измельчения зернистой структуры в литейном сплаве.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению лигатуры никель-редкоземельный металл. В способе расплавляют никель, выдерживают полученный расплав и смешивают его с редкоземельным металлом, производят индукционное перемешивание расплава, его разливку и охлаждение, при этом расплавляют никель в вакууме в инертном тигле индукционной печи, полученный расплав нагревают до температуры 1500-1700°C и выдерживают до его дегазации в плавильной камере под вакуумом, после чего снижают температуру расплава никеля до 1400-1550°C и в вакууме или атмосфере инертного газа порционно добавляют в него редкоземельный металл.
Заявленное изобретение относится к порошковой металлургии. Готовят шихту из металлических компонентов заданного состава псевдосплава путем их перемешивания, полученную шихту прессуют.
Изобретение относится к области металлургии, в частности для получения пропиткой композиционных материалов, имеющих пористый углеграфитовый каркас, и может быть использовано для получения вкладышей радиальных и упорных подшипников, направляющих втулок, пластин, поршневых колец, щеток, вставок пантографов, токосъемников, а также в различных узлах и изделиях ракетно-космического назначения.

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Готовят смесь, содержащую не более 65 мас.% порошка, полученного методом плазменного распыления титанового сплава ВТ-22, не менее 30 мас.% смеси технических порошков титана ПТМ и никеля ПНК, взятых в соотношении 1:1, и 3-5 мас.% полученного электролизом порошка меди ПМС-1 фракции менее 50 мкм.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению литых алюмоматричных композиционных сплавов. Способ включает плавление алюминия, введение в расплав порциями экзотермической шихты, состоящей из порошков титана и углерода, и перемешивание расплава, при этом перед введением в расплав экзотермическую шихту гранулируют с использованием связующего, являющегося флюсом и представляющим собой фторкаучук, с получением гранул размером 0,2-6,0 мм и содержанием сухого фторкаучука 1-2%, полученные гранулы вводят в расплав порциями в алюминиевой фольге толщиной 0,2-0,5 мм, а по окончании ввода шихты осуществляют выдержку расплава не менее 5 мин.
Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам получения высокопористых ячеистых материалов (ВПЯМ), предназначенных для использования в качестве фильтров, шумопоглотителей, носителей катализаторов, теплообменных систем, конструкционных материалов, работающих в условиях высоких температур, и может найти применение в энергетике, машиностроительной, химической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области материаловедения и может быть использовано для получения многослойных композитов на основе системы Ni-Al, а также прекурсоров для синтеза наноструктурных интерметаллических соединений данной системы.

Изобретение может быть использовано в металлургии. Способ переработки бериллийсодержащих отходов производства медно-бериллиевой лигатуры включает плавление с флюсом, выдержку расплава и последующее разделение продуктов плавки с получением металлической фазы и вторичного шлака. Процесс плавления ведут при температуре 1250-1350°C с выдержкой расплава 15-30 мин. В процессе плавления шихты в качестве флюса используют комбинированный фторщелочной флюс. В качестве фторагента при этом берут отход производства металлического бериллия - фторид магния. В качестве щелочного агента используют соду. Соотношение компонентов флюса от исходной массы отходов следующее: фторид магния 15-50%, сода 5-20%. По окончании процесса плавления проводят раздельный слив сначала более легкого вторичного шлака, затем металлической фазы. Металлическую фазу используют как оборотный продукт при выплавке медно-бериллиевой лигатуры. Полученный вторичный шлак перерабатывают методом плавления с флотоконцентратами с получением гидроксида бериллия, а затем металлического бериллия. Изобретение позволяет организовать безотходную технологию и улучшить состояние окружающей среды. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 5 табл., 2 пр.
Наверх