RU2696999C1 - Nickel-based casting heat-resistant alloys production method - Google Patents
Nickel-based casting heat-resistant alloys production method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2696999C1 RU2696999C1 RU2019104707A RU2019104707A RU2696999C1 RU 2696999 C1 RU2696999 C1 RU 2696999C1 RU 2019104707 A RU2019104707 A RU 2019104707A RU 2019104707 A RU2019104707 A RU 2019104707A RU 2696999 C1 RU2696999 C1 RU 2696999C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- melt
- nickel
- vacuum
- barium
- rare
- Prior art date
Links
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 36
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 32
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000005266 casting Methods 0.000 title claims description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 15
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 15
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical compound [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000007670 refining Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 8
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 35
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 5
- XMVAAAZAGOWVON-UHFFFAOYSA-N aluminum barium Chemical compound [Al].[Ba] XMVAAAZAGOWVON-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 claims description 4
- FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N lanthanum atom Chemical compound [La] FZLIPJUXYLNCLC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N scandium atom Chemical compound [Sc] SIXSYDAISGFNSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N yttrium atom Chemical compound [Y] VWQVUPCCIRVNHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910000600 Ba alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N praseodymium atom Chemical compound [Pr] PUDIUYLPXJFUGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 22
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 abstract description 14
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 13
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 abstract description 13
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 abstract description 13
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 12
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 abstract description 12
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 abstract description 12
- 239000007789 gas Substances 0.000 abstract description 9
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 8
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 5
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 150000003568 thioethers Chemical class 0.000 description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 3
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 3
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 3
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 3
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000007713 directional crystallization Methods 0.000 description 2
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 2
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 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
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000005261 decarburization Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000003009 desulfurizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 description 1
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000395 magnesium oxide Substances 0.000 description 1
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N magnesium oxide Inorganic materials [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N magnesium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Mg+2] AXZKOIWUVFPNLO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 1
- -1 oxides Chemical class 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N vanadium Chemical compound [V]#[V] GPPXJZIENCGNKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/023—Alloys based on nickel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству литейных жаропрочных сплавов на основе никеля для изготовления лопаток и других деталей горячего тракта газотурбинных двигателей и установок (ГТД и ГТУ).The invention relates to the field of metallurgy, and in particular to the production of casting heat-resistant nickel-based alloys for the manufacture of blades and other parts of the hot path of gas turbine engines and installations (gas turbine engine and gas turbine engine).
Получить высококачественные лопатки ГТД с бездефектной структурой из литейных жаропрочных сплавов можно только при использовании для их отливки сплавов с пониженным содержанием в них вредных примесей кислорода, азота, серы. Это обусловлено тем, что образующиеся при содержании этих элементов в сплаве выше критического значения твердые частицы оксидов, нитридов и сульфидов являются концентраторами напряжений, инициирующими зарождение микротрещин в условиях высокотемпературной ползучести и усталостных нагрузок. Таким образом, эти неметаллические включения существенно снижают эксплуатационные свойства сплавов, прежде всего характеристики длительной прочности и усталости.To obtain high-quality GTE blades with a defect-free structure from heat-resistant casting alloys is possible only when using alloys with a low content of harmful impurities of oxygen, nitrogen, and sulfur for casting them. This is due to the fact that the solid particles of oxides, nitrides, and sulfides formed when the content of these elements in the alloy is above a critical value are stress concentrators initiating the initiation of microcracks under conditions of high temperature creep and fatigue loads. Thus, these non-metallic inclusions significantly reduce the operational properties of the alloys, especially the characteristics of long-term strength and fatigue.
Известен способ производства литейных жаропрочных сплавов для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой, включающий расплавление исходных компонентов, введение в расплав редкоземельных металлов (РЗМ), например, церия, лантана, иттрия и скандия, в вакууме и разливку с получением шихтовой заготовки, расплавление шихтовой заготовки, заливку в литейную форму и направленную кристаллизацию. Перед введением РЗМ проводят раскисление расплава, а РЗМ вводят в количестве, определяемом из следующего уравнения: П=K*τ/vкp, где τ - выдержка после введения РЗМ до начала разливки, мин; vкp - скорость направленной кристаллизации отливки, мм/мин; K=0,03-0,04 - эмпирический коэффициент пропорциональности (RU 2035521 С1, 20.05.1995).A known method for the production of heat-resistant casting alloys to produce castings with directional and single-crystal structure, including the melting of the starting components, the introduction of rare earth metals (REM), for example, cerium, lanthanum, yttrium and scandium, in a vacuum and casting to obtain a billet, melting the charge blanks, casting and directional crystallization. Before the introduction of rare-earth metals , the melt is deoxidized, and rare-earth metals are introduced in an amount determined from the following equation: P = K * τ / v kp , where τ is the exposure after the introduction of rare-earth metals before casting, min; v kp - directional crystallization rate of the casting, mm / min; K = 0.03-0.04 - the empirical coefficient of proportionality (RU 2035521 C1, 05.20.1995).
Недостатком указанного способа является то, что он не позволяет получить в готовом металле низкие содержания серы, кислорода и азота ≤0,003% каждого.The disadvantage of this method is that it does not allow to obtain low levels of sulfur, oxygen and nitrogen ≤0.003% each in the finished metal.
Известен способ изготовления суперсплавов с ультранизким содержанием серы до ≤0,0001%, что обеспечивается за счет осуществления вакуумной плавки сплавов в тигле из оксида кальция (десульфирующий агент) (US 5922148 А, 13.07.1999).A known method of manufacturing superalloys with ultra-low sulfur content up to ≤0.0001%, which is ensured by vacuum melting of alloys in a crucible of calcium oxide (desulfurizing agent) (US 5922148 A, July 13, 1999).
Недостатком указанного способа является то, что оксид кальция относится к термически нестойким соединениям (в отличие от оксида магния и алюминия), и поэтому после проведения в нем нескольких плавок он начинает растрескиваться и разрушаться, при этом оксид кальция загрязняет металл.The disadvantage of this method is that calcium oxide refers to thermally unstable compounds (in contrast to magnesium oxide and aluminum), and therefore, after conducting several melts in it, it begins to crack and collapse, while calcium oxide contaminates the metal.
Известен способ производства безуглеродистых литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе, включающий расплавление в вакууме шихтовых материалов и проведение обезуглероживающего рафинирования в две стадии с введением окислителя в атмосфере инертного газа при давлении 20-150 мм рт.ст. и последующее введение в вакууме редкоземельных металлов (РЗМ), хрома и активных легирующих элементов, в котором после введения в расплав активных легирующих элементов вводят кальций в количестве 0,02-0,20% от массы расплава под давлением инертного газа 20-130 мм рт.ст., затем создают вакуум 10-2-5⋅10-4 мм рт.ст., после чего вводят лантан в количестве 0,01-0,3% от массы расплава (RU 2221067 С1, 10.01.2004).A known method for the production of carbon-free casting heat-resistant nickel-based alloys, including melting vacuum materials and carrying out decarburization refining in two stages with the introduction of an oxidizing agent in an inert gas atmosphere at a pressure of 20-150 mm Hg and the subsequent introduction in vacuum of rare earth metals (REM), chromium and active alloying elements, in which, after introducing active alloying elements into the melt, calcium is added in an amount of 0.02-0.20% by weight of the melt under an inert gas pressure of 20-130 mm RT Art., then create a vacuum of 10 -2 -5⋅10 -4 mm Hg, after which lanthanum is introduced in an amount of 0.01-0.3% of the mass of the melt (RU 2221067 C1, 10.01.2004).
Недостатком указанного способа является то, что он не позволяет обеспечить получение в готовом металле низкого содержания примесей кислорода, азота и серы ≤0,003% каждого. Кроме того, создание в печи давления 20-130 мм рт.ст. перед присадкой кальция и последующего создания вакуума увеличивает продолжительность плавки.The disadvantage of this method is that it does not allow to obtain in the finished metal a low content of impurities of oxygen, nitrogen and sulfur ≤0.003% each. In addition, the creation of a furnace pressure of 20-130 mm RT.article. before adding calcium and the subsequent creation of vacuum increases the duration of the heat.
Наиболее близким аналогом является способ производства литейных жаропрочных сплавов на основе никеля, включающий расплавление в вакууме углеродсодержащих шихтовых материалов, содержащих до 70% по массе отходов литейных жаропрочных сплавов на основе никеля, введение активных легирующих элементов и рафинирующих добавок. В качестве одной из рафинирующих добавок вводят гидрид по крайне мере одного из входящих в состав металла из группы: титан, тантал, ниобий, ванадий и гафний, в количестве, определяемом содержанием водорода 0,005-0,1% от массы шихтовых материалов, при этом гидрид вводят в расплав в атмосфере инертного газа при давлении 50-200 мм рт.ст. и температуре расплава на 100-240°С выше температуры ликвидус сплава. (RU 2344186 С2, п. 2 ф.и., 20.01.2009).The closest analogue is a method for the production of casting heat-resistant nickel-based alloys, which includes melting in vacuum carbon-containing charge materials containing up to 70% by weight of waste casting heat-resistant alloys based on nickel, the introduction of active alloying elements and refining additives. As one of the refining additives, hydride of at least one of the metals from the group: titanium, tantalum, niobium, vanadium and hafnium is introduced, in an amount determined by the hydrogen content of 0.005-0.1% by weight of charge materials, while hydride injected into the melt in an inert gas atmosphere at a pressure of 50-200 mm RT.article and the melt temperature is 100-240 ° C higher than the liquidus temperature of the alloy. (RU 2344186 C2, item 2 F.I., 01.20.2009).
Недостатком способа-прототипа является то, что он не позволяет получить в сплаве требуемое низкое содержание примесей серы, кислорода и азота - до 0,002% каждого, и не может обеспечить высокие характеристики длительной прочности.The disadvantage of the prototype method is that it does not allow to obtain the required low content of sulfur, oxygen and nitrogen impurities in the alloy — up to 0.002% of each, and cannot provide high characteristics of long-term strength.
Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа производства литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе с пониженным содержанием примесей и высокими характеристиками жаропрочности.The technical task of the invention is to develop a method for the production of casting heat-resistant nickel-based alloys with a low content of impurities and high heat resistance characteristics.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является снижение содержания серы, кислорода и азота до 0,001-0,002% каждого и, как следствие, повышение жаропрочности сплавов на никелевой основе.The technical result of the invention is to reduce the content of sulfur, oxygen and nitrogen to 0.001-0.002% each and, as a result, increase the heat resistance of nickel-based alloys.
Технический результат достигается предложенным способом производства литейных жаропрочных сплавов на основе никеля, включающий расплавление в вакууме шихтовых материалов, присадку в расплав активных легирующих и рафинирующих металлов, при этом в качестве рафинирующих добавок в расплав последовательно вводят барий в количестве 0,001-0,10% от массы расплава и по меньшей мере один редкоземельный металл в количестве 0,01-0,50% от массы расплава, а после присадки активных легирующих металлов проводят рафинирование расплава в вакууме 10-1-5⋅10-3 мм рт.ст. при температуре 1600-1700°С в течение от 5 до 40 минут, во время которого расплав перемешивают, а плавильный тигель наклоняют от одного до трех раз с возвратом в первоначальное положение после каждого наклона.The technical result is achieved by the proposed method for the production of heat-resistant casting alloys based on nickel, including melting in a vacuum charge materials, an additive in the melt of active alloying and refining metals, while barium is subsequently added to the melt as refining additives in an amount of 0.001-0.10% by weight the melt and at least one rare earth metal in an amount of 0.01-0.50% by weight of the melt, and after the addition of active alloying metals, the melt is refined in vacuum 10 -1 -5⋅10 -3 mm p t.t. at a temperature of 1600-1700 ° C for 5 to 40 minutes, during which the melt is mixed, and the melting crucible is tipped one to three times with a return to its original position after each tilt.
В качестве по меньшей мере одного редкоземельного металла в расплав вводят лантан и/или церий и/или иттрий и/или скандий и/или празеодим и/или неодим в виде гранул лигатуры никель-редкоземельный металл.As at least one rare-earth metal, lanthanum and / or cerium and / or yttrium and / or scandium and / or praseodymium and / or neodymium are introduced into the melt in the form of nickel-rare-earth metal ligature granules.
В качестве шихтовых материалов можно использовать отходы литейных жаропрочных сплавов на основе никеля в количестве до 100% металлошихты.As charge materials, you can use waste casting heat-resistant alloys based on nickel in an amount of up to 100% of metal charge.
Барий предпочтительно вводить в виде гранул лигатуры алюминий-барий.Barium is preferably introduced in the form of granules of aluminum-barium ligature.
Авторами установлено, что проведение рафинирования расплава в пониженном вакууме 10-1-5⋅10-3 мм рт.ст. позволяет сократить испарение хрома, который отличается повышенной упругостью пара. При изменении угла наклона тигля увеличивается площадь поверхности расплава и поэтому процесс удаления примесей и газов с поверхности проходит более интенсивно. Угол наклона выбирается исходя из геометрической формы тигля и уровня расплава в нем таким образом, чтобы расплав не переливался через края тигля.The authors found that the refining of the melt in a reduced vacuum of 10 -1 -5⋅10 -3 mm RT.article reduces the evaporation of chromium, which is characterized by increased vapor pressure. With a change in the angle of inclination of the crucible, the surface area of the melt increases and, therefore, the process of removing impurities and gases from the surface is more intense. The angle of inclination is selected based on the geometric shape of the crucible and the level of the melt in it so that the melt does not overflow over the edges of the crucible.
Заявленный температурный и временной режим рафинирования расплава позволяет более полно осуществлять диссоциацию неметаллических включений в виде нитридов и оксидов в условиях вакуума и тем самым обеспечивать очистку расплава от кислорода и азота.The claimed temperature and time regime of refining the melt allows for more complete dissociation of non-metallic inclusions in the form of nitrides and oxides in a vacuum and thereby ensure the purification of the melt from oxygen and nitrogen.
Упругость пара бария при повышенных температурах существенно ниже, чем у кальция и магния. Например, при температуре 1600°С упругость пара бария составляет 275 мм рт.ст., кальция - 1,6 атм, магния - 17,6 атм. Поскольку барий имеет пониженную упругость пара, его испарение из расплава происходит более медленно, чем у кальция и магния, и поэтому более полно происходит рафинирование расплава от примесей.The barium vapor elasticity at elevated temperatures is significantly lower than that of calcium and magnesium. For example, at a temperature of 1600 ° C the elasticity of barium vapor is 275 mm Hg, calcium - 1.6 atm, magnesium - 17.6 atm. Since barium has a reduced vapor pressure, its evaporation from the melt occurs more slowly than that of calcium and magnesium, and therefore the melt is refined more completely from impurities.
Барий предпочтительно вводить в виде гранул лигатуры алюминий-барий, которая в сравнении с чистым барием обладает большей технологичностью: она легко измельчается, не требует специальных условий хранения и за счет повышенной температуры плавления обеспечивает более полное усвоение бария и его равномерное распределение в объеме расплава жаропрочных сплавов на основе никеля.It is preferable to introduce barium in the form of granules of aluminum-barium ligature, which, in comparison with pure barium, has a higher processability: it is easy to grind, does not require special storage conditions, and due to the increased melting temperature provides more complete assimilation of barium and its uniform distribution in the melt volume of heat-resistant alloys nickel based.
Совместное введение бария и РЗМ позволяет дополнительно понизить в сплаве содержание серы и кислорода за счет образования тугоплавких соединений в виде сульфидов и оксидов, которые адсорбируются на поверхности керамического тигля при плавке.The combined introduction of barium and rare-earth metals allows an additional decrease in the sulfur and oxygen content in the alloy due to the formation of refractory compounds in the form of sulfides and oxides, which are adsorbed on the surface of the ceramic crucible during melting.
Таким образом, соблюдение предлагаемых температурно-временных параметров плавки с одновременным изменением угла наклона плавильного тигля, обеспечение необходимого вакуума, использование в качестве рафинирующей добавки бария в заданных количествах совместно с РЗМ обеспечивает рафинирование металла от примеси серы, газов и неметаллических включений и позволяет получать жаропрочные никелевые сплавы с повышенной чистотой по сульфидам, оксидным пленам и нитридным кластерам. При этом повышаются жаропрочные свойства сплава.Thus, compliance with the proposed temperature and time parameters of the melting with a simultaneous change in the angle of inclination of the melting crucible, providing the necessary vacuum, using barium as a refining additive in predetermined quantities together with rare-earth metals provides metal refining from impurities of sulfur, gases and non-metallic inclusions and allows to obtain heat-resistant nickel alloys with high purity in sulfides, oxide films and nitride clusters. This increases the heat-resistant properties of the alloy.
Пример осуществления.An example implementation.
По предлагаемому способу осуществили выплавку литейного жаропрочного сплава на никелевой основе системы Ni-Co-Cr-Al-Ti-W-Mo-Ta-Nb. Всего было выплавлено 7 плавок. Плавки проводили в вакуумной индукционной печи в тигле вместимостью 10 кг. После расплавления шихты, состоящей из никеля, хрома, кобальта, вольфрама, молибдена, в расплав последовательно присадили активные металлы - титан, тантал, ниобий, алюминий. После этого проводили рафинирование расплава в вакууме, во время которого тигель наклоняли один-три раза с возвратом в первоначальное положение. Исходя из уровня расплава тигель наклоняли под углом 60 град относительно горизонтальной оси.The proposed method carried out the smelting of a heat-resistant nickel-based alloy of the Ni-Co-Cr-Al-Ti-W-Mo-Ta-Nb system. A total of 7 heats were smelted. The melts were carried out in a vacuum induction furnace in a crucible with a capacity of 10 kg. After melting the charge, consisting of nickel, chromium, cobalt, tungsten, molybdenum, the active metals — titanium, tantalum, niobium, and aluminum — were successively added to the melt. After that, the melt was refined in vacuum, during which the crucible was tilted one to three times with a return to its original position. Based on the melt level, the crucible was tilted at an angle of 60 degrees relative to the horizontal axis.
Затем на поверхность расплава последовательно присадили барий в виде алюмобариевой лигатуры и РЗМ в виде лигатур с никелем, после чего расплав залили в стальную трубу.Then, barium was sequentially placed on the melt surface in the form of an aluminum-barium alloy and rare-earth metals in the form of alloys with nickel, after which the melt was poured into a steel pipe.
Технологические параметры плавок указаны в таблице 1.Technological parameters of the heats are listed in table 1.
Далее проводили отбор проб и измеряли концентрацию вредных примесей серы, кислорода и азота в полученном сплаве ИК-методом на газоанализаторах CS-600, ТС-600 фирмы «Leco».Next, samples were taken and the concentration of harmful impurities of sulfur, oxygen and nitrogen in the obtained alloy was measured by the IR method on gas analyzers CS-600, TC-600 from Leco.
Испытания на длительную прочность проводили на термически обработанных образцах на оборудовании «ZST 2/3» по ГОСТ 10145.Tests for long-term strength were carried out on heat-treated samples on the equipment "ZST 2/3" according to GOST 10145.
Полученные результаты по содержанию серы, кислорода и азота и время до разрушения при испытании на длительную прочность приведены в таблице 2.The results obtained on the content of sulfur, oxygen and nitrogen and the time to failure during the test for long-term strength are shown in table 2.
Из таблицы 2 видно, что на плавках 1-7, полученных предлагаемым способом, получены пониженные значения содержания серы (0,001-0,002%), кислорода (0,001-0,002%) и азота (0,0015-0,002%) в сравнении с металлом, выплавленным способом-прототипом (0,003% S; 0,003% О и 0,003% N). Жаропрочные свойства сплава, полученного предлагаемым способом, повысились в 1,5-2 раза.From table 2 it can be seen that on swimming trunks 1-7 obtained by the proposed method, lower values of sulfur content (0.001-0.002%), oxygen (0.001-0.002%) and nitrogen (0.0015-0.002%) in comparison with metal were obtained, smelted by the prototype method (0.003% S; 0.003% O and 0.003% N). The heat-resistant properties of the alloy obtained by the proposed method increased by 1.5-2 times.
Предлагаемый способ позволяет получать в литейных жаропрочных сплавах на никелевой основе содержание серы, кислорода и азота ≤0,002% каждого. Тем самым устраняется вероятность образования в сплавах дефектов в виде неметаллических включений сульфидов, оксидов и нитридов и тем самым исключается образование микротрещин в условиях высокотемпературной ползучести и усталостных нагрузок. В результате повышаются эксплуатационные свойства сплавов, в том числе его жаропрочность.The proposed method allows to obtain in the casting heat-resistant alloys based on nickel, the content of sulfur, oxygen and nitrogen ≤0.002% of each. This eliminates the likelihood of formation of defects in alloys in the form of nonmetallic inclusions of sulfides, oxides, and nitrides, and thereby eliminates the formation of microcracks under conditions of high temperature creep and fatigue loads. As a result, the operational properties of alloys are increased, including its heat resistance.
Использование изобретения позволит повысить жаропрочные свойства литейных жаропрочных никелевых сплавов и тем самым повысить ресурс и надежность работы газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ).The use of the invention will improve the heat-resistant properties of casting heat-resistant nickel alloys and thereby increase the service life and reliability of gas turbine engines (GTE) and gas turbine units (GTU).
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019104707A RU2696999C1 (en) | 2019-02-20 | 2019-02-20 | Nickel-based casting heat-resistant alloys production method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019104707A RU2696999C1 (en) | 2019-02-20 | 2019-02-20 | Nickel-based casting heat-resistant alloys production method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2696999C1 true RU2696999C1 (en) | 2019-08-08 |
Family
ID=67586733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019104707A RU2696999C1 (en) | 2019-02-20 | 2019-02-20 | Nickel-based casting heat-resistant alloys production method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2696999C1 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3998663A (en) * | 1974-01-30 | 1976-12-21 | Vereinigte Deutsche Metallwerke Ag | Workable nickel material and process for making same |
| RU2190680C1 (en) * | 2001-07-12 | 2002-10-10 | Государственное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Method for producing castable refractory nickel-base alloys |
| RU2274671C1 (en) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of production of the carbon-free casting high-temperature alloys |
| RU2344186C2 (en) * | 2007-01-17 | 2009-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of production of cast heat resistant alloys on nickel base (versions) |
| RU2541330C1 (en) * | 2013-10-03 | 2015-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of fabrication castable refractory nickel-based alloys (versions) |
| RU2572117C1 (en) * | 2014-10-07 | 2015-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of production of superalloys based on nickel and alloyed by rare-earth metals |
| CN104357710B (en) * | 2014-11-26 | 2016-08-17 | 张立红 | A kind of nickel alloy and preparation method thereof |
-
2019
- 2019-02-20 RU RU2019104707A patent/RU2696999C1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3998663A (en) * | 1974-01-30 | 1976-12-21 | Vereinigte Deutsche Metallwerke Ag | Workable nickel material and process for making same |
| RU2190680C1 (en) * | 2001-07-12 | 2002-10-10 | Государственное предприятие Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов | Method for producing castable refractory nickel-base alloys |
| RU2274671C1 (en) * | 2004-10-05 | 2006-04-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of production of the carbon-free casting high-temperature alloys |
| RU2344186C2 (en) * | 2007-01-17 | 2009-01-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of production of cast heat resistant alloys on nickel base (versions) |
| RU2541330C1 (en) * | 2013-10-03 | 2015-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of fabrication castable refractory nickel-based alloys (versions) |
| RU2572117C1 (en) * | 2014-10-07 | 2015-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of production of superalloys based on nickel and alloyed by rare-earth metals |
| CN104357710B (en) * | 2014-11-26 | 2016-08-17 | 张立红 | A kind of nickel alloy and preparation method thereof |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| 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 | |
| Li et al. | Mechanisms of reactive element Y on the purification of K4169 superalloy during vacuum induction melting | |
| CN105308196B (en) | Production method of maraging steel and method of miniaturization of inclusions | |
| RU2572117C1 (en) | Method of production of superalloys based on nickel and alloyed by rare-earth metals | |
| NO773167L (en) | ALLOY FOR THE TREATMENT OF MELTED METAL, ESPECIALLY FOR THE ADDITION OF RARE EARTH METALS | |
| RU2618038C2 (en) | Method for obtaining a heat-resistant alloy based on niobium | |
| Bian et al. | Influence of yttrium and vacuum degree on the purification of K417 superalloy | |
| CN113637860A (en) | Preparation process of GH690 alloy | |
| RU2541330C1 (en) | Method of fabrication castable refractory nickel-based alloys (versions) | |
| Sidorov et al. | Removal of a sulfur impurity from complex nickel melts in vacuum | |
| RU2696999C1 (en) | Nickel-based casting heat-resistant alloys production method | |
| Sidorov et al. | Refining a complex nickel alloy to remove a sulfur impurity during vacuum induction melting: Part II | |
| RU2353688C1 (en) | Melting method of carbon-free foundry heat-resistant alloys on basis of nickel | |
| RU2639190C2 (en) | Method of producing high-strength maraging steel | |
| RU2682266C1 (en) | Method of manufacture of nickel-based high-temperature alloys (options) | |
| CN112877568B (en) | A high-density nickel alloy with high elongation at ultra-high strain rate and its preparation method and application | |
| CN103710645B (en) | 3Cr17NiMo die steel easy to chip and preparation method of steel | |
| EP3190196A1 (en) | METHOD FOR DEOXIDIZING Ti-Al ALLOY | |
| RU2274671C1 (en) | Method of production of the carbon-free casting high-temperature alloys | |
| Sinha et al. | Effect of residual elements on high performance nickel base superalloys for gas turbines and strategies for manufacture | |
| RU2392338C1 (en) | Method of heat-resistant nickel-based cast alloy obtainment | |
| CN111763869A (en) | Tungsten-cobalt-nickel alloy and its preparation method and application | |
| RU2469117C1 (en) | Melting method of carbon-free heat-resistant steel | |
| RU2344186C2 (en) | Method of production of cast heat resistant alloys on nickel base (versions) | |
| JP3821368B2 (en) | Manufacturing method of high clean maraging steel |