Способ получения порошков из жаропрочных никелевых сплавов

Изобретение относится к получению порошков жаропрочных никелевых сплавов. Способ включает плавление торца вращающейся цилиндрической литой заготовки потоком плазмы с обеспечением центробежного распыления расплава и образованием частиц затвердевающих в микрослитки при полете в атмосфере холодной плазмообразующей смеси газов, содержащей инертные газы и водород. В плазмообразующую смесь газов дополнительно вводят азот и поддерживают его концентрацию в смеси на уровне, обеспечивающем путем ионизации газов в потоке плазмы и взаимодействия ионов с расплавом насыщение расплава азотом до уровня, превышающего предельную растворимость его в твердом растворе, характерную для жаропрочных сплавов на никелевой основе. Охлаждают микрослитки в холодной плазмообразующей смеси газов со скоростью не менее 103 °C/с. Обеспечивается повышение прочностных характеристик жаропрочных никелевых сплавов. 1 табл., 1 ил.

 

Изобретение относится к металлургии, к области производства порошков в виде микрослитков, предназначенных для последующей переработки методом горячего изостатического прессования (ГИП).

Известен способ получения порошков в виде микрослитков методом вращающейся цилиндрической заготовки, торец которой оплавляют плазменной струей («Установка для получения порошков методом центробежного распыления вращающейся заготовки», авт. Кононов И.А. и др. в сб. «Металлургия гранул» под ред. Белова А.Ф., вып. 2, Москва, 1984 г., с. 242-250).

Метод позволяет получать химически однородные микрослитки, однако на их поверхности образуется окисная пленка, не позволяющая при ГИП обеспечить полную консолидацию микрослитков в компактную заготовку (изделие). Соответственно, изделия обладают пониженным комплексом механических свойств.

Известен способ получения микрослитков из расплава методом центробежного распыления, включающий плавление литой заготовки плазменной струей, формируемой из плазмообразующего газа, подаваемой на торец вращающейся заготовки с образованием частиц расплава, затвердевающих в атмосфере плазмообразующего газа в микрослитки. При плавлении литой заготовки в плазменную струю вводят водород, обеспечивают его ионизацию и взаимодействие ионов водорода с окислами на поверхности расплава, с выводом образующейся в результате взаимодействия влаги методом вымораживания (Патент РФ №2536122 от 29.04.2013 г.) (прототип).

Данный способ, выбранный за прототип, позволяет получать порошки в виде микрослитков из жаропрочных никелевых сплавов с пониженным содержанием кислорода. Материал заготовки, сформированный методом ГИП из этих микрослитков, обладает повышенными кратковременными прочностными характеристиками. Однако этот способ не обеспечивает достаточную длительную прочность жаропрочных никелевых сплавов.

Техническим результатом изобретения является повышение прочностных характеристик жаропрочных никелевых сплавов, в том числе длительной прочности.

Технический результат достигается в способе, который включает плавление вращающейся цилиндрической литой заготовки потоком плазмы, направленным на ее торец, и центробежное распыление расплава с образованием частиц, затвердевающих в микрослитки при полете в атмосфере холодной плазмообразующей смеси газов, содержащей инертные газы и водород.

При этом в плазмообразующую смесь газов дополнительно вводят азот и поддерживают его концентрацию в смеси на уровне, обеспечивающем, за счет ионизации газов в потоке плазмы и взаимодействия ионов с расплавом, насыщение расплава азотом до уровня, превышающего предельную растворимость его в твердом растворе, характерного для жаропрочных сплавов на никелевой основе, а охлаждение микрослитков в холодной плазмообразующей смеси газов обеспечивают со скоростью не менее 103 °C/с.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что в плазмообразующую смесь газов дополнительно вводят азот и поддерживают его концентрацию в смеси на уровне, обеспечивающем, за счет ионизации газов в потоке плазмы и взаимодействия ионов с расплавом, насыщение расплава азотом до уровня, превышающего предельную растворимость его в твердом растворе, характерную для жаропрочных сплавов на никелевой основе, а охлаждение микрослитков в холодной плазмообразующей смеси газов обеспечивают со скоростью не менее 103 °C/с.

Ионизация азота, отсутствие оксидных плен, удаляемых с поверхности расплава с помощью ионизированного водорода, снимает кинетические барьеры для перехода азота в пленку расплава на торце литой заготовки.

Насыщение расплава расплавляемой заготовки азотом до концентраций, превышающих его растворимость в твердом растворе жаропрочных никелевых сплавов и охлаждение частиц расплава с высокой скоростью, не менее 1×103 °C/с, приводит к пересыщению азотом твердого раствора в образующихся микрослитках.

Последующая переработка микрослитков в компактную заготовку методом ГИП приводит к распаду твердого раствора в металле с образованием наноразмерных нитридных частиц с кристаллической решеткой, когерентной решетке твердого раствора. Такие частицы эффективно упрочняют твердый раствор, что, в конечном счете, позволяет повысить прочностные характеристики жаропрочных никелевых сплавов, в том числе их длительную прочность.

Если скорость охлаждения уменьшить до значений, меньших 1×103 °C/с, то из расплава будут выделяться относительно крупные частицы нитридной или карбонитридной избыточной фазы. В этом случае нарушается когерентная связь кристаллических решеток частиц и твердого раствора и эти частицы не только не упрочняют жаропрочные никелевые сплавы, но и, являясь концентраторами напряжений, снижают прочностные характеристики этих сплавов.

Дозирование азота, вводимого в плазмообразующий газ и поддержание его концентрации на требуемом уровне, который устанавливают экспериментально, обеспечивают в процессе получения микрослитков системой управления.

Принципиальная схема реализации предлагаемого способа изображена на рис. 1.

Вращающаяся с угловой скоростью ω заготовка (2) поступает в камеру распыления (1) под струю плазмы от плазмотрона (3).

Расплав, образующийся на торце вращающейся заготовки (2), отбрасывается в виде отдельных капель с ее периферии центробежными силами. В процессе полета в камере распыления (1) капли расплава охлаждаются в газе, заполняющем камеру, кристаллизуются и в виде микрослитков поступают в приемный бункер (8).

Плазмообразующий газ поступает в камеру (1) перед началом процесса из ресивера газовой станции (7) через клапан (9). При работе плазмообразующий газ рециркулирует через камеру (1), холодильник (12) и плазмотрон (3) с помощью компрессора (6). Охлаждение газа и вымораживание влаги из него обеспечивает холодильник (12).

Состав рециркулирующего плазмообразующего газа контролирует и корректирует блок регулирования (5), который по сигналу его датчиков посредством автоматических клапанов (9) управляет подачей компонентов газовой смеси - порции водорода и азота от источника (10) или порции свежего газа от ресивера газовой станции (7) в смеситель (4). Смеситель (4) обеспечивает подмешивание требуемой порции газовой компоненты в поток рециркулирующего газа и доведение до требуемого уровня его состава. Рост давления в камере (1) от ввода в нее дополнительных порций газа контролирует автоматический клапан (9), действующий по сигналу от манометра (11), выпуская соответствующую порцию плазмообразующего газа в атмосферу.

Предлагаемый способ получения микрослитков был опробован экспериментально на установке центробежного распыления типа УЦР. При этом на ней была распылена партия заготовок ∅ 80 мм, длиной L=700 мм в количестве 60 шт. из никелевого сплава ЭП-741НП на частицы крупностью 140 мкм, при окружной скорости вращения периферии заготовки ~ 50 м/сек и при скорости плавления ~ 100 кг/час.

В процессе распыления в плазмообразующий газ состава 10% Ar + 90% Не вводили водород (H2) в количестве 0,3÷0,5 л/мин и азот 1,0÷1,5 л/мин.

Удаление оксидных плен с поверхности расплава в процессе оплавления заготовки плазменным потоком вследствие взаимодействия их с ионами водорода обеспечило интенсивное взаимодействие расплава с ионами азота и насыщение металла азотом вплоть до уровня, превышающего растворимость его в твердом растворе сплава ЭП-741НП, а высокая скорость охлаждения частиц расплава в полете в холодном плазмообразующем газе сформировала микрослитки с зафиксированной в них равномерно распределенной карбидной упрочняющей фазой в виде наноразмерных частиц. В итоге было обеспечено повышение прочностных свойств сплава, в том числе его длительная прочность.

Результаты сравнительного анализа механических свойств материалов, полученных по способу-прототипу и предлагаемому способу на сплаве ЭП-741НП, после компактирования из микрослитков заготовок методом ГИП, представлены в табл. №1.

Как следует из данных, приведенных в таблице 1, кратковременные прочностные характеристики повысились, при этом длительная прочность возросла на 50 МПа.

Способ получения порошков из жаропрочных никелевых сплавов, включающий плавление вращающейся цилиндрической литой заготовки потоком плазмы, направленным на ее торец, с обеспечением центробежного распыления расплава и образованием частиц, затвердевающих в микрослитки при полете в атмосфере холодной плазмообразующей смеси газов, содержащей инертные газы и водород, отличающийся тем, что в плазмообразующую смесь газов дополнительно вводят азот и поддерживают его концентрацию в смеси на уровне, обеспечивающем путем ионизации газов в потоке плазмы и взаимодействия ионов с расплавом насыщение расплава азотом до уровня, превышающего предельную растворимость его в твердом растворе, характерную для жаропрочных сплавов на никелевой основе, при этом обеспечивают охлаждение микрослитков в холодной плазмообразующей смеси газов со скоростью не менее 103 °C/с.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу изготовления никель-титановых прокатных изделий, и может быть использовано для изготовления исполнительно-приводных механизмов, имплантируемых стентов и других медицинских устройств.

Группа изобретений относится к спеченному композитному материалу и получению из него инструментов, а именно формующих или измельчающих. Способ получения спеченного композитного материала включает спекание состава, содержащего по меньшей мере один твердый носитель, выбранный из группы, состоящей из карбидов, нитридов, боридов и карбонитридов, и связующий сплав, включающий от 66 до 93 мас.% никеля, от 7 до 34 мас.% железа, от 0 до 9 мас.% кобальта и до 30 мас.% одного или нескольких элементов, выбранных из группы, состоящей из W, Mo, Cr, V, Та, Nb, Ti, Zr, Hf, Re, Ru, Al, Mn, B, N и С.

Изобретение относится к электрохимическому получению наноразмерных порошков интерметаллидов гольмия и никеля, которые могут быть использованы в качестве катализаторов в химической и нефтехимической промышленности, в водородной энергетике для обратимого сорбирования водорода, а также для создания магнитных материалов.

Изобретение относится к области металлургии, преимущественно к композиционным материалам на основе нитинола, и предназначено для изготовления деталей микромашин и механизмов, медицинских инструментов.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе никеля, и может быть использовано в машиностроении, нефтяной, текстильной и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к элинварным сплавам, и может быть использовано при изготовлении деталей упругочувствительных элементов точного приборостроения, силовых пружин и конструкционных деталей специального назначения.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе никеля, предназначенным для изготовления деталей и узлов, обладающих высоким уровнем износо- и коррозионной стойкости, антифрикционных свойств, применяемых в авиационной промышленности.

Изобретение относится к изготовлению сплавов на основе никелида титана, применяемых для медицинских имплантатов. Способ изготовления литых изделий включает переплав металлического полуфабриката индукционной центробежной плавкой в карборундовом тигле.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к деформационно-термомеханической обработке монокристаллов ферромагнитных сплавов Ni-Fe-Ga-Co. Способ получения нанокомпозита с двойным эффектом памяти формы на основе монокристаллов ферромагнитного сплава Ni49Fe18Ga27Co6 включает отжиг монокристалла в атмосфере инертного газа с последующей закалкой в воду и старение под нагрузкой при 673 K в вакууме.

Группа изобретений относится к металлическим волокнам жаростойкого сплава, которые могут быть использованы для получения истираемых уплотнений проточной части турбины авиационного газотурбинного двигателя.

Изобретение относится к получению сферического порошка из интерметаллидного сплава. Способ включает оплавление торца вращающейся вокруг горизонтальной оси цилиндрической заготовки из интерметаллидного сплава в камере распыления плазменной струей дугового плазмотрона с обеспечением центробежного распыления расплавленных частиц и их затвердевания при полете в среде рабочих газов, при этом производят забор горячей смеси рабочих газов из камеры распыления, охлаждают ее и подают охлажденную смесь рабочих газов в камеру распыления с обеспечением охлаждения расплавленных частиц, причем затвердевшие частицы собирают в приемном бункере.

Изобретение относится к получению гранул магниевых сплавов. Способ включает распыление жидкого расплава магниевого сплава в защитной газовой среде с помощью вращающегося стакана-распылителя.

Изобретение относится к порошковой металлургии с использованием технологии быстрой кристаллизации, в частности к получению заготовок из алюминиевых сплавов. Предложенный способ включает приготовление алюминиевого расплава, центробежное литье гранул, их охлаждение и последующую ступенчатую вакуумную дегазацию в герметичных технологических капсулах, затем ведут компактирование гранул в герметичных технологических капсулах без дополнительного нагрева в контейнере пресса, нагретом до температуры не менее 400°C, и механическую обточку скомпактированных брикетов с получением компактных заготовок.

Изобретение относится к порошковой металлургии жаропрочных никелевых сплавов и используется при производстве изделий, работающих при высоких температурах с повышенным ресурсом в газотурбинных двигателях летательных аппаратов и газоперекачивающих станциях.

Изобретение относится к порошковой металлургии. Способ получения ультрадисперсного металлического порошка с размерами частиц 10-2000 мкм включает подачу металлического стержня в камеру электродугового плазмотрона постоянного тока с плазмообразующим газом аргоном, обработку его в потоке плазмы с последующим охлаждением и конденсацией порошка в приемном бункере.

Изобретение относится к получению титановых гранул. Устройство содержит рабочую камеру, выполненную с возможностью заполнения ее инертным рабочим газом, плазмотрон для плавления вращающейся заготовки с обеспечением центробежного распыления капель расплавленного материала, компрессор с трубопроводами для непрерывной откачки инертного рабочего газа из рабочей камеры и соединенный с рабочей камерой приемный бункер для сбора гранул.

Группа изобретений относится к получению титановой дроби. Оплавляют торец вращающейся вокруг горизонтальной оси цилиндрической титановой заготовки плазменной струей плазмотрона с обеспечением центробежного распыления расплавленных частиц дроби в камере распыления и затвердевания их в среде рабочих газов, проводят сбор дроби из камеры распыления через приемную трубу в приемный бункер.

Изобретение относится к металлургии. Устройство для получения медных гранул содержит лоток для подачи расплавленного металла, емкость с охлаждающей жидкостью, съемный контейнер, выполненный в виде установленной в емкости конической корзины с сетчатым днищем, и замкнутый циркуляционный контур охлаждающей жидкости, включающий ультразвуковой центробежный диспергатор, соединенный с сопловыми насадками, установленными в емкости над уровнем охлаждающей жидкости под углом 2-5° к горизонту диаметрально и тангенциально внутренней боковой поверхности корзины с обеспечением кругового движения охлаждающей жидкости в корзине.

Изобретение относится к получению металлических порошков. Установка содержит камеру с накопителем заготовок и устройством их поштучной подачи на распыление, камеру с механизмом вращения заготовки в виде двух приводных опорных барабанов с нажимным роликом и механизмом продольной подачи заготовки с толкателем, камеру плавления с плазмотроном, направленным на торец распыляемой заготовки.

Изобретение относится к металлургии, к области производства слитков, предназначенных для последующей переработки методом горячего изостатического прессования (ГИП).

Изобретение относится к области плазменной техники. Предложен способ измерения зазора в плазменной струе между плазмотроном и заготовкой в производстве металлических порошков и гранул. В заявленном способе измерения зазора в плазменной струе между плазмотроном и заготовкой в производстве металлических порошков и гранул производят видеосъемку процесса плавления заготовки цифровой цветной FHD-видеокамерой с черным светофильтром высокой плотности, передачу изображения на ЭВМ. Полученное цифровое изображение подвергается операциям исключения засветок, бликов и избыточности посредством цифрового кадрирования, фильтрации синего и интерактивного формирования полихромного цветового профиля, последующего преобразования в изображение в градациях серого, бинаризации с заданным порогом, выделения информативной области черно-белого изображения по максимуму плотности пиксельного горизонтального заполнения в продольно-вертикальной плоскости. Полученное изображение сравнивают со шкалой измерительной калиброванной размерной сетки и получают результат однократного измерения зазора. Производят накопление выборки измерений и их статистическую обработку с последующей оценкой среднего значения величины зазора и дисперсии. Технический результат - повышение производительности технологического процесса центробежного распыления заготовки. 1 ил.

Изобретение относится к получению порошков жаропрочных никелевых сплавов. Способ включает плавление торца вращающейся цилиндрической литой заготовки потоком плазмы с обеспечением центробежного распыления расплава и образованием частиц затвердевающих в микрослитки при полете в атмосфере холодной плазмообразующей смеси газов, содержащей инертные газы и водород. В плазмообразующую смесь газов дополнительно вводят азот и поддерживают его концентрацию в смеси на уровне, обеспечивающем путем ионизации газов в потоке плазмы и взаимодействия ионов с расплавом насыщение расплава азотом до уровня, превышающего предельную растворимость его в твердом растворе, характерную для жаропрочных сплавов на никелевой основе. Охлаждают микрослитки в холодной плазмообразующей смеси газов со скоростью не менее 103 °Cс. Обеспечивается повышение прочностных характеристик жаропрочных никелевых сплавов. 1 табл., 1 ил.

Наверх