Способ получения сплава

О П И С А Н И Е,цП 6814ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(43) Опубликовано 07,11 (45) Дата опубликован СССР о делам иэобретеи и открытий(71) Заявител ф фф" +И У ч г.с, рт 1 павиФ 54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВА 1Изобретение относится к способам получения сплавов заданного переменного состава путем расплавления материалов с применением электродугового, плазменного, электронно-лучевого, газового и других 5 локальных источников тепла и может быть использовано в химической, энергетической и других отраслях промышленности.В болыпинстве случаев при выборе оптимальных вариантов легирования метал ла шва и присадочных материалов для сварки, а также при поиске новых сталей и сплавов возникает необходимость изготовления и исследования свойств множества плавок металла с различным содержа нием легирующих элементов, Это трудоемкий и дорогостоящий процесс, так как требует выплавки слитков, их ковки и изготовления различного сортамента металла. Применение сплавов переменного состава 20 позволяет заметно уменьшить объем и стойкость таких разработок, повысить точность определения оптимальных составов.Известен способ получения сплавов заданного переменного состава по выбранно му измерению путем расплавления двух и более подаваемых в зону плавления стержней различного химического состава, при этом в процессе расплавления стержней изменяют скорость подачи каждого из них 30 в соответствии с заданным химическим составом получаемого сплава при одновременном регулировании параметров режима расплавления стержней 1 Ц,Недостатком этого способа является то, что согласование программы изменения режима расплавления стержней и скорости их подачи с заданным законом изменения состава сплава требует проведения сложных расчетов и трудоемких операций, особенно в тех случаях, когда необходимо получить сплав переменного состава с несколькими изменяющимися компонентами его легирования. Другим недостатком является необходимость сложного специального оборудования для получения сплавов переменного состава этим способом. Кроме того, в некоторых случаях по технологическим причинам (ковка, волочение) стержни необходимого состава не могут быть изготовлены.Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения сплава заданного переменного состава по выбранному измерению путем расплавления кромок двух пластин с фиксированной границей проплавления, установленных с зазором, в который вводят содержащий регулируемые в сплаве элементы присадочный материал преимущественно в виде тон10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 кой фольги, форму верхней кромки которого и ее превышение над границей проплавления пластин устанавливают в соответствии с требуемым законом изменения состава сплава 12,Недостатком этого способа является малый диапазон изменения химического состава сплава из-за ограниченного участия присадочного материала (фольги) в образовании сплава, так как значительное расширение диапазона изменения состава требует чрезмерного увеличения зазора между пластинами из-за необходимого утолщения вводимого в него присадочного материала. Это приводит к нарушению стабильности границы проплавления, а следовательно, к несоответствию закона изменения состава реально получаемого сплава заданному, что затрудняет исследование свойств интересующих композиций сплава и делает применение известного способа в этом случае нецелесообразным. Другим недостатком известного способа является то, что при его использовании для получения сплавов с узким диапазоном изменения содержания легирующих элементов доля участия основного материала в образовании сплава изменяется незначительно, что затрудняет оценку свойств близких по составу участков сплава и тем самым снимает точность определения зависимости свойств сплава от его состава.Это подтверждается следующим анализом. Состав сплава в какой-либо точке можно выразить формулой1)о(1:)(С + Соз+ С )++ й(1 - оп) (С, + С, + С,) = 1, (1 где Р, и Рп - соответственно весовыедоли участия основного иприсадочного материаловв образовании сплава;бо и бп - соответственно суммарные погрешности фиксации и определения Р,и Рп;. Со Соь Со,- концентрации элементовв основном металле;Сп 1, Сп 2, Спз - концентрации элементовв присадочном материале.Закон изменения Р, по длине образца можно представить в простейшем случае в следующем виде.О, =1 - КХ, (2) где Х - относительная координата образца, отсчитываемая от точки начала легирования; Х= в , где 1, -длина образца, 1 - расстояниеизучаемой точки от точки началалегирования;К в скорость изменения Р, по длинеобразца, при этом 0(Р,(1 иО(Х(1. Минимальное расстояние Ьмип Мейде точками с различными Ра следовательно, и составами, при имеющейся погрешности бо, определяется из выражения Погрешность бо определяется возможностью колебания режима сварки, точностью механической обработки и образца, тепло- физическими свойствами основного и присадочного материалов и поэтому может быть принята постоянной и минимально возможной при данных условиях. Следовательно, для уменьшения Ьмпп с целью обеспечения возможности более точного определения экспериментальным путем зависимости свойств сплава от его состава за счет снижения шага изменения состава необходимо увеличить значения К в отношении о,. Это означает увеличение изменения Кдоли участия основного материала в образовании сплава, а при фиксированной границе проплавления это возможно только за счет увеличения изменения доли участия присадочного материала, что известный способ не позволяет осуществить по указанным причинам.Цель изобретения - расширение диапазона изменения состава сплава и повышение точности определения зависимостей свойств сплава от его состава при сохранении высокой производительности процесса.Для этого в способе получения сплава заданного переменного состава по выбранному измерению путем расплавления основного и заложенного в его паз фигурного присадочного листа, содержащего регулируемые в сплаве элементы, закон изменения состава которых задают площадью поперечного сечения указанного листа, паз выполняют переменной ширины, а фигурный лист устанавливают в пазу так, чтобы его конфигурация изменялась в горизонтальной плоскости паза.Это позволяет расширить диапазон изменения состава сплава и повысить точность определения зависимости свойств сплава от его состава за счет увеличения изменения долей участия присадочного и основного материалов в образовании сплава.На фиг. 1 приведен график возможного изменения долей участия основного и присадочного металлов в образовании сплава в виде металла шва, которое позволяет осуществить предлагаемый способ. Кривая 1 характеризует изменение Р кривая 11 - изменение Р Диапазон изменения содержания легирующих элементов в сплаве регулируется за счет содержания их в приса- дочном металле; на фиг. 2 - график изменения содержания элементов в сплаве, соответствующего изменению Ро и Ркак показано на фиг. 1 для случая, когда регулируемые элементы содержатся в основном металле; на фиг. 3 - то же, для случая отсутствия в основном металле регулируемых элементов. Кривые 111 и У характери зуют содержание в сплаве элементов основного металла, кривые 1 Ч и Ч 1 - содержание регулируемых элементов; на фиг. 4 изображен образец, обеспечивающий после его сварки заданный закон измене ния состава сплава, один из возможных вариантов, общий вид; на фиг. 5 - 7 - различные сечения образца; на фиг. 8 - возможный вариант выполнения паза и присадочного листа, где 1 - пластина основ ного материала длиной 2, шириной В и толщиной Н; 2 - паз переменного сечения, выполненый в пластине 1, размеры паза; общая длина 1, длина отдельных участков1 э, глубина й ширина различных 25 участков Ь Ьз, 64, угол наклона а, 3 - присадочный материал, содержащий регулируемые элементы, размеры присадочного материала: угол наклона а, остальные размеры равны размерам паза 2; 4 - свар ной шов шириной Ь, и глубиной проплавления й,; 5 - кратер сварного шва. Паз 2 на участках 1 и 1, выполняют постоянного сечения шириной Ь, и 64 соответственно для более точного фиксирования минимального З 5 и максимального содержания в сплаве регулируемых элементов, При этом 1, и 1 должны быть не менее длины хвостовой части сварочной ванны для выбранного режима сварки, 64(0,96 для обеспечения 40 максимального изменения долей участия Ро и Р и полного сплавления присадочного и основного металлов, 6,)1 мм для обеспечения удобства изготовления узкой части канавки 2, 45Размеры и форму участка на длине 12 с переменной шириной Ь, устанавливают в соответствии с заданным законом изменения состава сплава и возможностью последующей вырезки из него образца для ис следования свойств его различных участков, Если для исследования необходимо вырезать по несколько образцов одинакового состава, то паз 2 и присадочный материал 3 можно выполнить так, как пока зано на фиг. 8. Для обеспечения стабильной границы проплавления глубину паза 2 выбирают обычно несколько меньшей глубины проплавления при используемом режиме сварки Ь(Ь. Угол наклона а паза 60 2 устанавливают из расчета максимального приближения формы поперечного сечения канавки 2 к форме сечения сварного шва 4. Обычно а. Для удобства из ровлеция и сборки присадочного метбллй 65 63 с основным 1 а=а - (1 - 2), Присадочный материал 3 изготавливают из листа, поковки, литья и другого сортамента металла, Использование литья для получения заготовок присадочного материала 3 практически не ограничивает количественного содержания в нем необходимых легирующих элементов, так как для его изготовления из литья достаточно только механической обработки, а операции ковки и прокатки исключаются, Присадочный материал можно изготовить в виде пакета листов, а в некоторых случаях в виде порошка. Толщину Н пластины 1 основного материала выбирают из условий обеспечения меньшей деформации ее после сварки и удобства механической обработки.Способ осуществляют следующим образом. Выбирают основной материал и интересующий диапазон изменения содержания в нем легирующих элементов, Затем в соответствии с требуемым объектом исследований и назначенным диапазоном изменения состава определяется закон изменения содержания в сварном шве 4 легирующих компонентов и размеры пластин основного металла а, В, Н. После этого на основании выбранных размеров пластины 1, теплофизических и технологических свойств основного материала и возможности получения необходимых количества и типов образцов для исследования устанавливают режимы сварки, определяют размеры сварочной ванны на эттом режиме, Затем в соответствии с указанными данными расчетным путем определяют размеры паза 2 и присадочного материала 3 и состав последнего, после чего их изготавливают, Обработанный по форме паза 2 присадочный материал 3 укладывают в паз 2 и прихватывают ручной аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом без присадочной проволоки так, чтобы при сварке все прихватки полностью переплавились. Собранную пластину устанавливают в сварочной установке и производят сварку шва 4 по выбранному оежиму. Сварку начинают на пластине 1 или специальном выводном платике на васстоянии 14 от начала узкой части паза 2. Длину 14 выбирают из расчета установления стабильного процесса сварки и возможности получения сравнительных характеристик металла шва основного материала относительно получаемого сплава с регулируемыми элементами.Обычно 14 -- 30 - 80 мм. Заканчивают сварку шва 4 на пластине 1 или выводном платике на расстоянии 1 от конца паза 2 с присадочным материалом. Длину 1 выбирают из расчета полного вывода кратера 5 с канавки 2 с присадочным материалом 3.То, что присадочный материал 3 введен вовсе сечение расплавляемого паза 2. которое может составлять от 3 - 5 О/, до 90от поперечного сечения шва, позволяет изменять доли участия основного и присадочного материалов, а следовательно, и состав шва, в широком диапазоне и дает возможность изучать свойства различных участков сплава с меньшей разницей концентраций легирующих элементов. Замкнутый контур кромок паза 2 позволяет получить сравнительные характеристики основного металла относительно минимального, промежуточных и максимального уровня легирования сплава.Монолитность соединения паза 2 с присадочным материалом 3 при постоянной глубине паза 2 по длине пластины 1 обеспечивает при сравнительно небольшой глубине проплавления стабильность границы проплавления по всей длине паза 2, что также позволяет с большой точностью фиксировать задаваемый состав сплава и его свойства.Полученный по предлагаемому способу металл шва переменного состава может быть подвергнут механическим, коррозионным, структурным и другим испытаниям и исследованиям, позволяющим установить непрерывные функциональные зависимости структуры и свойств сплава от его состава.П р и м е р, В качестве основного металла выбирают сталь 12 Х 18 Н 10 Т и задаются целью исследовать комплексное влияние содержания хрома от 18 до 36% и доли участия основного металла гжелеза) от 70 до 28 О/д, никеля от 10 до 37 О/о в металле сварного шва на его ударную вязкость и коррозионную стойкость. Принимают размеры пластины основного металла: 1=270 мм, В=90 мм, 8=14 мм (см. фиг.4), Режим автоматической аргонодуговой сварки вольфрамовым электродом без присадочной проволоки выбирают следующим: сварочный ток 340 А, напряжение дуги 17 В, скорость сварки 2,85 м/ч. При этом на пластине из стали 12 Х 18 Н 10 Т размеры сварочной ванны составляют: Ьг=24 мм, 6,= 5,5 мм, длина хвостовой части сварочной ванны 19 мм. Это обеспечивает возможность вырезки из сварного соединения необходимых типов образцов. Затем определяют размеры паза 2, присадочного материала 3 и его состав, соответствующие заданному закону изменения состава металла шва при сварке на указанном режиме: 1,=20 мм, /,=160 мм, 1,=20 мм, /гг=3,5 мм, присадочный материал из бинаоного сплава Х 50 Н 50.Изготовляют на двух пластинах основного металла пазы 2 и присадочный материал 3, укладывают его в пазы и прихватывают к пластине ручной аргонодуговой сваркой вольфрамовым электродом без присадочной проволоки так, чтобы поставленные прихватки при сварке полностью переплавились. Затем производят сварку собранных пластин по указанному режиму. 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 бО 65 Начало и окончание сварки производят на выводных пластинах из стали 12 Х 18 Н 10 Т, при этом 14 и 1, по 60 мм каждая, Содержание хрома, никеля и железа в металле шва определяют спектральным методом. Контроль качества швов проводят рентге. нопросвечиванием и металлографическими исследованиями. Дефектов не обнаружено.Из двух сварных пластин изготовили образцы для определения ударной вязкости и коррозионной стойкости. Полученные данные показывают, что предлагаемый способ позволяет непрерывно и в достаточно широком диапазоне регулировать состав металла шва,Изменение состава шва приводит к заметному изменению его свойств: ударной вязкости ст 8,5 до 5,5 кг м/см и скорости коррозии в кипящем азотнофторидном растворе от 27 до 16 г/м ч. На определенном участке кривой коррозионной стойкости наблюдается выравнивание показателей скорости коррозии, что свидетельствует об оптимальности состава этого участка шва с точки зрения обеспечения наиболее высокой коррозионной стойкости.Предлагаемый способ позволяет по сравнению с известным расширить диапазон изменения состава сплава, повысить точность определения зависимости свойств сплава от его состава, а следовательно, снизить расход металла и трудоемкость исследований до 90 О/о.Способ может быть гпироко использован при выборе оптимальных вариантов легирования металла сварного шва и присадочньгх материалов для сварки, определении влияния доли участия основного и присадочного материалов на свойства металла шва и может быть рекомендован при изыскании составов новых сталей и сплавов. Формула изобретенияСпособ получения сплава переменного химического состава по выбранному измерению путем расплавления основного и заложенного в его паз фигурного присадочного листа, содержащего регулируемые в сплаве элементы, закон изменения состава которых задают площадью поперечного сечения указанного листа, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения диапазона изменения свойств сплава, повышения точности определения зависимости свойств сплава от его химического состава, паз выполняют переменной ширины, а фигурный лист устанавливают в пазу так, чтобы его конфигурация изменялась в горизонтальной плоскости паза.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР Мо 507428, кл. В 23 К 9/04, 1971,2, Авторское свидетельство СССР М 500930, кл. В 33 1 9/04, 1973.