RU2847892C1 - Method for producing nickel-scandium or nickel-ytrium ligatures - Google Patents
Method for producing nickel-scandium or nickel-ytrium ligaturesInfo
- Publication number
- RU2847892C1 RU2847892C1 RU2025102404A RU2025102404A RU2847892C1 RU 2847892 C1 RU2847892 C1 RU 2847892C1 RU 2025102404 A RU2025102404 A RU 2025102404A RU 2025102404 A RU2025102404 A RU 2025102404A RU 2847892 C1 RU2847892 C1 RU 2847892C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nickel
- scandium
- yttrium
- charge
- melt
- Prior art date
Links
Abstract
Description
1. Область техники1. Field of technology
Изобретение относится к области специальной металлургии, а именно к способу изготовления лигатур никель-скандий или никель-иттрий, может быть использован при рафинировании литейных и деформируемых жаропрочных сплавов на основе никеля.The invention relates to the field of special metallurgy, namely to a method for producing nickel-scandium or nickel-yttrium ligatures, and can be used in refining cast and wrought heat-resistant nickel-based alloys.
2. Предшествующий уровень техники2. Prior art
Известен «Способ изготовления лигатур в вакуумной дуговой печи с нерасходуемым электродом» (патент RU №2734220, кл. C22C 35/00, C22B 9/20, опубл. 13.10.2020), включающий загрузку шихтовых материалов в медный водоохлаждаемый кристаллизатор, размещенный в плавильной камере вакуумной дуговой печи с нерасходуемым вольфрамовым электродом, закрытие плавильной камеры печи, откачку воздуха и напуск инертного газа в плавильную камеру печи, первичное расплавление шихтовых материалов электрической дугой, переворачивание полученного слитка и его повторный переплав. Недостаток – экономически не целесообразно из-за повышенных угаров и высоких энергозатрат.A known method is "Method for Manufacturing Master Alloys in a Vacuum Arc Furnace with a Non-Consumable Electrode" (RU Patent No. 2734220, Class C22C 35/00, C22B 9/20, published October 13, 2020). This method involves loading charge materials into a water-cooled copper crystallizer located in the melting chamber of a vacuum arc furnace with a non-consumable tungsten electrode, closing the furnace melting chamber, evacuating air and introducing inert gas into the furnace melting chamber, initially melting the charge materials with an electric arc, inverting the resulting ingot, and remelting it. A disadvantage is that it is not economically feasible due to increased burn-off and high energy consumption.
Известен «Способ получения лигатуры алюминий-скандий (варианты)» (патент RU №2213795, кл. C22C 1/00, C22C 21/00, C22C 35/00, опубл. 10.10.2003), включающий алюминотермическое восстановление скандия из его соединений в среде расплавленных галогенидов металлов. Основные недостатки указанного способа следующие. При его использовании нет возможности существенно повысить относительное содержание скандийсодержащего реагента в шихте (из-за ее реологических особенностей), что приводит к избыточному расходу и увеличению объема реагентов (хлорид калия, фторид натрия), которые впоследствии направляются на доизвлечение скандия. Это же обстоятельство снижает технологичность процесса введения скандий-содержащей шихты в жидкий алюминий, приводит к нежелательным процессам, включающим образование трудновосстановимых оксифторидов скандия.A "Method for Obtaining an Aluminum-Scandium Master Alloy (Variants)" (RU Patent No. 2213795, Class C22C 1/00, C22C 21/00, C22C 35/00, published on October 10, 2003) is known, which includes the aluminothermic reduction of scandium from its compounds in a medium of molten metal halides. The main disadvantages of this method are as follows. When using it, it is not possible to significantly increase the relative content of the scandium-containing reagent in the batch (due to its rheological properties), which leads to excessive consumption and an increase in the volume of reagents (potassium chloride, sodium fluoride), which are subsequently used for additional scandium extraction. This same circumstance reduces the technological efficiency of the process of introducing scandium-containing charge into liquid aluminum, leading to undesirable processes, including the formation of difficult-to-recover scandium oxyfluorides.
Известен «Способ получения лигатуры алюминий-скандий» (патент RU №2507291, кл. C22C 21/00, C22C 1/03, C22C 35/00, опубл. 20.02.2014), включающий расплавление алюминия, алюминотермическое восстановление скандия из исходной шихты, содержащей фторид скандия, хлорид калия и фторид натрия под покровным флюсом, и последующую выдержку полученного расплава. Недостатками способа являются низкие плотность и содержание скандия примерно 2% в получаемой алюмо-скандиевой лигатуре и высокая вероятность ликвации скандия в объеме одной партии от 0,4 до 2,0%, что затрудняет ее вовлечение на выплавку сплавов в качестве глубинного раскислителя и в полном объеме из-за ограничений по содержанию алюминия в сплавах.A "Method for producing an aluminum-scandium master alloy" is known (RU patent No. 2507291, class C22C 21/00, C22C 1/03, C22C 35/00, published on 20.02.2014), which includes melting aluminum, aluminothermic reduction of scandium from the initial charge containing scandium fluoride, potassium chloride and sodium fluoride under a covering flux, and subsequent holding of the resulting melt. The disadvantages of the method are the low density and scandium content of approximately 2% in the resulting aluminum-scandium master alloy and the high probability of scandium segregation in a single batch of 0.4 to 2.0%, which complicates its use in alloy smelting as a deep deoxidizer and in full due to limitations on the aluminum content in the alloys.
Известно также, принятое авторами в качестве наиболее близкого аналога, техническое решение «Способ получения лигатуры никель-редкоземельный металл» (патент RU №2556176, кл. C22C 1/02, C22C 19/03, C22C 35/00, опубл. 10.07.2015). В способе расплавляют никель, выдерживают полученный расплав и смешивают его с редкоземельным металлом, производят индукционное перемешивание расплава, его разливку и охлаждение, при этом расплавляют никель в вакууме в инертном тигле индукционной печи, полученный расплав нагревают до температуры 1500-1700°C и выдерживают до его дегазации в плавильной камере под вакуумом, после чего снижают температуру расплава никеля до 1400-1550°C и в вакууме или атмосфере инертного газа порционно добавляют в него редкоземельный металл.Also known is the technical solution “Method for producing nickel-rare earth metal ligature” (patent RU No. 2556176, cl. C22C 1/02, C22C 19/03, C22C 35/00, published 10.07.2015), accepted by the authors as the closest analogue. The method involves melting nickel, holding the resulting melt and mixing it with a rare earth metal, inductively mixing the melt, pouring it and cooling it, while melting the nickel in a vacuum in an inert crucible of an induction furnace, heating the resulting melt to a temperature of 1500-1700°C and holding it until it degasses in a melting chamber under vacuum, after which the temperature of the nickel melt is reduced to 1400-1550°C and the rare earth metal is added to it in portions in a vacuum or inert gas atmosphere.
Данный способ не предусматривает получение никель-скандиевой лигатуры. При этом сохраняется вероятность высоких угаров редкоземельных металлов, при данном методе ввода их в расплав и развитию ликвации по высоте слитка. При этом способ обладает низкой производительностью из-за длительного охлаждения слитка в вакуумной индукционной печи порядка 6 часов, высокими трудозатратами, связанными с приобретением на каждую плавку индивидуального тигля, а также отдельной электрической печи для сушки никеля.This method does not produce a nickel-scandium master alloy. However, this method still results in high losses of rare earth metals, as they are added to the melt, and the development of liquation along the ingot's height. Furthermore, the method is low-productivity due to the lengthy cooling time of the ingot in a vacuum induction furnace (approximately 6 hours), and high labor costs associated with purchasing a separate crucible for each melt, as well as a separate electric furnace for drying the nickel.
3. Сущность изобретения3. The essence of the invention
3.1. Постановка технической задачи3.1. Statement of the technical problem
Задачей изобретения является разработка способа получения лигатур никель-скандий или никель-иттрий с минимальными затратами на производство и низким коэффициентом трудоемкости, позволяющий получать содержание скандия или иттрия в лигатуре на уровне расчетных значений с незначительной ликвацией по сечению отливки, с низкими содержаниями примесей серы и цветных металлов (свинца, висмута, сурьмы, олова, цинка, кадмия).The objective of the invention is to develop a method for producing nickel-scandium or nickel-yttrium ligatures with minimal production costs and a low labor intensity coefficient, which makes it possible to obtain scandium or yttrium content in the ligature at the level of calculated values with insignificant liquation across the cross-section of the casting, with low contents of sulfur impurities and non-ferrous metals (lead, bismuth, antimony, tin, zinc, cadmium).
Результат решения технической задачиThe result of solving a technical problem
Техническим результатом на которое направлено настоящее изобретение достигается за счет последовательной послойной горизонтальной завалки особочистых шихтовых материалов (с низким содержанием газов и примесей цветных металлов): никель → скандий или иттрий → никель, выплавки лигатур никель-скандий или никель-иттрий в вакуумной индукционной печи путем расплавления, выдержки в атмосфере аргона и перемешивания расплава – никель-скандий или никель-иттрий, его разливки в подготовленную горизонтальную чугунную мульду и охлаждения.The technical result to which the present invention is directed is achieved by means of sequential layer-by-layer horizontal charging of highly pure charge materials (with a low content of gases and non-ferrous metal impurities): nickel → scandium or yttrium → nickel, smelting nickel-scandium or nickel-yttrium ligatures in a vacuum induction furnace by melting, holding in an argon atmosphere and mixing the melt - nickel-scandium or nickel-yttrium, pouring it into a prepared horizontal cast iron mold and cooling.
3.2. Отличительные признаки3.2. Distinguishing features
В отличие от известного технического решения получения лигатуры никель-редкоземельный металл путем расплавления никеля, выдержки полученного расплава и его смешения с редкоземельным металлом в вакуумной индукционной печи, с последующей разливкой и охлаждением; в заявленном техническом решении на стадии формирования завалки, осуществляют последовательное послойное укладывание в тигель шихтовых материалов, затем после полного расплавления завалки в атмосфере аргона, при температуре 1530-1550°С осуществляют выдержку в течение 2-4 минут, после чего выполняют индукционное перемешивание расплава и производят разливку в подготовленную горизонтальную чугунную мульду с последующим охлаждением в печи.Unlike the known technical solution for producing a nickel-rare earth metal master alloy by melting nickel, holding the resulting melt and mixing it with a rare earth metal in a vacuum induction furnace, followed by casting and cooling, in the claimed technical solution, at the stage of charge formation, the charge materials are sequentially placed layer by layer in a crucible, then, after complete melting of the charge in an argon atmosphere at a temperature of 1530-1550°C, a holding period of 2-4 minutes is carried out, after which induction mixing of the melt is performed and casting is performed into a prepared horizontal cast iron mold, followed by cooling in the furnace.
При подготовке шихтовых материалов осуществляют формирование завалки путем послойного укладывания в тигель дроби никелевой карбонильной марки ДНК-0 в количестве 90% от веса завалки, расчетного количества скандия металлического или иттрия металлического и оставшегося количества дроби никелевой карбонильной марки ДНК-0.When preparing the charge materials, the charge is formed by layer-by-layer placement of DNA-0 grade nickel carbonyl shot into a crucible in an amount of 90% of the charge weight, the calculated amount of metallic scandium or metallic yttrium, and the remaining amount of DNA-0 grade nickel carbonyl shot.
На выплавку лигатуры и никель-скандиевой, и никель-иттриевой в вакуумной индукционной печи используют универсальный огнеупорный тигель корундооксидцирконийсиликатный.For the smelting of both nickel-scandium and nickel-yttrium ligatures in a vacuum induction furnace, a universal refractory corundum oxide zirconium silicate crucible is used.
При достижении вакуума не хуже 5х10-2 мм рт.ст., в печь напускают аргон высокой чистоты до давления от 300 до 380 мм рт.ст.When a vacuum of at least 5x10 -2 mm Hg is reached, high-purity argon is introduced into the furnace to a pressure of 300 to 380 mm Hg.
Индукционное перемешивание расплава выполняют за счет переключения мощности печи с одной ступени на другую.Induction mixing of the melt is achieved by switching the furnace power from one stage to another.
Разливку никель-скандиевой лигатуры осуществляют при температуре 1490-1510°С, никель-иттриевой лигатуры – 1520-1550°С.The nickel-scandium ligature is poured at a temperature of 1490-1510°C, and the nickel-yttrium ligature at 1520-1550°C.
Охлаждение полученной лигатуры производят в закрытой вакуумной индукционной печи до полной кристаллизации в течение не менее 20 минут.The resulting ligature is cooled in a closed vacuum induction furnace until complete crystallization for at least 20 minutes.
4. Описание изобретения4. Description of the invention
Традиционное раскисление сталей и сплавов алюминием, кремнием и марганцем сопровождается загрязнением металла включениями глинозема, силикатов, алюмосиликатов, пластичными железомарганцовистыми сульфидами. Твердые остроугольные включения глинозема снижают качество металла, так как могут привести к зарождению трещины в процессе эксплуатации изделий. Вытягивающиеся в направлении деформации железомарганцовистые сульфиды существенно усиливают анизотропию, характеристику пластичности и вязкости. Особое влияние на технологическую пластичность жаропрочных сплавов оказывает содержание в металле серы, которая является вредной примесью и даже в ничтожно малых концентрациях, порядка тысячных долей процента, резко ухудшает их деформируемость.Traditional deoxidation of steels and alloys with aluminum, silicon, and manganese results in contamination of the metal with inclusions of alumina, silicates, aluminosilicates, and ductile ferromanganese sulfides. Hard, acute-angled alumina inclusions reduce the quality of the metal, as they can lead to crack initiation during service. Ferromanganese sulfides, which stretch in the direction of deformation, significantly increase anisotropy, ductility, and toughness. Sulfur, a harmful impurity, has a particularly significant impact on the process ductility of heat-resistant alloys, significantly impairing their deformability even in negligible concentrations (thousandths of a percent).
Проблема загрязнения металла решается за счет раскисления и модифицирования сталей и сплавов редкоземельными металлами (РЗМ) (например: церий, лантан, скандий, иттрий), обладающих высоким сродством к вредным примесям таким как кислород, сера и примеси цветных металлов. Ввод редкоземельных металлов в жидкий расплав приводит к эффективному раскислению вследствие образования при высоких температурах оксисульфидной фазы содержащей РЗМ и интенсивному ее удалению из расплава при его перемешивании.The problem of metal contamination is solved by deoxidizing and modifying steels and alloys with rare earth metals (REMs) (e.g., cerium, lanthanum, scandium, yttrium), which have a high affinity for harmful impurities such as oxygen, sulfur, and non-ferrous metals. Adding rare earth metals to the molten metal results in effective deoxidation due to the formation of an REM-containing oxysulfide phase at high temperatures and its intensive removal from the melt during stirring.
Предложенное техническое решение позволяет получать сплавы никеля с редкоземельными металлами. Способ предусматривает при использовании скандия или иттрия (Sc или Y), температура плавления которых (1541°С и 1522°С, соответственно) близка к температуре плавления никеля (1453°С), последовательно загружать непосредственно в инертный тигель расчетное количество скандия или иттрия и никеля. При подготовке шихтовых материалов осуществляют формирование завалки путем послойного укладывания в тигель дроби никелевой карбонильной марки ДНК-0 в количестве 90% от веса завалки, расчетного количества скандия металлического или иттрия металлического и оставшегося количества дроби никелевой карбонильной марки ДНК-0.The proposed technical solution enables the production of nickel alloys with rare earth metals. The method involves sequentially loading the calculated amount of scandium or yttrium and nickel directly into an inert crucible using scandium or yttrium (Sc or Y), whose melting points (1541°C and 1522°C, respectively) are close to that of nickel (1453°C). The charge is prepared by layering DNA-0 nickel carbonyl shot into the crucible, amounting to 90% of the charge weight, the calculated amount of metallic scandium or metallic yttrium, and the remaining amount of DNA-0 nickel carbonyl shot.
Для осуществления предложенного технического решения используют дробь никелевую карбонильную (марки ДНК-0) с низкими содержаниями газов и примесей, и один из компонентов:To implement the proposed technical solution, nickel carbonyl shot (grade DNA-0) with low gas and impurity content and one of the components are used:
– скандий металлический;– metallic scandium;
– иттрий металлический.- yttrium metal.
В таблице 1 приведены температуры плавления и плотность шихтовых материалов.Table 1 shows the melting temperatures and densities of the charge materials.
Таблица 1. Температуры плавления и плотность шихтовых материалов.Table 1. Melting temperatures and density of charge materials.
Использование особо чистого по примесям, в виде дроби никеля карбонильного позволяет осуществлять плотную завалку для стабильного ведения плавки и позволяет исключить дополнительную высокотемпературную выдержку расплава никеля для его дегазации. А также позволяет снизить трудозатраты, связанные с рубкой никелевых пластин и предварительной сушкой в печи электросопротивления в случае использования на выплавку никеля металлического.The use of highly pure carbonyl nickel in the form of shot enables dense charging for stable smelting and eliminates the need for additional high-temperature holding of the molten nickel for degassing. It also reduces labor costs associated with cutting nickel plates and pre-drying them in a resistance furnace when using metallic nickel for smelting.
Для расчета оптимальных содержаний скандия или иттрия в лигатуре на основе никеля и определения температурного режима ведения плавки (температуры расплава, температуры слива) применяют двойные диаграммы состояний никель-РЗМ (фиг. 1-2).To calculate the optimal contents of scandium or yttrium in a nickel-based ligature and to determine the temperature regime for melting (melt temperature, drain temperature), binary nickel-REM phase diagrams are used (Fig. 1-2).
При выплавке лигатур никель-скандий или никель-иттрий используют универсальный огнеупорный тигель корундооксидцирконийсиликатный. Материал тигля выбран исходя из того, что во время выплавки лигатуры при взаимодействии скандия или иттрия с материалом тигля на стенках тигля от плавки к плавке образуется незначительное количество гарнисажа, что позволяет выплавлять до 20 плавок лигатуры разного состава без зарастания тигля.When smelting nickel-scandium or nickel-yttrium master alloys, a universal refractory corundum-oxide-zirconium-silicate crucible is used. The crucible material was chosen based on the fact that during the master alloy smelting, the interaction of scandium or yttrium with the crucible material results in a small amount of skull formation on the crucible walls from melt to melt. This allows for up to 20 melts of master alloys of different compositions to be smelted without clogging the crucible.
При подготовке шихтовых материалов осуществляют формирование завалки путем послойного укладывания в тигель дроби никелевой карбонильной марки ДНК-0 в количестве 90% от веса завалки, расчетного количества скандия металлического или иттрия металлического и оставшегося количества дроби никелевой карбонильной марки ДНК-0.When preparing the charge materials, the charge is formed by layer-by-layer placement of DNA-0 grade nickel carbonyl shot into a crucible in an amount of 90% of the charge weight, the calculated amount of metallic scandium or metallic yttrium, and the remaining amount of DNA-0 grade nickel carbonyl shot.
Никель (ДНК-0) загружают в тигель минуя дополнительную операцию предварительной сушки, например, в печи электросопротивления при температуре от 200°С до 300°С в течение двух часов. После загрузки плавильную камеру печи герметизируют, производят ее откачку вакуумными насосами и одновременно осуществляют разогрев завалки, что является альтернативной предварительной сушки никеля (марки ДНК-0).Nickel (DNA-0) is loaded into the crucible without the need for additional pre-drying, for example, in a resistance furnace at a temperature of 200°C to 300°C for two hours. After loading, the melting chamber is sealed, evacuated with vacuum pumps, and the charge is simultaneously heated, which is an alternative to pre-drying nickel (DNA-0 grade).
Так как скандий или иттрий входящие в состав никелевой лигатуры имеют высокую упругость насыщенного пара, то есть имеют склонность к интенсивному испарению, то в предложенном способе при достижении вакуума не хуже 5×10-2 мм рт.ст. в печь напускают аргон высокой чистоты до давления от 300 до 380 мм рт.ст. Процессы выплавки и разливки лигатуры происходят в защитной атмосфере аргона.Since scandium or yttrium, which are part of the nickel master alloy, have high vapor pressure and are prone to intense evaporation, in the proposed method, once a vacuum of at least 5×10 -2 mmHg is achieved, high-purity argon is introduced into the furnace to a pressure of 300 to 380 mmHg. The melting and casting processes of the master alloy occur in a protective argon atmosphere.
Далее после полного расплавления шихтовых материалов в атмосфере аргона при температуре 1530-1550°С осуществляют выдержку в течение 2-4 минут, высокотемпературную (1600-1700°С) выдержку расплава в вакууме не производят, так как на выплавку используют шихтовые материалы с низкими содержаниями газов и вредных примесей.Then, after the complete melting of the charge materials in an argon atmosphere at a temperature of 1530-1550°C, they are held for 2-4 minutes. High-temperature (1600-1700°C) holding of the melt in a vacuum is not performed, since charge materials with low contents of gases and harmful impurities are used for smelting.
На протяжении всего процесса выплавки лигатуры никель-скандий или никель-иттрий не происходит взаимодействия расплава с атмосферой воздуха. За счет кратковременных выдержек расплава и низкого давления в плавильной камере осуществляется дегазация расплава от О2 и N2 и удаление вредных примесей цветных металлов (свинца, висмута, сурьмы, олова, цинка, кадмия).Throughout the entire process of smelting nickel-scandium or nickel-yttrium alloys, there is no interaction between the melt and the atmosphere. Short-term melt holding times and low pressure in the melting chamber ensure degassing of the melt from oxygen.2And N2and removal of harmful impurities of non-ferrous metals (lead, bismuth, antimony, tin, zinc, cadmium).
После усвоения редкоземельных металлов выполняют индукционное перемешивание расплава за счет переключения мощности печи с одной ступени на другую. Данная операция обеспечивает равномерное распределение компонентов и выравнивание температуры по всему объему расплава.After the rare earth metals have been absorbed, the melt is inductively mixed by switching the furnace power from one stage to the next. This operation ensures uniform distribution of the components and equalization of temperature throughout the melt.
С целью исключения ликвации РЗМ по высоте и сечению отливки разливку лигатуры никель-скандий или никель-иттрий производят в подготовленную горизонтальную чугунную мульду. На рабочую поверхность мульды перед ее использованием наносится термостойкий керамический композит (ТКК) для получения качественной поверхности отливки и защиты разливочного припаса от образования трещин и раковин. При этом загрязнение металла основными компонентами ТКК (такими как оксиды кремния, алюминия, циркония, титана, магния) не происходит.To prevent REE segregation along the casting's height and cross-section, nickel-scandium or nickel-yttrium master alloys are poured into a prepared horizontal cast iron mold. A heat-resistant ceramic composite (HRC) is applied to the mold's working surface before use to achieve a high-quality casting surface and protect the casting stock from cracks and voids. This prevents contamination of the metal with the HRC's main components (such as silicon, aluminum, zirconium, titanium, and magnesium oxides).
Разливку никель-скандиевой лигатуры осуществляют при температуре 1490-1510°С, никель-иттриевой лигатуры – 1520-1550°С.The nickel-scandium ligature is poured at a temperature of 1490-1510°C, and the nickel-yttrium ligature at 1520-1550°C.
Охлаждение полученной лигатуры производят в закрытой вакуумной индукционной печи до полной кристаллизации в течение не менее 20 минут, которую гарантированно обеспечивает горизонтальная чугунная мульда.Cooling of the resulting ligature is carried out in a closed vacuum induction furnace until complete crystallization for at least 20 minutes, which is guaranteed by a horizontal cast iron mold.
Применение заявленного технического решения обеспечивает получение лигатуры никель-скандий или никель-иттрий с содержание скандия или иттрия на уровне расчетных значений без ликвации редкоземельных металлов по высоте и сечению отливки, с низкими содержаниями примесей серы и цветных металлов (свинца, висмута, сурьмы, олова, цинка, кадмия).The use of the claimed technical solution ensures the production of nickel-scandium or nickel-yttrium ligature with scandium or yttrium content at the level of the calculated values without the liquation of rare earth metals along the height and cross-section of the casting, with low contents of sulfur and non-ferrous metal impurities (lead, bismuth, antimony, tin, zinc, cadmium).
Данное техническое решение гарантированно позволяет снизить затраты на производство за счет исключения операции сушки шихтовых материалов, в том числе наличия необходимого для этой технологической операции оборудования, минимизировать угары дорогостоящих и дефицитных материалов (скандия и иттрия), снизить время на кристаллизацию выплавленной отливки лигатуры, а также использование универсального огнеупорного тигля корундооксидцирконийсиликатный позволяет выплавлять до 20 плавок лигатуры разного состава без зарастания тигля.This technical solution is guaranteed to reduce production costs by eliminating the drying of charge materials, including the availability of the equipment required for this technological operation, minimizing the waste of expensive and scarce materials (scandium and yttrium), reducing the time for crystallization of the molten casting of the master alloy, and the use of a universal refractory crucible of corundum oxide zirconium silicate allows for the melting of up to 20 melts of master alloys of different compositions without clogging the crucible.
5. Пример конкретного выполнения5. Example of specific implementation
Пример 1. Выплавка лигатуры никель-скандий.Example 1. Smelting of nickel-scandium ligature.
Выплавку двух плавок лигатуры никель-скандий произвели в вакуумной индукционной печи. В качестве шихтовых материалов использовали дробь никелевую карбонильную марки ДНК-0 и скандий металлический.Two batches of nickel-scandium alloy were smelted in a vacuum induction furnace. The charge materials used were DNA-0 grade nickel carbonyl shot and scandium metal.
В тигель печи послойно загрузили никель и скандий. Сначала на дно тигля печи загрузили до 90% от веса никеля в завалке, затем равномерно распределили скандий, после чего, сверху завалки, поместили оставшийся никель. После герметизации печи осуществили предварительную откачку плавильной камеры форвакуумными насосами и одновременно производили разогрев завалки. После напуска аргона высокой чистоты до давления 350 мм рт.ст. произвели расплавление завалки. Затем после расплавления шихтовых материалов при температуре 1540°С производили выдержку металла в течение трех минут. Далее при температуре расплава 1510°С произвели индукционное перемешивание лигатуры и ее слив в горизонтальную чугунную мульду, на поверхность которой перед использованием нанесли ТКК. Далее произвели охлаждение лигатуры в закрытой печи до полной кристаллизации в течение 20 минут.Nickel and scandium were loaded into the furnace crucible layer by layer. First, up to 90% of the nickel in the charge was loaded onto the bottom of the furnace crucible. Then, scandium was evenly distributed, and the remaining nickel was placed on top of the charge. After sealing the furnace, the melting chamber was pre-evacuated with forevacuum pumps while the charge was simultaneously heated. After filling with high-purity argon to a pressure of 350 mmHg, the charge was melted. After melting the charge materials at 1540°C, the metal was held for three minutes. Next, at a melt temperature of 1510°C, the master alloy was inductively mixed and poured into a horizontal cast iron mold, the surface of which had been coated with TCC before use. The master alloy was then cooled in a closed furnace until complete crystallization, over a period of 20 minutes.
Определение химического состава после охлаждения выплавленной лигатуры осуществили из проб, отобранных от отливки по системе «край-середина-край». Химический состав лигатуры исследовали на атомно-эмиссионном анализаторе IRIS Intrepid. Содержание вредных примесей цветных металлов (свинец, цинк, висмут, олово, сурьма, мышьяк, медь, кадмий) определяли на масс-спектрометре PGS-2 с МаЭс. Содержание углерода и серы - на газоанализаторах Leco. В таблице 2 приведены результаты химического анализа лигатуры никель-скандий.The chemical composition of the molten master alloy after cooling was determined from samples taken from the casting using the edge-center-edge system. The master alloy's chemical composition was analyzed using an IRIS Intrepid atomic emission analyzer. The content of harmful non-ferrous metal impurities (lead, zinc, bismuth, tin, antimony, arsenic, copper, and cadmium) was determined using a PGS-2 mass spectrometer with a MaES. Carbon and sulfur contents were determined using Leco gas analyzers. Table 2 presents the chemical analysis results for the nickel-scandium master alloy.
Таблица 2. Результат химического анализа лигатуры никель-скандий.Table 2. Result of chemical analysis of nickel-scandium ligature.
Продолжение таблицы 2Continuation of Table 2
По результатам определений химического состава (край-середина-край) сделан вывод об отсутствии ликвации элементов по высоте и сечению отливки и отбор одной пробы от «середины» отливки является достаточным для определения химического состава лигатуры.Based on the results of chemical composition determinations (edge-middle-edge), a conclusion was made about the absence of liquation of elements along the height and cross-section of the casting and the selection of one sample from the “middle” of the casting is sufficient to determine the chemical composition of the ligature.
Пример 2. Выплавка лигатуры никель-иттрий.Example 2. Melting of nickel-yttrium alloy.
Выплавку трех плавок лигатуры никель-иттрий произвели в вакуумной индукционной печи. В качестве шихтовых материалов использовали дробь никелевую карбонильную марки ДНК-0 и иттрий металлический.Three batches of nickel-yttrium alloy were smelted in a vacuum induction furnace. The charge materials used were DNA-0 grade nickel carbonyl shot and yttrium metal.
В тигель печи послойно загрузили никель и скандий. Сначала на дно тигля печи загрузили до 90% от веса никеля в завалке, затем равномерно распределили иттрий, после чего, сверху завалки, поместили оставшийся никель. После герметизации печи осуществили предварительную откачку плавильной камеры форвакуумными насосами и одновременно производили разогрев завалки. После напуска аргона высокой чистоты до давления 350 мм рт.ст. произвели расплавление завалки. Затем после расплавления шихтовых материалов при температуре 1540°С производили выдержку металла в течение трех минут. Далее при температуре расплава 1540°С произвели индукционное перемешивание лигатуры и ее слив в горизонтальную чугунную мульду, на поверхность которой перед использованием нанесли ТКК. Далее произвели охлаждение лигатуры в закрытой печи до полной кристаллизации в течение 20 минут.Nickel and scandium were loaded into the furnace crucible layer by layer. First, up to 90% of the nickel charge's weight was loaded into the bottom of the furnace crucible. Then, yttrium was evenly distributed, and the remaining nickel was placed on top of the charge. After sealing the furnace, the melting chamber was pre-evacuated with forevacuum pumps while the charge was simultaneously heated. After filling with high-purity argon to a pressure of 350 mmHg, the charge was melted. After melting the charge materials at 1540°C, the metal was held for three minutes. Next, at a melt temperature of 1540°C, the master alloy was inductively mixed and poured into a horizontal cast iron mold, the surface of which had been coated with TCC before use. The master alloy was then cooled in a closed furnace until complete crystallization, over a period of 20 minutes.
Определение химического состава после охлаждения выплавленной лигатуры осуществили из проб, отобранных от отливки по системе «край-середина-край». Химический состав лигатуры исследовали на атомно-эмиссионном анализаторе IRIS Intrepid. Содержание вредных примесей цветных металлов (свинец, цинк, висмут, олово, сурьма, мышьяк, медь, кадмий) определяли на масс-спектрометре PGS-2 с МаЭс. Содержание углерода и серы - на газоанализаторах Leco. В таблице 3 приведены результаты химического анализа лигатуры никель-иттрий.The chemical composition of the molten master alloy after cooling was determined from samples taken from the casting using the edge-middle-edge system. The master alloy's chemical composition was analyzed using an IRIS Intrepid atomic emission analyzer. The content of harmful non-ferrous metal impurities (lead, zinc, bismuth, tin, antimony, arsenic, copper, and cadmium) was determined using a PGS-2 mass spectrometer with a MaES. Carbon and sulfur contents were determined using Leco gas analyzers. Table 3 presents the chemical analysis results for the nickel-yttrium master alloy.
Таблица 3. Результат химического анализа лигатуры никель-иттрий.Table 3. Result of chemical analysis of nickel-yttrium ligature.
Продолжение таблицы 3Continuation of Table 3
По результатам определения химического состава (край-середина-край) сделан вывод об отсутствии ликвации элементов по высоте и сечению отливки и отбор одной пробы от «середины» отливки является достаточным для определения химического состава лигатуры.Based on the results of determining the chemical composition (edge-middle-edge), a conclusion was made about the absence of liquation of elements along the height and cross-section of the casting and the selection of one sample from the “middle” of the casting is sufficient to determine the chemical composition of the ligature.
Таким образом, применение заявленного технического решения обеспечивает получение лигатуры никель-скандий или никель-иттрий с содержанием скандия или иттрия на уровне расчетных значений без ликвации по сечению отливки и с низкими содержаниями примесей серы и цветных металлов (свинца, висмута, сурьмы, олова, цинка, кадмия).Thus, the use of the claimed technical solution ensures the production of nickel-scandium or nickel-yttrium ligature with scandium or yttrium content at the level of the calculated values without liquation across the casting cross-section and with low contents of sulfur and non-ferrous metal impurities (lead, bismuth, antimony, tin, zinc, cadmium).
Claims (7)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2847892C1 true RU2847892C1 (en) | 2025-10-15 |
Family
ID=
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU910826A1 (en) * | 1980-08-08 | 1982-03-07 | Предприятие П/Я Г-4385 | Master alloy |
| SU1435644A1 (en) * | 1986-07-22 | 1988-11-07 | Институт проблем литья АН УССР | Method of producing nickel-magnesium complex alloying composition |
| SU1100945A1 (en) * | 1982-03-24 | 1994-06-15 | Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола | Ligature for treating steel |
| RU2191213C1 (en) * | 2001-11-05 | 2002-10-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "БКЛ" | Hardener (versions) |
| CN101736175B (en) * | 2008-11-19 | 2011-11-09 | 中国科学院金属研究所 | Method for preparing nickel-yttria master alloy with uniform structure |
| RU2556176C1 (en) * | 2014-05-05 | 2015-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of production of nickel-rare-earth metal foundry alloy |
| CN109536797A (en) * | 2018-03-30 | 2019-03-29 | 上海大学 | High-strength and high-plasticity casts Mg-Ni-Y alloy and preparation method thereof |
| CN110760716A (en) * | 2019-10-22 | 2020-02-07 | 南京达迈科技实业有限公司 | Nickel-yttrium alloy wire for spark plug electrode material and preparation method thereof |
| RU2734220C1 (en) * | 2020-02-27 | 2020-10-13 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of ligature production in vacuum arc furnace with non-consumable electrode |
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU910826A1 (en) * | 1980-08-08 | 1982-03-07 | Предприятие П/Я Г-4385 | Master alloy |
| SU1100945A1 (en) * | 1982-03-24 | 1994-06-15 | Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола | Ligature for treating steel |
| SU1435644A1 (en) * | 1986-07-22 | 1988-11-07 | Институт проблем литья АН УССР | Method of producing nickel-magnesium complex alloying composition |
| RU2191213C1 (en) * | 2001-11-05 | 2002-10-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "БКЛ" | Hardener (versions) |
| CN101736175B (en) * | 2008-11-19 | 2011-11-09 | 中国科学院金属研究所 | Method for preparing nickel-yttria master alloy with uniform structure |
| RU2556176C1 (en) * | 2014-05-05 | 2015-07-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of production of nickel-rare-earth metal foundry alloy |
| CN109536797A (en) * | 2018-03-30 | 2019-03-29 | 上海大学 | High-strength and high-plasticity casts Mg-Ni-Y alloy and preparation method thereof |
| CN110760716A (en) * | 2019-10-22 | 2020-02-07 | 南京达迈科技实业有限公司 | Nickel-yttrium alloy wire for spark plug electrode material and preparation method thereof |
| RU2734220C1 (en) * | 2020-02-27 | 2020-10-13 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") | Method of ligature production in vacuum arc furnace with non-consumable electrode |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tripathi et al. | Effect of ladle age on formation of non-metallic inclusions in ladle treatment | |
| CN112095018B (en) | A method for composition control in the process of electron beam refining superalloy | |
| Li et al. | Effect of slag on oxide inclusions in carburized bearing steel during industrial electroslag remelting | |
| EP3586998B1 (en) | Method for producing ti-al alloy | |
| RU2847892C1 (en) | Method for producing nickel-scandium or nickel-ytrium ligatures | |
| US4451430A (en) | Method of producing copper alloy by melting technique | |
| CN1206374C (en) | Porous agglomerates containning iron and at least one further element from groups 5 or 6 of the periodic table for use as alloying agent | |
| Abiko et al. | Preparation of 10 kg Ingot of Ultra‐Pure Iron | |
| Breig et al. | Induction skull melting of titanium aluminides | |
| JP4287594B2 (en) | Treatment of aluminum alloy melt | |
| CN1164780C (en) | Process of Vacuum Induction Melting Ti-Al-Nb-B Alloy | |
| US3501291A (en) | Method for introducing lithium into high melting alloys and steels | |
| JPS58133338A (en) | Method for melting titanium group metal or alloy thereof | |
| RU2807237C1 (en) | Method for smelting heat-resistant copper base alloys | |
| US4375371A (en) | Method for induction melting | |
| RU2749406C1 (en) | Method for production of corrosion-resistant nickel-based hn63mb alloy with carbon content below 0.005% | |
| RU2601718C1 (en) | Method of magnesium-zirconium alloys melting and casting | |
| RU2731540C1 (en) | Method of producing chromium bronze | |
| RU2836980C1 (en) | Steel modification method | |
| JPH04120225A (en) | Manufacture of ti-al series alloy | |
| RU2826513C1 (en) | Method of producing ingot from precision alloy of “н70х10ф8я7” grade | |
| RU2770807C1 (en) | Method for producing blanks from low-alloy copper-based alloys | |
| CN117568700B (en) | A method for preparing high-purity diamond wire ingot | |
| CN117089771B (en) | Magnesium tellurium composite microalloyed gear steel | |
| RU2734220C1 (en) | Method of ligature production in vacuum arc furnace with non-consumable electrode |