RU2392338C1 - Method of heat-resistant nickel-based cast alloy obtainment - Google Patents
Method of heat-resistant nickel-based cast alloy obtainment Download PDFInfo
- Publication number
- RU2392338C1 RU2392338C1 RU2009121091/02A RU2009121091A RU2392338C1 RU 2392338 C1 RU2392338 C1 RU 2392338C1 RU 2009121091/02 A RU2009121091/02 A RU 2009121091/02A RU 2009121091 A RU2009121091 A RU 2009121091A RU 2392338 C1 RU2392338 C1 RU 2392338C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- metal charge
- charge
- amount
- waste
- metal
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 32
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 46
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims abstract description 37
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 23
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims abstract description 20
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 17
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 16
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims abstract description 16
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims abstract description 12
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 11
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 37
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 5
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 10
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 5
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 4
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005422 blasting Methods 0.000 description 3
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 208000015943 Coeliac disease Diseases 0.000 description 2
- 229910017263 Mo—C Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N rhenium atom Chemical compound [Re] WUAPFZMCVAUBPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 1
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 1
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству жаропрочных сплавов на никелевой основе с применением различного вида отходов, и может быть использовано при получении шихтовых заготовок для литья изделий, преимущественно монокристаллических лопаток газотурбинных двигателей, створок реактивного сопла, секторов статора, диффузоров и др.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to the production of heat-resistant nickel-based alloys using various types of waste, and can be used to obtain charge blanks for casting products, mainly single-crystal vanes of gas turbine engines, jet nozzle flaps, stator sectors, diffusers, etc.
В качестве отходов могут применяться как отходы литейного производства (литники, литниковые чаши, бракованные лопатки), так и утилизированные детали, отработавшие ресурс в газотурбинном двигателе.As waste can be used as foundry waste (sprues, sprue bowls, defective blades), and disposed parts that have spent their resources in a gas turbine engine.
Отходы загрязнены примесями - газами (кислородом и азотом) и неметаллическими включениями (оксидами, нитридами, сульфидами и др.)The waste is contaminated with impurities - gases (oxygen and nitrogen) and non-metallic inclusions (oxides, nitrides, sulfides, etc.)
Между тем, получить высококачественные лопатки с бездефектной монокристаллической структурой возможно только при использовании для их отливки металла с ультранизким содержанием в нем вредных примесей кислорода, азота, серы.Meanwhile, it is possible to obtain high-quality blades with a defect-free single-crystal structure only when using metal with ultra-low content of harmful impurities of oxygen, nitrogen, and sulfur in it to cast.
Известен способ получения литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий загрузку и расплавление шихтовых свежих материалов и отходов в вакууме, рафинирование, введение активных легирующих элементов и слив металла, в котором первоначально осуществляют загрузку и расплавление свежих шихтовых материалов, затем вводят отходы, рафинирование проводят в течение 10-20 минут при температуре, определяемой из уравнения: Т=(1550-1570°C)+(20°C×0,1(К-10), где К - количество использованных отходов, мас.%. Количество используемых отходов составляет до 80 мас.% от металлошихты. Перед сливом металла осуществляют раскисление редкоземельными металлами в количестве 0,01-0,05 мас.% шихты из свежих материалов (Патент РФ №1709738).A known method for producing casting heat-resistant nickel-based alloys, including loading and melting of fresh charge materials and waste in a vacuum, refining, introduction of active alloying elements and draining of metal, in which loading and melting of fresh charge materials is initially carried out, then waste is introduced, refining is carried out in within 10-20 minutes at a temperature determined from the equation: T = (1550-1570 ° C) + (20 ° C × 0.1 (K-10), where K is the amount of waste used, wt.%. The amount of waste used makes up about 80 wt.% of the metal charge. deoxidation is carried out with rare earth metals in an amount of 0.01-0.05 wt.% of the charge of fresh materials (RF Patent №1709738) before draining of the metal.
Недостатком известного способа является невозможность обеспечения в сплаве низкого содержания вредных примесей, которое требуется для получения монокристаллических отливок с высоким выходом годного.The disadvantage of this method is the impossibility of providing the alloy with a low content of harmful impurities, which is required to obtain single crystal castings with a high yield.
Известен способ получения безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий расплавление в вакууме шихтовых материалов, проведение обезуглероживающего рафинирования расплава в две стадии в атмосфере инертного газа, введение хрома и активных легирующих элементов, рафинирование расплава кальцием и редкоземельными металлами в вакууме, в котором шихтовые материалы содержат до 70% отходов безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, которые присаживают после введения хрома, а перед рафинированием кальцием и редкоземельными металлами расплав нагревают до температуры, превышающей температуру ликвидуса сплава не менее чем на 250°C, с последующей выдержкой при этой температуре (Патент РФ №2274671).A known method for producing carbon-free casting heat-resistant nickel-based alloys, including melting in a vacuum charge materials, decarburizing the melt in two stages in an inert gas atmosphere, introducing chromium and active alloying elements, refining the melt with calcium and rare-earth metals in a vacuum, in which charge contain up to 70% of waste from carbon-free casting heat-resistant nickel-based alloys that are seated after the introduction of chromium, and before refining Hovhan calcium and rare earth metals, the melt is heated to a temperature above the liquidus temperature of the alloy is not less than 250 ° C, followed by holding at this temperature (RF Patent №2274671).
Недостатком способа является невозможность использования 100% отходов и невозможность получения в сплаве низких содержаний вредных примесей.The disadvantage of this method is the impossibility of using 100% waste and the inability to obtain low levels of harmful impurities in the alloy.
Известен способ переработки отходов жаропрочных сплавов, который включает их расплавление в вакуумной индукционной печи с получением слитка и его последующий переплав в установках электрошлакового кокильного литья с получением шихтовых заготовок (Патент РФ №2302473).A known method of processing waste heat-resistant alloys, which includes their melting in a vacuum induction furnace to produce an ingot and its subsequent remelting in electroslag chill casting plants to produce charge blanks (RF Patent No. 2302473).
Недостатком способа является повышенное содержание кислорода и азота в сплаве (электрошлаковое литье осуществляется на воздухе), что снижает качество отливок.The disadvantage of this method is the increased content of oxygen and nitrogen in the alloy (electroslag casting is carried out in air), which reduces the quality of castings.
Наиболее близким к предлагаемому способу, взятым за прототип, является способ получения литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий загрузку и расплавление металлошихты, составляющей 100% отходов никелевых сплавов, рафинирование металлошихты в вакууме, введение РЗМ, в котором рафинирование осуществляют в вакууме 3×10-2-10-3 мм рт.ст при температуре расплава 1500-1700°C в течение 2-8 минут, а РЗМ вводят в количестве 0,015-0,20% от массы металлошихты.Closest to the proposed method, taken as a prototype, is a method for producing casting heat-resistant nickel-based alloys, including loading and melting a metal charge, which is 100% of nickel alloy waste, refining a metal charge in vacuum, introducing rare-earth metals, in which refining is carried out in a vacuum of 3 × 10 -2 -10 -3 mm Hg at a melt temperature of 1500-1700 ° C for 2-8 minutes, and rare-earth metals are introduced in an amount of 0.015-0.20% by weight of the metal charge.
В качестве РЗМ используют один или несколько элементов из группы церий, иттрий, лантан, скандий (Патент РФ №2190680).As REM, one or more elements from the group of cerium, yttrium, lanthanum, and scandium are used (RF Patent No. 2190680).
Недостатком способа-прототипа является неполное удаление вредных примесей кислорода, азота и серы из сплава, что вызывает снижение жаропрочности (времени до разрушения при испытании на длительную прочность), а также снижение выхода годного при отливке деталей, преимущественно с монокристаллической структурой.The disadvantage of the prototype method is the incomplete removal of harmful impurities of oxygen, nitrogen and sulfur from the alloy, which causes a decrease in heat resistance (time to failure during the test for long-term strength), as well as a decrease in yield when casting parts, mainly with a single-crystal structure.
Технической задачей изобретения является разработка способа получения литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, который обеспечивает значительное снижение в сплаве содержания вредных примесей, повышение его жаропрочности и увеличение выхода годного при литье лопаток с монокристаллической структурой.An object of the invention is to develop a method for producing casting heat-resistant nickel-based alloys, which provides a significant reduction in the content of harmful impurities in the alloy, increasing its heat resistance and increasing the yield when casting vanes with a single-crystal structure.
Техническая задача достигается тем, что предложен способ получения литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий расплавление металлошихты, содержащей 100 мас.% отходов, рафинирование ее в вакууме при температуре расплава 1500-1700°C и присадку РЗМ в количестве 0,015-0,20 мас.% от металлошихты, в котором при рафинировании металлошихты вводят 0,001-0,05% углерода от ее массы и осуществляют циклическую обработку расплава путем нагрева и охлаждения, причем соотношение продолжительности нагрева и охлаждения в цикле составляет (0,5-1,0):(1,0-1,5), а перед присадкой РЗМ вводят кальций и/или магний.The technical problem is achieved by the fact that the proposed method for producing casting heat-resistant nickel-based alloys, including the melting of a metal charge containing 100 wt.% Waste, refining it in vacuum at a melt temperature of 1500-1700 ° C and an REM additive in an amount of 0.015-0.20 wt. .% of the metal charge, in which, when refining the metal charge, 0.001-0.05% carbon of its mass is introduced and the melt is cycled by heating and cooling, the ratio of the duration of heating and cooling in the cycle being (0.5-1.0): (1.0-1.5), and Before doped REM administered calcium and / or magnesium.
Металлошихта состоит из отходов литейного производства и/или утилизированных деталей из литейных жаропрочных сплавов, подвергнутых пескоструйной или дробеструйной обработке поверхности.The metal charge consists of foundry waste and / or recycled parts from heat-resistant casting alloys subjected to sandblasting or shot blasting of the surface.
Расплавление металлошихты могут проводить под давлением инертного газа 50-500 мм рт.ст.The metal charge can be melted under an inert gas pressure of 50-500 mm Hg.
Кальций и/или магний вводят при их соотношении с РЗМ Q1=(0,1-1,0)Q2, где Q1 - количество кальция и/или магния в % от массы металлошихты, Q2 - количество РЗМ в % от массы металлошихты.Calcium and / or magnesium is introduced at their ratio with REM Q 1 = (0.1-1.0) Q 2 , where Q 1 is the amount of calcium and / or magnesium in% by weight of the metal charge, Q 2 is the amount of REM in% of mass of metal charge.
Установлено, что введение углерода во время рафинирования расплава с последующей циклической его обработкой путем нагрева и охлаждения позволяют дополнительно очистить расплав от кислорода и азота.It was found that the introduction of carbon during the refining of the melt, followed by its cyclic processing by heating and cooling, makes it possible to further purify the melt of oxygen and nitrogen.
Осуществление нагрева при циклической обработке понижает вязкость расплава и способствует его интенсивному перемешиванию с выносом из глубины жидкой ванны новых порций металла на поверхность ванны, тем самым ускоряя процесс поверхностного рафинирования. Последующее охлаждение расплава путем отключения подачи мощности на индуктор не позволяет перегреть расплав выше температуры 1700°C и тем самым предотвратить его взаимодействие с керамической футеровкой тигля и загрязнение металла неметаллическими включениями.The implementation of heating during cyclic processing reduces the viscosity of the melt and contributes to its intensive mixing with the removal from the depths of the liquid bath of new portions of metal to the surface of the bath, thereby accelerating the surface refining process. Subsequent cooling of the melt by turning off the power supply to the inductor does not allow the melt to overheat above a temperature of 1700 ° C and thereby prevent its interaction with the ceramic lining of the crucible and contamination of the metal with non-metallic inclusions.
Соотношение периодов нагрева и охлаждения должно составлять (0,5-1,0):(1,0-1,5). При соотношении длительности нагрева и охлаждения более 1,0:1,5 температура расплава смещается в область высоких температур, что ведет к загрязнению металла неметаллическими включениями в результате взаимодействия расплава с материалом футеровки тигля. При соотношении длительности нагрева и охлаждения менее 0,5:1,0 температура расплава смещается в область чрезмерно низких температур, его вязкость увеличивается и условия рафинирования ухудшаются.The ratio of the periods of heating and cooling should be (0.5-1.0) :( 1.0-1.5). When the ratio of the heating and cooling durations is more than 1.0: 1.5, the melt temperature shifts to high temperatures, which leads to metal contamination with nonmetallic inclusions as a result of the interaction of the melt with the material of the crucible lining. When the ratio of the duration of heating and cooling is less than 0.5: 1.0, the temperature of the melt shifts to the region of excessively low temperatures, its viscosity increases and the refining conditions deteriorate.
Установлено, что введение в расплав кальция и/или магния, в затем РЗМ позволяет дополнительно отрафинировать расплав и тем самым обеспечить получение более низкого содержания вредных примесей в сплаве.It was found that the introduction of calcium and / or magnesium into the melt, followed by rare-earth metals, allows the melt to be further refined, and thereby to provide a lower content of harmful impurities in the alloy.
Следовательно, введение углерода во время рафинирования расплава, его циклическая обработка путем нагрева и охлаждения при соотношении продолжительности нагрева и охлаждения в цикле (0,5-1,0):(1,0-1,5) и введение кальция и/или магния перед присадкой РЗМ позволяют дополнительно очистить расплав от примесей кислорода, азота и серы и тем самым обеспечить получение их ультранизких содержаний в сплаве, что позволяет повысить его жаропрочность (время до разрушения при испытании на длительную прочность) и увеличить выход годного при литье лопаток с монокристаллической структурой.Therefore, the introduction of carbon during refining of the melt, its cyclic treatment by heating and cooling with the ratio of the duration of heating and cooling in the cycle (0.5-1.0) :( 1.0-1.5) and the introduction of calcium and / or magnesium before the REM additive, it is possible to further purify the melt of oxygen, nitrogen, and sulfur impurities and thereby ensure their ultra-low contents in the alloy, which can increase its heat resistance (time to failure during long-term strength testing) and increase the yield when casting blades with m onocrystalline structure.
Экспериментально установлено, что кальций и/или магний предпочтительно вводить при соотношении Q1=(0,1-1,0)Q2, где Q1 - количество кальция и/или магния в % от массы металлошихты, Q2 - количество РЗМ в % от массы металлошихты (0,015-0,20 мас.%).It was experimentally established that calcium and / or magnesium is preferably introduced at a ratio of Q 1 = (0.1-1.0) Q 2 , where Q 1 is the amount of calcium and / or magnesium in% by weight of the metal charge, Q 2 is the amount of rare-earth metals in % by weight of the metal charge (0.015-0.20 wt.%).
Примеры осуществления способаExamples of the method
Пример 1Example 1
По предлагаемому способу осуществляли переплав металлошихты в виде 100% отходов литейного производства жаропрочного сплава системы Ni-Co-Cr-Al-Mo-W-Nb-Re-Ta-C. Плавки проводили в вакуумной индукционной печи в керамическом тигле емкостью 20 кг. Всего сделали 4 плавки.According to the proposed method, metal smelting was carried out in the form of 100% foundry waste from the heat-resistant alloy of the Ni-Co-Cr-Al-Mo-W-Nb-Re-Ta-C system. The melts were carried out in a vacuum induction furnace in a ceramic crucible with a capacity of 20 kg. A total of 4 swimming trunks.
В тигель загружали и расплавляли отходы сплава. Рафинирование расплава осуществляли в вакууме при температуре 1650°C. На первой плавке при рафинировании отходов в вакууме ввели 0,001% углерода и в количестве от массы металлошихты и осуществили 2-кратную циклическую обработку расплава путем индукционного нагрева в течение двух минут и охлаждения в течение четырех минут. Затем ввели 0,0015% Ca, после чего присадили 0,015% Ce. На следующих трех плавках при рафинировании металлошихты вводили углерод и проводили циклическую обработку расплава с технологическими параметрами, приведенными в таблице. Перед присадкой РЗМ вводили кальций и/или магний. Технологические параметры плавок и полученные результаты по чистоте металла, по жаропрочности (τ - время до разрушения, ч, при испытании на длительную прочность) и выходу годного отливок приведены в таблице. Там же приведены технологические параметры плавки по способу-прототипу и полученные результаты.Alloy waste was loaded and melted into the crucible. The melt was refined in vacuo at a temperature of 1650 ° C. In the first heat, when refining waste in vacuum, 0.001% of carbon and in the amount of the weight of the metal charge were introduced and 2-fold cyclic processing of the melt was carried out by induction heating for two minutes and cooling for four minutes. Then, 0.0015% Ca was introduced, after which 0.015% Ce was added. In the next three melts, when refining the metal charge, carbon was introduced and the melt was cycled with the technological parameters shown in the table. Before the REM additive, calcium and / or magnesium was added. The technological parameters of the melts and the results obtained on the purity of the metal, on heat resistance (τ is the time to failure, h, when tested for long-term strength) and yield of castings are given in the table. The technological parameters of melting according to the prototype method and the results obtained are also given there.
Пример 2Example 2
По предлагаемому способу осуществляли переплав металлошихты в виде 50% отходов литейного производства и 50% отходов в виде утилизированных деталей в виде лопаток газовой турбины после эксплуатации (суммарно 100% отходов литейного жаропрочного сплава системы Ni-Co-Cr-Al-Nb-Ti-W-Mo-C). Расплавление отходов провели под давлением 200 мм рт.ст. аргона. Рафинирование расплава проводили в вакууме при температуре 1500°C. При рафинировании расплава вводили углерод в количестве 0,025% от массы металлошихты и осуществляли 2-кратную циклическую обработку расплава путем индукционного нагрева в течение 1,5 минуты и охлаждения в течение 2-х минут. Затем вводили вместе 0,025% Ca и 0,025% Mg от массы металлошихты, после чего присадили вместе 0,05% Ce и 0,05% Y от массы металлошихты.According to the proposed method, metal smelting was carried out in the form of 50% of foundry waste and 50% of waste in the form of utilized parts in the form of gas turbine blades after operation (100% of the waste foundry heat-resistant alloy of the Ni-Co-Cr-Al-Nb-Ti-W system -Mo-C). The waste was melted at a pressure of 200 mmHg. argon. The melt was refined in vacuo at a temperature of 1500 ° C. When refining the melt, carbon was introduced in an amount of 0.025% by weight of the metal charge and 2-fold cyclic processing of the melt was carried out by induction heating for 1.5 minutes and cooling for 2 minutes. Then 0.025% Ca and 0.025% Mg by weight of the metal charge were introduced together, after which they were added together 0.05% Ce and 0.05% Y of the weight of the metal charge.
Пример 3Example 3
По предлагаемому способу осуществляли переплав металлошихты в виде 100% отходов (утилизированных деталей - лопаток газовой турбины после эксплуатации) сплава системы Ni-Co-Cr-W-Mo-Nb-V-Al-Ti-C. Предварительно перед плавкой все лопатки подвергли дробеструйной обработке поверхности для удаления нагара, образовавшегося в процессе экплуатации. Расплавление отходов провели под давлением 500 мм рт.ст. аргона. Рафинирование расплава проводили в вакууме при температуре 1700°C. При рафинировании расплава вводили углерод в количестве 0,05% от массы отходов и осуществили 3-кратную циклическую обработку расплава путем индукционного нагрева в течение 1 минуты и охлаждения в течение 1 минуты. Затем металл охладили и ввели 0,1% Ca от массы металлошихты, после чего присадили вместе 0,1% La и 0,1% Sc от массы отходов.According to the proposed method, the metal charge was remelted in the form of 100% waste (disposed parts — gas turbine blades after operation) of an alloy of the Ni-Co-Cr-W-Mo-Nb-V-Al-Ti-C system. Prior to melting, all the blades were subjected to bead-blasting treatment of the surface to remove carbon deposits formed during operation. The waste was melted at a pressure of 500 mmHg. argon. The melt was refined in vacuo at a temperature of 1700 ° C. When refining the melt, carbon was introduced in an amount of 0.05% by weight of the waste and a 3-fold cyclic treatment of the melt was carried out by induction heating for 1 minute and cooling for 1 minute. Then the metal was cooled and 0.1% Ca of the mass of the charge was introduced, after which 0.1% La and 0.1% Sc of the waste mass were added together.
Пример 4Example 4
По предлагаемому способу осуществляли переплав металлошихты в виде 100% отходов (утилизированных деталей - лопаток газовой турбины после эксплуатации, которые подвергли дробеструйной обработке поверхности) сплава системы Ni-Co-Cr-W-Mo-Nb-V-Al-Ti-C. Расплавление отходов провели под давлением 50 мм рт.ст. аргона. Рафинирование расплава проводили в вакууме при температуре 1650°C. При рафинировании расплава вводили углерод в количестве 0,05% от массы отходов и осуществили 3-кратную циклическую обработку расплава путем индукционного нагрева в течение 1 минуты и охлаждения в течение 3 минуты. Затем металл охладили и ввели 0,20% Mg от массы металлошихты, после чего присадили 0,20% La от массы отходов.According to the proposed method, the metal charge was remelted in the form of 100% waste (utilized parts — gas turbine blades after operation, which were subjected to bead-blasting surface treatment) of an alloy of the Ni-Co-Cr-W-Mo-Nb-V-Al-Ti-C system. The waste was melted at a pressure of 50 mm Hg. argon. The melt was refined in vacuo at a temperature of 1650 ° C. When refining the melt, carbon was introduced in an amount of 0.05% by weight of the waste and a 3-fold cyclic treatment of the melt was carried out by induction heating for 1 minute and cooling for 3 minutes. Then the metal was cooled and introduced 0.20% Mg by weight of the metal charge, after which they assigned 0.20% La by weight of the waste.
Пример 5Example 5
По способу-прототипу осуществляли переплав 100% отходов литейного производства жаропрочного сплава системы Ni-Co-Cr-Al-Nb-Ti-W-Mo-C.According to the prototype method, 100% of waste from the foundry production of the heat-resistant alloy of the Ni-Co-Cr-Al-Nb-Ti-W-Mo-C system was remelted.
В тигель загрузили и расплавляли в вакууме отходы сплава. Рафинирование расплава осуществляли в вакууме при температуре 1600°C в течение 5 мин, после чего ввели вместе 0,05% La и 0,05% Sc от массы отходов.Alloy waste was loaded and melted in a vacuum in a crucible. The melt was refined in vacuo at a temperature of 1600 ° C for 5 min, after which 0.05% La and 0.05% Sc by weight of the waste were introduced together.
Из таблицы видно, что на плавках 1, 2, 3, 4, выплавленных по предлагаемому способу, получены низкие содержания в металле кислорода (0,0003-0,0005%), азота (0,0002-0,0003%) и серы (0,0003-0,0004%), а также высокие значения времени до разрушения при испытании на длительную прочность (τ=132-140 ч при Т=975°C и σ=30 кгс/мм2). В расплаве, выплавленном по способу-прототипу (плавка 5) получены повышенные (на порядок) количества примесей кислорода (0,0012%), азота (0,0010%) и серы (0,0010%), низкие значения времени до разрушения (τ=90 ч при Т=975°C и σ=30 кгс/мм2) и низкий выход годного лопаток по монокристальности (50%).The table shows that in swimming trunks 1, 2, 3, 4, smelted by the proposed method, low levels of oxygen (0.0003-0.0005%), nitrogen (0.0002-0.0003%) and sulfur in the metal were obtained (0.0003-0.0004%), as well as high values of time to failure during the long-term strength test (τ = 132-140 h at T = 975 ° C and σ = 30 kgf / mm 2 ). In the melt smelted by the prototype method (smelting 5), increased (by an order of magnitude) amounts of impurities of oxygen (0.0012%), nitrogen (0.0010%) and sulfur (0.0010%), low values of time to failure ( τ = 90 h at T = 975 ° C and σ = 30 kgf / mm 2 ) and a low yield of blades by monocrystal (50%).
Использование предлагаемого способа позволит получать высококачественные (ультрачистые) шихтовые заготовки современных жаропрочных сплавов на никелевой основе из отходов литейного производства и/или утилизированных деталей для изготовления отливок, преимущественно монокристаллических лопаток с высоким выходом годного по монокристальности и высокой жаропрочностью.Using the proposed method will allow to obtain high-quality (ultrapure) charge billets of modern heat-resistant nickel-based alloys from foundry waste and / or recycled parts for the manufacture of castings, mainly single-crystal vanes with high single-crystal yield and high heat resistance.
Применение предлагаемого способа обеспечит использование при плавке 100% отходов, что сэкономит дорогостоящие и дефицитные шихтовые материалы (рений, рутений, кобальт, тантал, никель, ниобий и др.) и снизит стоимость готовой продукции (лопаток турбины газотурбинных двигателей и других деталей) из современных литейных жаропрочных сплавов на 30-50%.The application of the proposed method will ensure the use of 100% waste during smelting, which will save expensive and scarce charge materials (rhenium, ruthenium, cobalt, tantalum, nickel, niobium, etc.) and reduce the cost of finished products (turbine blades of gas turbine engines and other parts) from modern heat-resistant casting alloys by 30-50%.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009121091/02A RU2392338C1 (en) | 2009-06-03 | 2009-06-03 | Method of heat-resistant nickel-based cast alloy obtainment |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009121091/02A RU2392338C1 (en) | 2009-06-03 | 2009-06-03 | Method of heat-resistant nickel-based cast alloy obtainment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2392338C1 true RU2392338C1 (en) | 2010-06-20 |
Family
ID=42682722
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009121091/02A RU2392338C1 (en) | 2009-06-03 | 2009-06-03 | Method of heat-resistant nickel-based cast alloy obtainment |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2392338C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102407319A (en) * | 2010-09-21 | 2012-04-11 | 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 | Method for casting hollow turbine working blade by using K465 alloy |
| RU2470081C1 (en) * | 2011-05-05 | 2012-12-20 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Method of making castable refractory nickel-based alloys |
| RU2672609C1 (en) * | 2017-12-29 | 2018-11-16 | Акционерное общество "Металлургический завод "Электросталь" | Method of recovery and activation of substandard waste for nickel-based alloys |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB585587A (en) * | 1944-04-26 | 1947-02-12 | Int Nickel Co | Improvements relating to the removal of sulphur from molten nickel-containing masses |
| RU2190680C1 (en) * | 2001-07-12 | 2002-10-10 | Государственное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Method for producing castable refractory nickel-base alloys |
| JP2009024241A (en) * | 2007-07-23 | 2009-02-05 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Nickel material and its refining method |
| RU2353688C1 (en) * | 2007-12-29 | 2009-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Melting method of carbon-free foundry heat-resistant alloys on basis of nickel |
| RU2356965C1 (en) * | 2007-11-16 | 2009-05-27 | Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской Академии Наук (Государственное учреждение) | METHOD OF RECEIVING OF CASTABLE HEAT-RESISTANT ALLOY OR PRODUCTS OF ALLOY OF TYPE VKNS ON BASIS OF INTERMETALLIDE Ni3Al (VERSIONS) AND PRODUCTS RECEIVED BY THESE METHODS |
-
2009
- 2009-06-03 RU RU2009121091/02A patent/RU2392338C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB585587A (en) * | 1944-04-26 | 1947-02-12 | Int Nickel Co | Improvements relating to the removal of sulphur from molten nickel-containing masses |
| RU2190680C1 (en) * | 2001-07-12 | 2002-10-10 | Государственное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Method for producing castable refractory nickel-base alloys |
| JP2009024241A (en) * | 2007-07-23 | 2009-02-05 | Sumitomo Metal Ind Ltd | Nickel material and its refining method |
| RU2356965C1 (en) * | 2007-11-16 | 2009-05-27 | Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской Академии Наук (Государственное учреждение) | METHOD OF RECEIVING OF CASTABLE HEAT-RESISTANT ALLOY OR PRODUCTS OF ALLOY OF TYPE VKNS ON BASIS OF INTERMETALLIDE Ni3Al (VERSIONS) AND PRODUCTS RECEIVED BY THESE METHODS |
| RU2353688C1 (en) * | 2007-12-29 | 2009-04-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Melting method of carbon-free foundry heat-resistant alloys on basis of nickel |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102407319A (en) * | 2010-09-21 | 2012-04-11 | 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 | Method for casting hollow turbine working blade by using K465 alloy |
| RU2470081C1 (en) * | 2011-05-05 | 2012-12-20 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Method of making castable refractory nickel-based alloys |
| RU2672609C1 (en) * | 2017-12-29 | 2018-11-16 | Акционерное общество "Металлургический завод "Электросталь" | Method of recovery and activation of substandard waste for nickel-based alloys |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106636707B (en) | A kind of smelting process of nickel base superalloy GH4720Li | |
| CN110408803B (en) | Purification smelting method for nickel-based high-temperature alloy master alloy | |
| CN103757451B (en) | A kind of high-purity smelting process of nickel base superalloy | |
| CN110592506B (en) | GH4780 alloy blank and forging and preparation method thereof | |
| KR102616983B1 (en) | Processes for producing low nitrogen, essentially nitride-free chromium and chromium plus niobium-containing nickel-based alloys and the resulting chromium and nickel-based alloys | |
| RU2672651C1 (en) | Method of producing heat-resistant superalloy hn62bmktyu on nickel based | |
| CN103774017B (en) | Semi-continuous casting process of large-diameter medium-strength heat-resistant magnesium alloy ingot | |
| CN116855779B (en) | Preparation method of nickel-based alloy for high temperature and nickel-based alloy for high temperature | |
| CN110106415B (en) | A kind of flux-free vacuum casting high-purity magnesium alloy and preparation method thereof | |
| RU2618038C2 (en) | Method for obtaining a heat-resistant alloy based on niobium | |
| RU2572117C1 (en) | Method of production of superalloys based on nickel and alloyed by rare-earth metals | |
| CN113862520A (en) | GH4720Li high-temperature alloy for aero-engine forged blade, preparation method and application thereof, and alloy ingot | |
| RU2398905C1 (en) | Procedure for production of heat resistant nickel alloys by metal wastes processing | |
| RU2392338C1 (en) | Method of heat-resistant nickel-based cast alloy obtainment | |
| CN116657001B (en) | Nickel-based high-temperature alloy and preparation method thereof | |
| CN118563052A (en) | A method for improving the cleanliness of bearing steel vacuum consumable remelting ingot | |
| CN113388740A (en) | Method for improving cleanliness of pressurized electroslag remelting high-nitrogen martensite stainless steel | |
| CN110735067B (en) | Purification smelting process of nickel-based high-temperature alloy rich in active elements | |
| CN108950273B (en) | Intermediate alloy and preparation method and application thereof | |
| RU2274671C1 (en) | Method of production of the carbon-free casting high-temperature alloys | |
| Sidorov et al. | Removal of a sulfur impurity from complex nickel melts in vacuum | |
| RU2541330C1 (en) | Method of fabrication castable refractory nickel-based alloys (versions) | |
| RU2344186C2 (en) | Method of production of cast heat resistant alloys on nickel base (versions) | |
| CN118639055A (en) | Nickel-boron-aluminum intermediate alloy for high-temperature alloy and preparation method thereof | |
| RU2353688C1 (en) | Melting method of carbon-free foundry heat-resistant alloys on basis of nickel |