RU2851153C1 - METHOD FOR PRODUCING HEAT-RESISTANT ALLOY INGOT “ВЖ 718” WITH DIAMETER OF MORE THAN 400 mm - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING HEAT-RESISTANT ALLOY INGOT “ВЖ 718” WITH DIAMETER OF MORE THAN 400 mmInfo
- Publication number
- RU2851153C1 RU2851153C1 RU2025103256A RU2025103256A RU2851153C1 RU 2851153 C1 RU2851153 C1 RU 2851153C1 RU 2025103256 A RU2025103256 A RU 2025103256A RU 2025103256 A RU2025103256 A RU 2025103256A RU 2851153 C1 RU2851153 C1 RU 2851153C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ingot
- hours
- furnace
- remelted
- vacuum
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники.Field of technology.
Из сплава ВЖ718 изготавливают детали газовых турбин, в том числе и диски турбин.Gas turbine parts, including turbine disks, are made from the VZh718 alloy.
Уровень техники.State of the art.
Аналог. Известен способ получения слитка из жаропрочного сплава (CN 113444889 А, приоритет от 19.05.2021), суть которого заключается в том, что слиток изначально формируется путем выплавки электрода в вакуумной индукционной печи, переплава электрода в электродную заготовку путем электрошлакового переплава, затем электродную заготовку подвергают повторному электрошлаковому переплаву.Analog. A known method for producing an ingot from a heat-resistant alloy (CN 113444889 A, priority dated May 19, 2021) consists of initially forming the ingot by melting an electrode in a vacuum induction furnace, remelting the electrode into an electrode blank using electroslag remelting, and then subjecting the electrode blank to a second electroslag remelting.
Способ позволяет получить слиток с равномерным распределением алюминия и титана. Однако недостатком способа является то, что он не учитывает необходимость формирования бездефектной структуры крупногабаритных слитков для сплавов с широким интервалом кристаллизации. Однако не исключает падения отдельных выкрашивающихся частиц, т.к. не исключена возможность формирования несплошной электродной заготовки.This method produces an ingot with a uniform distribution of aluminum and titanium. However, a drawback of this method is that it does not account for the need to form a defect-free structure for large-sized ingots for alloys with a wide crystallization range. However, it does not eliminate the possibility of individual chipping particles falling off, as this can lead to the formation of a discontinuous electrode blank.
Прототип. Известен способ получения слитка из жаропрочного никелевого сплава (RU 2272083 С2, приоритет от 25.02.2002) путем получения электрода в вакуумной индукционной печи, переплавки его в электрошлаковой печи для формирования электрошлакового электрода, перековке электрошлакового электрода и переплавки полученной заготовки в вакуумно-дуговой печи.Prototype. A method is known for producing an ingot from a heat-resistant nickel alloy (RU 2272083 C2, priority dated 25.02.2002) by producing an electrode in a vacuum induction furnace, remelting it in an electroslag furnace to form an electroslag electrode, reforging the electroslag electrode, and remelting the resulting blank in a vacuum arc furnace.
Недостатком данного способа является невозможность полного исключения формирования в конечном слитке ВДП дефектов локальной структурной и (или) химической неоднородности. В частности, данный способ не исключает образование дефектов структуры типа «белое пятно» для никелевых и железоникелевых сплавов, легированных ниобием на 4 и более весовых процентов из-за того, что электрод после электрошлакового переплава имеет низкую пластичность и в процессе перекова электрода могут образоваться трещины, которые и спровоцируют выкрашивание частиц в процессе последующего ВДП. A disadvantage of this method is the inability to completely eliminate the formation of localized structural and/or chemical heterogeneity defects in the final VAR ingot. Specifically, this method does not eliminate the formation of "white spot" structural defects for nickel and iron-nickel alloys alloyed with niobium at 4% or more by weight. This is due to the low ductility of the electrode after electroslag remelting, and cracks may form during the reforging process, which can lead to particle spalling during subsequent VAR.
Сущность изобретения.The essence of the invention.
Детали из сплава ВЖ718 должны обладать высоким уровнем механических свойств, должны отсутствовать несплошности (в виде пор, трещин раковин), неметаллические включения, ликвация. Структура таких деталей должна быть однородной. Эти требования, возможно, обеспечить только при получении слитков без несплошностей с однородным химическим составом и однородной макроструктурой.Parts made of VZh718 alloy must possess high mechanical properties and be free of discontinuities (such as pores, cracks, and cavities), nonmetallic inclusions, and segregation. The structure of such parts must be uniform. These requirements can only be met by producing ingots free of discontinuities, with a uniform chemical composition and a homogeneous macrostructure.
Распространенным способом получения слитков из сплава ВЖ718 является «тройной переплав», который заключается в получении расходуемого электрода путем вакуумной индукционной плавки (ВИЛ) и разливки металла в кристаллизатор, переплавом полученного электрода электро-шлаковым способом (ЭШП) и последующей вакуумной дуговой плавкой (ВДП).A common method for producing ingots from the VZh718 alloy is “triple remelting,” which involves producing a consumable electrode by vacuum induction melting (VIM) and pouring the metal into a crystallizer, remelting the resulting electrode using the electroslag method (ESM), and subsequent vacuum arc melting (VAM).
При таком способе получения вакуумно-индукционная плавка позволяет усреднить химический состав по объему слитка путем перемешивания расплава магнитным полем. Последующий электрошлаковый переплав позволяет снизить количество вредных примесей таких, как сера и фосфор и сделать материал более плотным, содержащим меньше дефектов усадочного характераWith this production method, vacuum induction melting allows for the chemical composition to be averaged throughout the ingot by stirring the melt with a magnetic field. Subsequent electroslag remelting reduces the amount of harmful impurities such as sulfur and phosphorus, resulting in a denser material with fewer shrinkage defects.
При выплавке слитков большого диаметра из жаропрочных никелевых и железоникелевых сплавов могут иметь место макро- и микроструктурные дефекты. Отдельные дефекты характерны для всех сплавов и связаны в первую очередь с особенностями формирования слитков при ВДП и ЭШП. К таким дефектам относятся внеосевая и радиальная неоднородности («шнуровая» и «пятнистая» ликвации), светлый контур, «корона», усадочная пористость, неметаллические включения и т.д.When smelting large-diameter ingots from heat-resistant nickel and iron-nickel alloys, macro- and microstructural defects may occur. Certain defects are common to all alloys and are primarily associated with the formation characteristics of the ingots during VAR and ESR. These defects include off-axis and radial inhomogeneities ("cord" and "spotted" segregation), light contours, "crowns," shrinkage porosity, non-metallic inclusions, etc.
Кроме явных дефектов макроструктуры при выплавке слитков по схеме ВИП плюс ВДП, ВИЛ плюс ЭШП, ВИЛ плюс ЭШП плюс ВДП возможно формирование не регламентированных и формально не являющихся дефектами, но, тем не менее, неблагоприятных для последующей деформации зон. Например, более широких участков центрального равноосного зерна, участков с несимметричными относительно оси слитка столбчатыми кристаллами и т.д. Такие особенности структуры связаны с временным выходом фактического режима переплава из квазистационарного режима.In addition to obvious macrostructural defects, ingot smelting using the VIP plus VAR, VIL plus ESR, and VIL plus ESR plus VAR processes can result in the formation of unregulated zones that are not formally considered defects but are nonetheless unfavorable for subsequent deformation. For example, these zones may include wider areas of the central equiaxed grain, areas with columnar crystals asymmetrical relative to the ingot axis, etc. Such structural features are associated with the temporary departure of the actual remelting process from a quasi-steady-state regime.
При этом для ряда сплавов могут иметь место дефекты структуры, характерные только для них. Так, железоникелевые сплавы (например, ВЖ718), содержащие в своем составе ниобий в концентрации 3 и более процентов (по массе) имеют макроструктурный дефект «белое пятно».At the same time, some alloys may exhibit structural defects that are unique to them. For example, iron-nickel alloys (e.g., VZh718) containing niobium at a concentration of 3 percent or more (by weight) exhibit a macrostructural defect called a "white spot."
Причиной образования белого пятна является попадание в ванну жидкого металла при ВДП отдельных твердых частиц исходного электрода. Находясь в контакте с жидкой фазой, такие частицы несколько обедняются ниобием, который имеет более высокий по сравнению с другими легирующими элементами коэффициент положительной ликвации (в сторону жидкой фазы). За счет этого обеднения при контроле макроструктуры такая частица выглядит более светлым («белым») пятном произвольной формы. Пример дефекта «белое пятно» показан на фиг. 1.The formation of a white spot is caused by the entry of individual solid particles of the original electrode into the liquid metal pool during VAR welding. When in contact with the liquid phase, these particles become somewhat depleted of niobium, which has a higher positive segregation coefficient (toward the liquid phase) than other alloying elements. Due to this depletion, such a particle appears as a lighter ("white") spot of arbitrary shape during macrostructure inspection. An example of a "white spot" defect is shown in Fig. 1.
Источником белых пятен при ВДП являются частицы, выкрашивающиеся из расходуемого электрода, если он имеет не сплошную структуру (содержит усадочные раковины, рыхлоту и т.д., трещины без выхода на поверхность и т.д.), которые падают в жидкую ванну формирующегося слитка и остаются нерастворенными.The source of white spots during VAR are particles that crumble from the consumable electrode if it has a non-continuous structure (contains shrinkage cavities, looseness, etc., cracks without reaching the surface, etc.), which fall into the liquid bath of the forming ingot and remain undissolved.
Настоящее изобретение относится к области металлургии, а именно совершенствованию технологии выплавки слитков из сплава ВЖ718 большого диаметра (более 400 мм) и исключению формирования дефектов типа «белое пятно» в слитке.The present invention relates to the field of metallurgy, namely to the improvement of the technology for smelting ingots from the VZh718 alloy of large diameter (more than 400 mm) and the elimination of the formation of “white spot” type defects in the ingot.
Предлагаемый способ позволяет исключить внутри расходуемого электрода наличие усадочных явлений за счет ковки электрода. В процессе ковки материал электрода уплотняется, что исключает предпосылки к выкрашиванию из него частиц и их попадания в ванну жидкого металла при формировании слитка ВДП, что исключает причины формирования дефекта типа «белое пятно».The proposed method eliminates shrinkage phenomena within the consumable electrode by forging the electrode. During the forging process, the electrode material is compacted, preventing particles from chipping off and entering the liquid metal pool during VAR ingot formation, thereby eliminating the causes of "white spot" defects.
Для повышения качества слитка из жаропрочного никелевого и железоникелевого сплава и исключения формирования в конечном слитке ВДП дефектов локальной структурной и (или) химической неоднородности, предлагается способ получения слитка, который получается следующим образом (фиг. 2): выплавляется в вакуумной индукционной печи, электрошлаковой печи и вакуумно-дуговой печи, полученный промежуточный расходуемый электрод подвергается пластической деформации и вакуумно-дуговому переплаву. В результате получается слиток без дефектов структуры.To improve the quality of ingots made from heat-resistant nickel and iron-nickel alloys and prevent the formation of localized structural and/or chemical heterogeneity defects in the final VAR ingot, a method for producing an ingot is proposed. The ingot is melted in a vacuum induction furnace, an electroslag furnace, and a vacuum arc furnace. The resulting intermediate consumable electrode is subjected to plastic deformation and vacuum arc remelting. The resulting ingot is free of structural defects.
Предлагаемый способ отличится тем, что промежуточный расходуемый электрод для последнего ВДП получается тройным переплавом в вакуумно-индукционной, электрошлаковой печи и вакуумно-дуговой печи с последующей пластической деформацией. Получение заготовки электрода для последующей ковки путем тройного переплава (ВИП+ЭШП+ВДП) обеспечит высокую пластичность при ковке промежуточного расходуемого электрода. Также при таком способе получения промежуточного расходуемого электрода возможные дефекты локальной структурной и (или) химической неоднородности, в частности, «белые пятна» будут предварительно частично измельчены при пластической деформации, и при финальном ВДП расплавлены при плавлении электрода и усреднены в ванне жидкого металла формирующегося слитка.The proposed method is distinguished by the intermediate consumable electrode for the final VAR process being produced by triple remelting in a vacuum induction furnace, electroslag furnace, and vacuum arc furnace, followed by plastic deformation. Producing an electrode blank for subsequent forging by triple remelting (VIR + ESR + VAR) ensures high ductility during forging of the intermediate consumable electrode. Furthermore, with this method of producing the intermediate consumable electrode, possible defects of local structural and/or chemical heterogeneity, in particular "white spots," will be partially crushed during plastic deformation and, during the final VAR, melted during melting of the electrode and homogenized in the liquid metal bath of the forming ingot.
Осуществление изобретения.Implementation of the invention.
Данным способом в условиях АО «СМК» были изготовлены слитки из жаропрочного железоникелевого сплава ВЖ718. Получены слитки без дефектов локальной структурной и (или) химической неоднородности типа «белое пятно».Using this method, ingots from the heat-resistant iron-nickel alloy VZh718 were produced at JSC SMK. The resulting ingots were free of localized structural and/or chemical heterogeneity defects such as "white spots."
В вакуумной индукционной печи выплавили электрод диаметром 405 мм с разливкой в чугунный кокиль диаметром 410 мм, охладили в течение 4 часов в вакууме, переплавили в электрошлаковой печи в кристаллизаторе диаметром 470/500 мм со скоростью плавления от 3,4 до 6,0 кг/мин, охладили с печью в течение 2 часов, затем в термостате в течение 24 часов, переплавили слиток в вакуумной дуговой печи в кристаллизаторе 520 мм со скоростью плавления от 3,0 до 4,0 кг/мин. с последующим термостатированием в течение 24 часов. Затем слиток подвергли пластической деформации, ковку проводили на гидравлическом прессе до диаметра 450 мм при температуре деформации 1180°С. Затем полученный промежуточный расходуемый электрод ВДП обточили до диаметра 445 мм и подвергли вакуумно-дуговому переплаву в кристаллизаторе 520 мм со скоростью плавления от 3,0 до 4,0 кг/мин. В результате по данному маршруту был получен обточенный слиток диаметром 485 мм. Далее слиток был откован до диаметра 230 мм.A 405 mm diameter electrode was melted in a vacuum induction furnace and poured into a 410 mm diameter cast iron chill mold. The electrode was cooled for 4 hours in a vacuum, remelted in an electroslag furnace in a 470/500 mm diameter crystallizer at a melting rate of 3.4 to 6.0 kg/min, cooled in the furnace for 2 hours, then in a thermostat for 24 hours, and the ingot was remelted in a vacuum arc furnace in a 520 mm crystallizer at a melting rate of 3.0 to 4.0 kg/min. Subsequently, thermostatting for 24 hours was carried out on the ingot. Then, plastic deformation was performed on a hydraulic press to a diameter of 450 mm at a deformation temperature of 1180°C. The resulting intermediate consumable VAR electrode was then ground to a diameter of 445 mm and subjected to vacuum arc remelting in a 520 mm crystallizer at a melting rate of 3.0 to 4.0 kg/min. This process resulted in a ground ingot with a diameter of 485 mm. The ingot was then forged to a diameter of 230 mm.
Отсутствие дефектов проводили на кованых прутках, полученных из данного слитка путем исследования макроструктуры. Контроль макроструктуры кованого прутка показал отсутствие дефектов. Макроструктура прутка показана фиг. 3.The absence of defects was determined on forged rods obtained from this ingot by examining the macrostructure. Inspection of the forged rod's macrostructure revealed the absence of defects. The rod's macrostructure is shown in Fig. 3.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2851153C1 true RU2851153C1 (en) | 2025-11-19 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5888316A (en) * | 1992-08-31 | 1999-03-30 | Sps Technologies, Inc. | Nickel-cobalt based alloys |
| RU2272083C2 (en) * | 2001-03-08 | 2006-03-20 | Эй Ти Ай Пропертиз, Инк. | The method of production of the ingots of the large diameter out of alloys on the basis of nickel |
| RU2607682C2 (en) * | 2011-06-01 | 2017-01-10 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Thermomechanical processing of nickel-based alloys |
| RU2716967C2 (en) * | 2015-06-24 | 2020-03-17 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Alloy melting and refining method |
| US20220119931A1 (en) * | 2020-03-02 | 2022-04-21 | Gaona Aero Material Co., Ltd. | Preparation method of nickel-based wrought superalloy wheel disk forgings used at high temperature |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5888316A (en) * | 1992-08-31 | 1999-03-30 | Sps Technologies, Inc. | Nickel-cobalt based alloys |
| RU2272083C2 (en) * | 2001-03-08 | 2006-03-20 | Эй Ти Ай Пропертиз, Инк. | The method of production of the ingots of the large diameter out of alloys on the basis of nickel |
| RU2607682C2 (en) * | 2011-06-01 | 2017-01-10 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Thermomechanical processing of nickel-based alloys |
| RU2716967C2 (en) * | 2015-06-24 | 2020-03-17 | ЭйТиАй ПРОПЕРТИЗ ЭлЭлСи | Alloy melting and refining method |
| US20220119931A1 (en) * | 2020-03-02 | 2022-04-21 | Gaona Aero Material Co., Ltd. | Preparation method of nickel-based wrought superalloy wheel disk forgings used at high temperature |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2716967C2 (en) | Alloy melting and refining method | |
| US8668760B2 (en) | Method for the production of a β-γ-TiAl base alloy | |
| CN110592506B (en) | GH4780 alloy blank and forging and preparation method thereof | |
| CN109022925B (en) | Method for reducing Laves phase in nickel-based superalloy steel ingot | |
| Bomberger et al. | The melting of titanium | |
| CN112430767A (en) | Large-size hollow ingot casting and ingot casting method | |
| CN1035560C (en) | Uniformized smelt casting tech. for titanium-aluminium compound base alloy | |
| RU2851153C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING HEAT-RESISTANT ALLOY INGOT “ВЖ 718” WITH DIAMETER OF MORE THAN 400 mm | |
| RU2451097C1 (en) | High-strength aluminium alloy and method for its obtaining | |
| US11268166B2 (en) | Processes for producing superalloys and superalloys obtained by the processes | |
| RU2770807C1 (en) | Method for producing blanks from low-alloy copper-based alloys | |
| RU2811632C1 (en) | METHOD OF VACUUM ARC FINAL REMELTING OF Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo TITANIUM ALLOY INGOTS | |
| CN114000020A (en) | Ingot for large-size die forging and preparation method thereof | |
| JP3541956B2 (en) | Vacuum arc remelting method | |
| RU2792907C1 (en) | METHOD OF VACUUM ARC FINAL REMELTING OF TITANIUM ALLOY INGOTS OF Ti-10V-2Fe-3Al GRADE | |
| JP7417056B2 (en) | titanium alloy ingot | |
| RU2837322C1 (en) | METHOD OF PRODUCING INGOT FROM TITANIUM ALLOY Ti-6Al-4V | |
| RU2762956C1 (en) | Method for manufacturing cast billets from antifriction bronze | |
| RU2317343C2 (en) | Method of production of ingots | |
| RU2749010C1 (en) | Method for vacuum arc final remelting of titanium alloy ingots of vt3-1 brand | |
| RU2719051C1 (en) | Method of semi-finished products production from heat-resistant alloy h25n45v30 | |
| RU2238992C1 (en) | Niobium ingot preparation method | |
| JP7339536B2 (en) | Titanium alloy ingot | |
| RU2425167C2 (en) | Procedure for control of addition alloy for titanium alloys | |
| Bai et al. | Refined microstructure and propensity to crack of typical hard-to-deform GH4151 superalloy prepared by electron beam drip melting |