Способ рафинирования жаропрочного никелевого сплава

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЕН АР нструкторпогрукноя бурения зного научнения "Поектно-к бюро и нию дл Всесою объеди ованов,енко ьство СССР/08, 1984,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Авторское свидетелМ 1271858, кл, С 21 С 1 Изобретение относится к металлургии, в частности к способам рафинирования сплавов, используемым при выплавке, например, жаростойких никелевых сплавов, применяемых при изготовлении турбоколес газовых компрессоров.Наиболее близким к предполагаемому изобретению является способ рафинирования, используемый в способе выплавки чугуна 11. Согласно данному способу рафинирование осуществляют путем введения на дно тигля печи перед загрузкой металлической шихты отходов кремнеземсодержащих волокон в количестве 0,1 - 1,0% от массы металлозавалки,Недостаток известного способа заключается в том, что он не обеспечивает получение высокого качества сплава по газосодержанию и неметаллическим включениям,таким как плены А 120 з, и необходимых механических свойств сплава, Это.,Ж 177 ОЗ 7 гА 1 я)5 С 21 С 5/52, 7/О 54) СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ Ж ОПРОЧНОГО НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА (57) Сущность изобретения: отходы кремнеземсодержащих волокон обрабатывают РЗМ и порошком криолита и вводят на дно тигля индукционной печи в количестве 0,6- 0,8% от массы металлозавалки, а на дно ковша перед сливом расплава вводят 0,3- 0,5% необработанных отходов кремнезем- содержащего волокна от массы жидкого металла в ковше, При этом вводимый на дно тигля индукционной печи рафинирующий состав содержит, мас.%: кремнеземсодержащее волокно 50 - 70, РЗМ 20 - 30, порошок криолита 10 - 20. 2 табл,объясняется слабой коагулируащей способностью микрокапель расплавов кремнезем- содержащих волокон. которые в условиях флотации сквозь металлический расплав не могут полностью захватывать микроплены А 120 з в силу недостаточной смачивающей способности микрокапель кремнеземсодержащего волокна. мелкой дисперсностью микроплен А Оз и высокой степенью вязкости сплава при температуре обработки и заливке его в формы.Целью предполагаемого изобретения является повышение качества сплава. улучшение его механических свойств и повышение жидкотекучести за счет эффективности удаления из массы жидкого сплава окисных плен А 120 з и газов.Поставленная цель достигается тем, что в способе рафинирования жаропрочного никелевого сплава. включающем ввод на дно тигля индукционной печи перед загруз 177037950 г кой металлической шихты отходов кремнеземсодержащих волокон, выпуск расплава в ковш, согласно изобретению, на дно печи отходы кремнеземсодеркащих волокон вводят в смеси с РЗМ и порошком коиолита, взятых в соотношении (5 - 7);(2 - 3):(1 - 2), в количестве 0,6 - 0,87 от массы металлозавалки, а на дно ковша перед сливом расплава вводят 0,3-0,5отходов кремнеземсодержащего волокна от массы жидкого металла в ковше,Введение на дно печи отходов кремнеземсодержащих волокон в смеси с РЗМ и порошком криолита, взятых в соотношении (5-7):(2-3):1 - 2), в количестве 0,6 - 0,8 от массы металлозавалки, позволяет в процессе плавки удалить из расплава внесенные в него равнее окисные плены типа А 20 з, и препятствует образованию новых плен. Так как газопоглотительная и раскисляющая способность микрокапель кремнеземсодержащего волокна не высока, то для повышения их газопоглотигельной и раскисляющей способности кремнеземсодеркащее волокно вводят в смеси с РЗМ, Такая смесь резко увеличивает дегазацию сплава по сравнению с раздельным вводом волокна и РЗМ.Смесь отходов кремнеземсодеркащих волокон с порошком криолита Иа 2 КаА Е 6) повышает жидкоподвижность микрокапель этого волокна, при этом освобождающийся в результате термодеструкции фтор образует фтористый алюминий из А 20 з е результате чего АЕз - газ удаляется из расплава,Введение указанной рафинирующей смеси в количестве 0,6-0,8% от массы металлозавалки способствуе удалению флотации микроплен АОз из расплава, При введении менее 0,64 кремнеземсодержащего волокна в смеси с РЗМ и порошком криолита от массы металлозавалки процесс рафинирования протекает не полностью, а при введении этого же волокна более 0,8;4 от массы металлозавалки процесс флотации растягивается (затрудняется), что приводит к дополнительному загрязнению жидкого сплава. Процесс образования плен А 20 з снова возобновляется при сливе расплава из печи в ковш, Для корректирования этого процесса на дно ковша перед сливом расплава вводят 0,3 - 0,5% отходов кремнеземсодержащего волокна от массы жидкого металла в ковше.Введение кремнеземсодеркащего волокна в ковш в количестве менее 0,3;4 не позволяет достаточно полно удалить вновь образовавшиеся плены из массы жидкого 5 10 15 20 25 30 35 40 45 металла, в то время, как введение более 0,5% кремнеземсодержащего волокна приводит к повышенному пленообразованию и снижению механических свойств полученного сплава,Таким образом, применение волокнистого материала с развитой поверхностью в сочетании с криолитом и РЗМ содержащей лигатурой, обладающего повышенной раскислительной способностью, газопоглощением, высокой адгезионной активностью к неметаллическим включениям, окислам типа АзОз и газом, позволяет значительно повысить эффективность процессов сорбционного рафинирования металла во время его выплавки и термовременной обработки в плавильной печи, Флотирующие через расплав микрокапли вещества стекловолокна., в смеси с криолитом и редкоземельными металлами (РЗМ), являясь активными центрами конденсации микроплен вредных окислов А 20 з и других, а также газов О), Н), Щ, повышают степень рафинирования сплава, его жидкотекучесть, осуществляют его дегазацию, улучшают кристаллическую структуру, способствуют повышению прочностных свойств сплава,Способ рафинирования осуществляют следующим образом,На дно реторты индукционной печи типа ИЧТс основной футероеой загружают рафинирующую добавку, содеркащую оходы щелочного кремнеземсодержащего волокна, РЗМ и порошок криолита при соотношении масс; кремнеземсодеркащее волокно 5 - 7, РЗМ 2 - 3, порошок криолита 1-2 в количестве 0,6 - 0,8/ от массы металлозавалки, Этот состав смешивают, затем производят завалку в печь 160 кг шихты. состоящей из 100возврата сплава никеля, содержащего в себе окисные плены А 20 з, резко снижающие механические свойства турбин. В течение 1,5 ч металл расплавляют в печи, доводя температуру расплава до 1550 - 1560 С. При расплавлении шихты образовавшийся шлак флотирует сквозь расплав к поверхности металла, образуя защитный покров. После достикения температуры металла 1560 С производят разливку расплава в ковш, предварительно загрузив на дно ковша необработанные отходы щелочного кремнеземсодержащего волокна 0,3 - 0,5;4 от массы жидкого металла. Выдерживают 1-1,5 мин расплав в ковше, Затем снимают шлак до появления чистого зеркала металла в ковше и разливают рафинированный металл в подготовленные керамические формы, разогретые до температуры 650700 С. При этом заливаюг образцы цилиндрической и квадратнойформы для испытания полученного металлана механические свойства и жаростойкость,Заявляемый процесс осуществляли виндукционной печи типа ИЧТс основной футеровкой. Вес одной плавки составлял 160 кг. Всего было проведено 8 плавок.Из них в трех плавках количественное соотношение рафинирующей добавки и шихтынаходится в диапазоне предельных соотношений упомянутой добавки, включая и граничные значения диапазона, а в остальныхплавках соотношение компонентов рафинирующей добавки и шихты составляет запредельные значения упомянутой добавки.Способ рафинирования, расход рафинирующей добавки и физические свойстваполучаемого сплава приведены в табл. 1.Для определения соотношения компонентов рафинирующей добавки, вводимойна дно тигля индукционной печи, было проведено 7 плавок, При этом во всех семиплавках на дно индукционной печи быловведено О,борафинирующей добавки отмассы металлозавалки.В пяти плавках количественное состношение компонентов рафинирующей добавки находится в диапазоне предельныхсоотношений упомянутых компонентов,включая и граничные значения диапазона,а в остальных двух плавках соотношение 30компонентов составляет запредельные значения упомянутой добавки.Способ рафинирования, соотношениекомпонентов рафинирующей добавки, газосодержание и физические свойства получаемого сплава приведены в табл. 2.Прочностные свойства сплава до рафинирования и после определяли при т-ре700 С на разрывной машине, Температуруобразца измеряли хромель-алюмелевой 40термопарой, Относительное удлинение определяли по образцам, разорванным при2 1т-ре 700 С по формуле д = 100,.1Ударную вязкость определяли на копре 45на образцах, нагретых дс 700 С, под контролем температуры хромель-алюмелевсйтермопарой,Содеркание газов определяли на приборе газоанализаторе фирмы "Леко". Прочностные свойства колес турбин. полученныхтрадиционным способом и рафинированием. испытывали на универсальном безмоторном стенде лаборатории испытаний.Все перечисленные параметры приведены 55в таблицах 1 - 2,Как следует из таблицы 1 введение комбинированной рафинирующей добавки позволяет уменьшить число окисных плен А 20 з по сравнению с известными способами рафинирования в 4 - 8 раз, газосодержание более чем в 1,5 - 2 раза и улучшить жидкотекучесть на 23 - 47 о , прочностные свойства, такие как ударную вязкость более чем в 2 раза, жаропрочность на 9 - 13, относительное удлинение более чем на 30 о ,Анализ табл. 2 показывает, что при выборе заявленных соотношений компонентов рафинирующей добавки, вводимой в печь, обеспечивается уменьшение числа окисных плен в 1,5 - 3 раза, газосодеркания нэ 15 - 20 ои улучшаются жидкотекучесть на 20 - 30 и прочностные свойства сплава на 10 - 20 о по сравнению с запредельными условиями.Благодаря комбинированной рафинирующей добавке, состоящей из отходов кремнеземсодержэщих волокон, криолита и РЗМ, в прелагаемом способе рафинирования сплава по сравнению с известным, достигается повышение степени рафинирования сплава по пленам А 20 з и газосодержанию 02, Н 2, М 2, а также повышается предел прочности сплава на растяжение, относительное удлинение, ударная вязкость, а также и улучшается его жидкотекучесть,Экономический эффект от использования предполагаемого изобретения получен за счет полного возвращения.в плавку отходов сплавов, пораженных пленами, ранее использовавшихся частично. Формула изобретения Способ рафинирования жаропрочного никелевого сплава, включающий ввод на дно тигля индукционной печи перед загрузкой металлической шихты отходов кремнеземсодержэщих волокон, выпуск расплава в ковш, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения качества сплава, улучшения его механических свойств и повышения кидкотекучести за счет эффективного удаления из массы жидкого сплава окисных плен А"Оз и газов. на дно печи отходы кремнеземсодержащих волокон вводят в смеси с РЗМ и порошком крислита. взятых в соотношении (5 - 7):(2-31:(1-2), в количестве 0,6-0,8 от массы металлозавалки, а на дно ковша перед сливом расплава вводят 0.3 - 0.5 отходов кремнеземсодержащего волокна от массы жидкого металла в ковше.+ 1- 050 хс хох ака сдс оха Ю + й х о с х а хо а с х о + ШФЭ дЭ уф Уф во фо с х с 4) Э ф Ф о Сф э 1 Ф ф о с х фу фФ ос х 1 1 1 5Х 1 5З 1 Фа Ф 1 5 1 О 3 О Гее 1 С) Фо о с а)1 1 о о5 о со со о 5 о 5 1 а Х 3 3 1 31 1