Модификатор для жаропрочных никельхромовых сплавов

Изобретение относится к области металлургии, а именно к модифицированию жаропрочных сплавов на основе тугоплавких элементов никеля, хрома, молибдена, кобальта, вольфрама ультрадисперсными порошковыми комплексами тугоплавких соединений. Модификатор содержит, мас.%: ультрадисперсный порошок карбонитрида титана 2,0-7,0, порошок титана 15,0-20,0, порошок никеля 10,0-15,0, порошок хрома 5,0-6,0, порошок молибдена 5,0-6,0, порошок вольфрама 5,0-6,0, порошок кобальта 5,0-6,0, порошок алюминия 12,0-15,0, порошок магния 8,0-12,0, порошок марганца 4,0-5,0 и порошок железа 2,0-5,0. Размер частиц ультрадисперсного порошка карбонитрида титана составляет 0,01-0,10 мкм, размер частиц порошка титана составляет 0,10-0,50 мкм, а размер частиц порошков никеля, хрома, молибдена, вольфрама и кобальта составляет 50-100 мкм, а размер частиц алюминия, магния, марганца, железа не превышает 40-60 мкм. Изобретение обеспечивает получение сплава ЖС6-К с мелкозернистой равномерной структурой и стабильными высокими физико-механическими свойствами. 1 табл.

 

Изобретение относится к области металлургии, а именно, к модифицированию жаропрочных сплавов на основе тугоплавких элементов никеля, хрома, молибдена, кобальта, вольфрама типа: ЭП-202, ЖС3-ДК, ЖС6-К ультрадисперсными порошковыми комплексами (УДПК) тугоплавких соединений.

Повышение эффективности и надежности работы изделий, применяемых в космонавтике, автомобилестроении, двигателестроении газотурбинных двигателей, авиации турбореактивных двигателей, теплоэнергетике, в нефтехимической промышленности, в газовом хозяйстве во многом определяется достигнутым уровнем служебных характеристик литых изделий запорной арматуры: фитингов, ретурбентов, фланцев, переходов, заглушек, тройников, трубных заготовок, реторт; а также лопаток, роторов, дисков для газотурбинных двигателей из никельхромовых жаропрочных сплавов.

Прогресс в этой области связан с использованием технологических приемов физического и химического воздействия на жидкий металл в процессе плавки, разливки, сварки. Достижение высокого уровня физико-механических свойств металла и производства годных изделий высокого качества требует решения комплекса задач практического и теоретического плана, связанного с выплавкой и формированием требуемой структуры отливок.

Существенные резервы управления структурой и служебными свойствами отливок открывает использование методов энергетического воздействия на жидкий металл, среди которых важное место занимают модифицирование ультрадисперсными порошками (УДП) и высокотемпературная обработка расплавов (ВТОР).

Из уровня техники известен модификатор для никелевых сплавов, содержащий 0,5-+1,5 мас. % азота, 1,7-6,18 мас. % титана, 30-50 мас. % хрома, 0,1-1,0 мас. % бора, остальное никель. Модификатор способствует измельчению структуры и упрочнению сплава частицами нитрида титана (а.с. СССР 384918, Институт проблем литья Украинской ССР, 01.01.1973).

В качестве наиболее близкого аналога выбран модификатор для улучшения свойств отливок из жаропрочных никельхромовых сплавов, содержащий 20-25 мас. % молибдена, 60-70 мас. % хрома, никель - остальное (патент РФ 2337167 С2, 27.10.2008).

Недостатком известных модификаторов является то, что модифицирование тугоплавкими металлами и частицами тугоплавких соединений, сформированных в виде лигатуры или вводимых в виде порошка с размером частиц больше микрометра не обеспечивает равномерного распределения их по объему расплава.

Основным недостатком известных методов суспензионного модифицирования является неоднородность суспензии, обусловленная неравномерным распределением частиц в объеме расплава, возможностью седиментации по плотности и низкой устойчивостью от коагуляции и растворения.

Достижения теории и практики активного воздействия на расплав при раскислении, микролегировании и модифицировании позволяют утверждать, что устранение этого недостатка обеспечит значительный эффект в направленном воздействии на структуру металла и повышения физико-механических свойств отливок.

Задача, решаемая в результате реализации заявленного изобретения, заключается в выборе оптимального химико-физического состава модификатора, обеспечивающего эффективное воздействие на микро- и макроструктуру.

Техническим результатом изобретения является получение сплава с мелким зерном, равномерно распределенным по объему, и обеспечение высоких стабильных физико-механических свойств.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известный модификатор, содержащий молибден, хром и никель, дополнительно вводят ультрадисперсный порошок карбонитрида титана, порошки титана, вольфрама, кобальта, алюминия, магния, железа и марганца при следующем соотношении компонентов, мас. %:

карбонитрид титана 2,0-7,0
титан 15,0-20,0
хром 5,0-6,0
молибден 5,0-6,0
вольфрам 5,0-6,0
кобальт 5,0-6,0
алюминий 12,0-15,0
магний 8,0-12,0
никель 10,0-15,0
марганец 4,0-5,0
железо 2,0-5,0

при этом размер частиц ультрадисперсного порошка карбонитрида титана составляет 0,01-0,10 мкм, размер частиц порошка титана составляет 0,10-0,50 мкм, а размер частиц порошков никеля, хрома, молибдена, вольфрама и кобальта составляет 50-100 мкм, а размер частиц алюминия, магния, марганца не превышает 40-60 мкм.

Содержание титана превышает содержание карбонитрида титана приблизительно в 4-10 раз, поскольку это необходимо для созданий на частицах карбонитрида титана, устойчивого, равномерного по своей толщине всей поверхности частицы, плакирующего слоя титана. При этом при содержании титана меньше 10,0 мас. % не обеспечивается полное плакирование зерен карбонитрида титана, а при содержании титана более 20,0 мас. % снижается температура продуктов экзотермической реакции с никелем.

Содержание алюминия от 12, до 15,0 мас. %, магния от 8,0 до 12,0 мас. %, марганца от 4,0 до 5,0 мас. %, железа от 2,0 до 5,0 мас. %выбрано, для обеспечения прохождения устойчивых СВС процессов, в результате чего частицы модификатора под воздействием тепловой энергии металлотермической реакции, выделяемой при сгорании алюминия, магния, марганца, железа внутри брикета, будут «разрывать» брикет изнутри и разносить по всему объему жидкого металла, находящегося в плавильной емкости, частицы карбонитрида титана с плакируемым слоем титана, служащие зародышами кристаллизации при остывании и кристаллизации отливки.

При содержании алюминия ниже 12,0 мас. %, магния ниже 8,0 мас. %, железа ниже 2,0 мас. %, марганца ниже 4,0 мас. %, в модификаторе не будет создаваться достаточное усилие для разлета частиц по объему расплава, при содержании алюминия, превышающем 15,0 мас. %, магния превышающем 12,0 мас. %, железа превышающем 5,0 мас. %, марганца превышающем 5,0 мас. %, происходит перенасыщение расплава алюминием, магнием, марганцем, железом, что отрицательно сказывается на химическом составе, и как следствие физико-механических свойствах сплава и служебных характеристиках готового изделия.

При содержании хрома, молибдена, вольфрама, кобальта ниже минимальных значений увеличивается размер зерна никеля, в случае содержаний указанных компонентов выше максимальных значений прерывается распространение экзотермической реакции по брикету модификатора и не обеспечивается заданный химический состав сплава.

Содержание никеля выбрано из условия образования модификатором матрицы на основе МеС с содержанием никеля от 10,0-15,0%.

Размер частиц карбонитрида титана ниже 0,05 мкм способствует агрегированию частиц, увеличению времени роста модифицированной фазы и снижает однородность распределения центров кристаллизации, выше 0,50 мкм - снижает однородность модифицированного металла.

Размер частиц титана 0,1-0,50 мкм обусловлен тем, что при размере частиц ниже 0,1 мкм происходит агрегирование частиц, а при размере частиц выше 0,50 мкм наблюдается неоднородное плакирование титаном частиц карбонитрида титана.

Размер частиц хрома, молибдена, вольфрама, кобальта ниже 50,0 мкм приводит к агрегированию частиц, а выше 100,0 мкм прерывается распространение экзотермической реакции по брикету модификатора.

Размер частиц марганца и никеля не оказывает непосредственного влияния на технический результат и может составлять не более 80,0-100,0 мкм.

Введение модификатора в широком диапазоне температурно-временных параметров плавки влияет на характер выделений карбидных включений в металле, среди которых наиболее распространенным является карбид МеС, имеющий в никелевых сплавах скелетообразную или строчечную морфологию.

Применение технологии комплексного модифицирования приводит к уменьшению размеров и изменению дендритной ячейки, что вызвано увеличением темпа кристаллизации модифицированного сплава на первом этапе кристаллизации.

Кроме того, изменяется морфология и топография карбидной фазы - от выделений типа пленок, выстроенных в цепочку и имеющих форму вида «китайский иероглиф», образующих каркас по границам зерен, до компактных округлой формы включений. Кроме того, после модифицирования значительно снижается дендритная ликвация, а элементы перераспределяются более равномерно, обеспечивая выравнивание состава между осями дендритов и межосными участками.

Возможность достижения указанного технического результата подтверждается следующим примером.

Пример.

Порошки компонентов модификатора с заданными размерами частиц смешивают в следующем соотношении, мас. %: 5,0 карбонитрида титана, 15,0 титана, 5,0 хрома, 5,0 молибдена, 5,0 вольфрама, 5,0 кобальта, 12,0 никеля, 10,0 алюминия, 12,0 магния, 5,0 железа,5,0 марганца.

Из полученной смеси формируют брикет путем прессования при 30,0-40,0 МПа и спекания при температуре 800-850°C в вакууме в течение 20-25 мин.

Жаропрочный никельхромовый сплав ЖС6-К следующего химического состава, с соотношении, мас. %: Ni - основа; 0,18 углерода, 10,52 хрома, 5,54 алюминия, 4,25 титана, 4,16 молибдена, 5,32 вольфрама, 5,21 кобальта, 0,010 серы, 0,012 фосфора, 1,84 железа, 0,35 кремния, 0,38 марганца, 0,032 циркония, 0,022 цезия, 0,018 бора, полученный с использованием такого модификатора, имеет однородную дендритную структуру с размером макрозерна 0,32-2,35 мм и содержащую глобулярные карбиды с размером 0,8-4,3 мкм.

Таким образом, использование модификатора, содержащего плакированные титаном ультрадисперсные частицы карбонитрида титана, позволяет эффективно и целенаправленно воздействовать на микро- и макроструктуру никелевого сплава и получать мелкое равноосное зерно по всему объему отливки, обеспечивающее с высокие физико-механические свойства отливки.

Модификатор для никельхромового сплава ЖС6-К, содержащий ультрадисперсный порошок карбонитрида титана, порошки титана, вольфрама, алюминия, магния, марганца, молибдена, хрома, никеля и железа, отличающийся тем, что он дополнительно содержит кобальт при следующем соотношении компонентов, мас.%:

карбонитрид титана 2,0-7,0
титан 15,0-20,0
хром 5,0-6,0
молибден 5,0-6,0
вольфрам 5,0-6,0
кобальт 5,0-6,0
алюминий 12,0-15,0
магний 8,0-12,0
никель 10,0-15,0
марганец 4,0-5,0
железо 2,0-5,0,

при этом размер частиц ультрадисперсного порошка карбонитрида титана составляет 0,01-0,10 мкм, размер частиц порошка титана составляет 0,10-0,50 мкм, размер частиц порошков никеля, хрома, молибдена, вольфрама и кобальта составляет 50-100 мкм, а размер частиц алюминия, магния, марганца не превышает 40-60 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к металлургическим технологиям в области редких и цветных металлов и может быть использовано для получения лигатуры алюминия со скандием.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для обработки расплавов латуней. Модифицирующая смесь содержит, мас.

Изобретение относится к металлургии и касается технологической линии для производства ферросплавов, лигатур и огнеупорных материалов. Технологическая линия содержит размещенный после склада сырья участок шихтоподготовки, оборудованный взаимосвязанными системами приготовления шихтовых смесей с их одновременной сушкой и загрузки тиглей шихтой для осуществления синтеза, и участок дробления, помола и фракционирования спёков готовой продукции, размещенный после участка механической разделки тиглей со спёком, а участок синтеза содержит СВС реакторы, оборудованные запальными устройствами и подключенные к системам азотоснабжения и охлаждения, к системе вакуумирования и системе газоснабжения различными технологическими газами в зависимости от типа получаемой продукции.
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению магниевых лигатур с неодимом, которые могут быть использованы в качестве легирующих и модифицирующих добавок в производстве сплавов на основе магния и алюминия, а также в качестве легирующих добавок при производстве чугунов и сталей.
Изобретение относится к порошковой технологии, а именно к способам получения изделий из порошковых композиций на основе титана, в частности титановых брикетов с флюсом.
Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано при получении жаропрочных сплавов на основе магния марок МЛ10, МЛ19 и в системах: Mg-Y-Sm-Zn-Zr, Mg-Sn-Zn-Y, Mg-Gd-Y-Zn-Mn, Mg-Y-Zn-Zr, Mg-Gd-Y-Zn-Zr.
Изобретение относится к области металлургии цветных металлов, в частности к получению магниевых лигатур, которые могут быть использованы в качестве легирующих и модифицирующих добавок в производстве сплавов на основе магния и в производстве сталей и чугунов.

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано при получении лигатуры Al-Zr электрохимическим способом, пригодной для промышленного производства.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при получении лигатур для легирования и модифицирования алюминиевых сплавов, содержащих цирконий и титан.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов, используемых для легирования серого чугуна. Сплав содержит, мас.

Изобретение относится к металлургии, а именно к никель-хром-молибденовым сплавам. Способ изготовления деформируемого никель-хром-молибденового сплава, имеющего гомогенную двухфазную микроструктуру, включает получение слитка из сплава, содержащего, мас.%: хром 18,47-20,78, молибден 19,24-20,87, алюминий 0,08-0,62, марганец менее 0,76, железо менее 2,10, медь менее 0,56, кремний менее 0,14, титан до 0,17, углерод менее 0,013, никель – остальное, гомогенизационную обработку при температуре от 2025 до 2100°F, а затем горячую обработку давлением при начальной температуре от 2025 до 2100°F.

Изобретение относится к области металлургии сплавов, а именно к производству сплавов на основе никеля, используемых для литья деталей с монокристаллической структурой, например лопаток турбин, работающих при температурах 1050°С и выше.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным хромоникелевым сплавам аустенитного класса и может быть использовано при изготовлении коллекторов реакционных труб высокотемпературных установок водорода, метанола и аммиака.
Изобретение относится к металлургии, в частности к жаропрочным хромоникелевым сплавам аустенитного класса с интерметаллидным упрочнением, и может найти применение в производстве реакционных труб для агрегатов аммиака и метанола с рабочими температурами 800-950°С и давлением 2,5-5 МПа и нефтегазоперерабатывающих установок с режимами эксплуатации от 950 до 1160°С и давлением до 0,7 МПа.

Предлагаемое изобретение относится к области металлургии, в частности, к жаропрочным никелевым сплавам, получаемым методом металлургии гранул и используемым для производства деталей роторов газовых турбин, подвергаемых высоким статическим и динамическим нагрузкам в условиях работы до (800-850)°С.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к жаропрочным сплавам на никелевой основе, и может быть использовано для изготовления дисков турбин газотурбинных двигателей и установок, предназначенных для работы в условиях активного воздействия высоких термических напряжений, температур, статических и переменных нагрузок.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к сплавам на основе никеля, и может быть использовано в газоперекачивающих, энергетических и морских газотурбинных установках (ГТУ) с длительной наработкой, в частности для литья охлаждаемых рабочих и сопловых лопаток с равноосной структурой.

Изобретение относится к металлургии, в частности к коррозионностойким жаропрочным сплавам на основе никеля, и может быть использовано для деталей горячего тракта газотурбинных двигателей и установок.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению никеле-титановых сплавов в вакуумных индукционных плавильных печах с холодным тиглем. В способе осуществляют укладку подготовленной шихты, при этом в нижнюю часть тигля укладывают титан около 20% высоты, затем равномерно чередуясь никелевые пластины и титановые таблетки, после заполнения 50% объема шихты между никелевыми пластинами и титановыми таблетками рассыпают порошок легирующих элементов, осуществляют вакуумирование плавильной камеры, плавку проводят в несколько этапов, включающих дегазацию с медленным разогревом шихты и изложницы на малых мощностях 20% от максимальной, затем разогрев шихты с двухступенчатым увеличением мощности сначала до 30-35% и через 3 минуты до 60%, и после экзотермической реакции между титаном и никелем проводят барботаж расплава в течение 3-5 мин путем плавного увеличения мощности до максимальной, сливают расплав при максимальной мощности в изложницу, подогретую до 550-600°С, выдерживают отливку под вакуумом при температуре до 600°С или ниже около 2,5 часов и извлекают заготовку из печи.

Изобретение относится к металлургии, а именно к высокотемпературным композиционным материалам на основе интерметаллидной матрицы для обеспечения двигателей повышенной мощности и ресурса.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к модифицированию жаропрочных сплавов на основе тугоплавких элементов никеля, хрома, молибдена, кобальта, вольфрама ультрадисперсными порошковыми комплексами тугоплавких соединений. Модификатор содержит, мас.: ультрадисперсный порошок карбонитрида титана 2,0-7,0, порошок титана 15,0-20,0, порошок никеля 10,0-15,0, порошок хрома 5,0-6,0, порошок молибдена 5,0-6,0, порошок вольфрама 5,0-6,0, порошок кобальта 5,0-6,0, порошок алюминия 12,0-15,0, порошок магния 8,0-12,0, порошок марганца 4,0-5,0 и порошок железа 2,0-5,0. Размер частиц ультрадисперсного порошка карбонитрида титана составляет 0,01-0,10 мкм, размер частиц порошка титана составляет 0,10-0,50 мкм, а размер частиц порошков никеля, хрома, молибдена, вольфрама и кобальта составляет 50-100 мкм, а размер частиц алюминия, магния, марганца, железа не превышает 40-60 мкм. Изобретение обеспечивает получение сплава ЖС6-К с мелкозернистой равномерной структурой и стабильными высокими физико-механическими свойствами. 1 табл.

Наверх