Новая технология получения заготовок изделий из жаропрочных сплавов
Предлагается новая технология электрошлакового литья изделий из жаропрочных сплавов, в которой как электрошлаковое накопление металла в плавильной емкости, так и разливка в форму осуществляются в аргоне. Приведены результаты сравнительного анализа свойств литого металла, показаны преимущества данной...
Saved in:
| Published in: | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Date: | 2009 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96033 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Новая технология получения заготовок изделий из жаропрочных сплавов / Е.Н. Еремин // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 4 (97). — С. 17-20. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96033 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Еремин, Е.Н. 2016-03-10T13:09:37Z 2016-03-10T13:09:37Z 2009 Новая технология получения заготовок изделий из жаропрочных сплавов / Е.Н. Еремин // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 4 (97). — С. 17-20. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96033 621.791.92.01 Предлагается новая технология электрошлакового литья изделий из жаропрочных сплавов, в которой как электрошлаковое накопление металла в плавильной емкости, так и разливка в форму осуществляются в аргоне. Приведены результаты сравнительного анализа свойств литого металла, показаны преимущества данной технологии. New technology of electroslag casting of products of heat-resistant alloys is offered, in which both the electroslag accumulation of metal in melting cavity, and also pouring into mould are realized in argon. Results of comparative analysis of properties of cast metal are given, the advantages of this technology are shown. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Электрошлаковая технология Новая технология получения заготовок изделий из жаропрочных сплавов New technology of producing billets of heat-resistant alloy products Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Новая технология получения заготовок изделий из жаропрочных сплавов |
| spellingShingle |
Новая технология получения заготовок изделий из жаропрочных сплавов Еремин, Е.Н. Электрошлаковая технология |
| title_short |
Новая технология получения заготовок изделий из жаропрочных сплавов |
| title_full |
Новая технология получения заготовок изделий из жаропрочных сплавов |
| title_fullStr |
Новая технология получения заготовок изделий из жаропрочных сплавов |
| title_full_unstemmed |
Новая технология получения заготовок изделий из жаропрочных сплавов |
| title_sort |
новая технология получения заготовок изделий из жаропрочных сплавов |
| author |
Еремин, Е.Н. |
| author_facet |
Еремин, Е.Н. |
| topic |
Электрошлаковая технология |
| topic_facet |
Электрошлаковая технология |
| publishDate |
2009 |
| language |
Russian |
| container_title |
Современная электрометаллургия |
| publisher |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
New technology of producing billets of heat-resistant alloy products |
| description |
Предлагается новая технология электрошлакового литья изделий из жаропрочных сплавов, в которой как электрошлаковое накопление металла в плавильной емкости, так и разливка в форму осуществляются в аргоне. Приведены результаты сравнительного анализа свойств литого металла, показаны преимущества данной технологии.
New technology of electroslag casting of products of heat-resistant alloys is offered, in which both the electroslag accumulation of metal in melting cavity, and also pouring into mould are realized in argon. Results of comparative analysis of properties of cast metal are given, the advantages of this technology are shown.
|
| issn |
0233-7681 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96033 |
| citation_txt |
Новая технология получения заготовок изделий из жаропрочных сплавов / Е.Н. Еремин // Современная электрометаллургия. — 2009. — № 4 (97). — С. 17-20. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT ereminen novaâtehnologiâpolučeniâzagotovokizdeliiizžaropročnyhsplavov AT ereminen newtechnologyofproducingbilletsofheatresistantalloyproducts |
| first_indexed |
2025-11-26T00:10:38Z |
| last_indexed |
2025-11-26T00:10:38Z |
| _version_ |
1850595162858717184 |
| fulltext |
УДК 621.791.92.01
НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ
ЗАГОТОВОК ИЗДЕЛИЙ
ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ
Е. Н. Еремин
Предлагается новая технология электрошлакового литья изделий из жаропрочных сплавов, в которой как элект-
рошлаковое накопление металла в плавильной емкости, так и разливка в форму осуществляются в аргоне. Приведены
результаты сравнительного анализа свойств литого металла, показаны преимущества данной технологии.
New technology of electroslag casting of products of heat-resistant alloys is offered, in which both the electroslag
accumulation of metal in melting cavity, and also pouring into mould are realized in argon. Results of comparative
analysis of properties of cast metal are given, the advantages of this technology are shown.
Ключ е вы е с л о в а : электрошлаковое литье; жаропроч-
ный сплав; структура; механические свойства
Жаропрочные никелевые сплавы широко использу-
ются для изготовления изделий ответственного наз-
начения газотурбинных двигателей, некоторых ви-
дов протяжек, штампов, ножей горячей обработки
металлов и других изделий, работающих при высо-
ких значениях температуры.
Основным процессом получения заготовок из
жаропрочных сплавов является литье по выплавля-
емым моделям в горячие керамические формы в
вакуумных индукционных печах, что обусловлива-
ет очень большую трудоемкость изготовления изде-
лий и крайне низкую рентабельность производства.
В то же время плохие литейно-технологические
свойства таких сплавов и высокие требования к ка-
честву отливок неизбежно влекут за собой низкий
выход годного металла и высокий процент брака.
Большую часть отходов литейного производства
составляют безвозвратные потери производства, ед-
ва ли оправданные, особенно с учетом высокой сто-
имости сплавов и острой дефицитности входящих
в них компонентов.
Поэтому разработка новых технологий изготов-
ления литых деталей, позволяющих в том числе и
повторное использование самых разнообразных по
форме и габаритам отходов жаропрочных сплавов,
является актуальной задачей.
В последние годы в производстве изделий из
высоколегированных сталей и сплавов широко ис-
пользуются технологии, основанные на электро-
шлаковой плавке металла, в частности электрошла-
ковое кокильное литье (ЭКЛ) [1]. Это объясняется
экономическими преимуществами, обусловленны-
ми более дешевым оборудованием, низкими эксплу-
атационными расходами и более высокими качест-
венными показателями получаемого металла.
Вместе с тем традиционное электрошлаковое
литье жаропрочных сплавов, осуществляемое спо-
собом переплава электрода в керамическом тигле с
последующим его переворотом и переливом шлако-
металлического расплава в форму, имеет ряд труд-
ностей. Это обусловлено прежде всего «вторичным»
окислением жидкого металла, в результате чего в от-
ливке не достигается требуемый химический состав [2].
В первую очередь не обеспечивается полное ус-
воение легкоокисляющихся элементов (титана и
алюминия), образующих γ’-фазу и определяющих
основные свойства сплава. Кроме того, литой элек-
трошлаковый металл имеет столбчатую крупнозер-
нистую структуру с большой протяженностью пер-
вичных осей дендритов [3, 4]. Все эти факторы не
обеспечивают в полной мере требуемые служебные
характеристики литого металла. Поэтому проблема
совершенствования технологии электрошлакового
литья требует своего решения.
В связи с этим проведены исследования по соз-
данию новой технологии электрошлакового литья
в инертном газе, включающей переплав электрода
в медной гарнисажной плавильной емкости под
флюсом, накопление жидкого металла и последую-
щую его заливку в форму, находящуюся в печи по-
догрева, заполненной инертным газом.
Таким образом, для осуществления процесса ЭКЛ
спроектирован производственный комплекс (рис. 1),
состоящий из следующих основных элементов: уста-
© Е. Н. ЕРЕМИН, 2009
17
новки А-550У 1, плавильной емкости 2, печи подог-
рева 3, литейной формы 4, газовой аппаратуры 5,
трансформатора ТШС-3000-1 6, шкафа управления 7.
Контроль за параметрами переплава ведется с по-
мощью термодатчиков и потенциометра КСП-4 8.
Электропитание участка осуществляется посред-
ством рубильника 11, контактора 9, защита обору-
дования при коротком замыкании осуществляется
автоматом 10.
Конструкция колонны установки обеспечивает
устойчивое вертикальное перемещения кареток в
процессе их движения (нижней с плавильной ем-
костью и верхней с расходуемым электродом), пи-
тание ее осуществляли по однофазной монофиляр-
ной схеме.
При переплаве жаропрочных хромоникелевых
сплавов окисление и угар легирующих элементов
недопустимы. Поэтому их переплав необходимо вес-
ти с использованием высокофторидных флюсов.
Однако фторидный флюс активно взаимодействует
с материалом футеровки тигля (кладкой из хромо-
магнезитового кирпича) [5]. Поэтому использование
керамических плавильных емкостей невозможно.
В связи с этим для переплава и накопления не-
обходимого объема металла разработана и изготов-
лена медная водоохлаждаемая плавильная емкость,
обеспечивающая «стерильные» условия процесса.
Для повышения КПД плавильной емкости на
внутренней поверхности обечайки выполнены ще-
левые выемки, образующие совместно со шлаковым
гарнисажем газовые полости, обусловливающие
значительное термическое сопротивление стенки,
что позволяет накапливать в ней необходимое ко-
личество жидкого металла. Плавильная емкость
крепится к регулируемому по высоте нижнему крон-
штейну установки А-550У с помощью хомутов. В
электрододержатель устанавливается расходуемый
электрод, закрепляемый с помощью винтового за-
жима и выставляемый по высоте. Суппортами по-
перечного перемещения расходуемый электрод цен-
трируется по оси плавильной емкости.
В связи со значительным «вторичным» окисле-
нием легирующих элементов при разливке жаро-
прочных сплавов на воздухе применили схему дон-
ного слива расплава в литейную форму. Для этого
использовали сливное устройство, состоящее из
медного водоохлаждаемого поддона со сквозным ко-
нусным отверстием, в котором размещали токоподво-
дящую пробку-затравку из того же материала, что и
расходуемый электрод. В центральной части пробки
выполнено глухое отверстие для ее проплавления.
После накопления требуемой массы расплава по-
дача воды в поддон перекрывается, перемычка меж-
ду отверстием и расплавом перестает охлаждаться,
проплавляется и происходит слив расплава в форму.
Форма имеет значительную прибыльную часть для
принятия жидкого флюса, который, являясь тепло-
вой надставкой, выравнивает температуру кристал-
лизующейся отливки и предотвращает возникнове-
ние в ней усадочной полости.
Для получения отливок можно использовать как
металлические, так и керамические формы.
Герметичность прилегания литейной формы к
поддону обеспечивается уплотнительным узлом.
Подача и отключение воды во внутреннюю полость
поддона тигля осуществляется электронной систе-
мой управления кранами, установленными на тру-
бопроводе.
Для того, чтобы снизить перепад температур
между жидким металлом и литейной формой и не
получить разнозернистую структуру отливки, при-
менили печь электроподогрева, представляющую
собой короб, футерованный хромомагнезитовым
кирпичом, на внутренней поверхности которого ус-
тановлены нагревательные элементы. На дне печи
находится специальное отверстие, через которое по-
дается защитный газ (аргон).
Схема комплекса электрошлакового кокильного литья
18
Литейная форма, установленная в печи нагрева,
центрируется по оси проплавляемой пробки-затрав-
ки. Попадание атмосферного воздуха в простран-
ство между плавильной емкостью и печью нагрева
предотвращается специальным сильфонным уст-
ройством. Температура подогрева контролируется
хромелькопелевой термопарой и вторичным прибо-
ром КСП-4. С целью защиты зоны заливки расплава
от атмосферного воздуха в печь подается инертный
газ (аргон).
При сборке технологического узла заливки жид-
кого металла в литейную форму донным сливом не-
обходимо обеспечить соосность оси заливочной во-
ронки и оси плавильной емкости с проплавляемой
пробкой, установленной в поддоне.
Расходуемый электрод собирали из забракован-
ных деталей одной плавки, сваренных аргонодуго-
вой сваркой в плеть. Отработку технологии прово-
дили на сплаве Х12Н65К5В5М5Ю5Т3. Плавку осу-
ществляли с жидкого старта под флюсом АНФ-1П,
имеющим наименьшую окислительную способность
по отношению к таким активным легирующим эле-
ментам, как титан и алюминий, которые в значительной
мере определяют механические свойства и длительную
прочность никелевого сплава. Оптимальный режим
переплава следующий: U = 39 В, I = 2700…2900 А.
Сплав Х12Н65К5В5М5Ю5Т3 относится к груп-
пе литейных сложнолегированных многокомпонен-
тных жаропрочных сплавов. Основными упрочня-
ющими фазами являются γ’-фаза, представляющая
собой интерметаллид (Ni, Co)3 (Al, Ti) и карбиды.
Поэтому свойства литого сплава определяются его
химическим и фазовым составом. Химический ана-
лиз показал, что по основным легирующим элемен-
там состав сплава при ЭШЛ в аргоне с донным сли-
вом расплава изменяется незначительно и уклады-
вается в требования технических условий (табл. 1).
Изучение свойств литого сплава, полученного
донным сливом в аргоне, производили в сравнении
со свойствами сплава, изготовленного вакуумно-ин-
дукционным литьем (ВИЛ). Из отлитых такими
способами слитков изготовляли образцы для испы-
таний и металлографических исследований.
Результаты испытаний образцов (табл. 2) пока-
зали, что механические свойства отливок ЭШЛ
близки к таковым отливок ВИЛ. Вместе с тем жа-
ропрочность отливки ЭШЛ оказалась даже нес-
колько выше, чем у отливки ВИЛ.
Это можно объяснить тем, что при температуре
850 °С количество упрочняющей γ’-фазы в этих от-
ливках находится приблизительно на одном уровне и
свойства литого металла определяются размером зерна
и изменением морфологии карбидов (рис. 2) [3].
Анализ макро- и микроструктуры сплава
Х12Н65К5В5М5Ю5Т3 показал, что размер макро-
зерна в отливке ВИЛ составил 1,0…3,5 мм, а в
Т а б л и ц а 1 . Химический состав сплава при ЭШЛ в аргоне
Объект
исследования
Массовая доля элементов, %
C Cr Co W Mo Ti Al
Электрод 0,18 11,74 4,84 5,11 3,92 2,96 5,87
Отливка ЭШЛ 0,17 11,68 4,56 4,98 3,87 2,74 5,52
Технические условия 0,13… 0,2 10,5… 12,5 4… 5 4,5… 5,5 3,5… 4,5 2,5… 3,0 5,0… 6,0
Т а б л и ц а 2 .Механические свойства отливок
Вид отливки
Температу-
ра испыта-
ния, °С
σв, % δ, %
Жаропроч-
ность τ400
850
, ч
ВИЛ 20 994 4,3 —
ЭШЛ 20 989 4,1 —
ВИЛ 850 882 2,9 76
ЭШЛ 850 878 2,5 91
Рис. 2. Строение γ’-фазы в отливках ( 10000): а – ВИЛ; б – ЭШЛ
19
отливке ЭШЛ – 2…4 мм, что, видимо, связано с
перегревом расплава в плавильной емкости (рис. 3).
Средний размер карбидов компактной формы в
отливке ЭШЛ равняется 3…6 мкм, а максимальный
достигает 30 мкм, в то время как у отливки ВИЛ
он составляет 100 мкм (в продольном направлении).
Очевидно, это и оказывает основное влияние на дли-
тельную прочность.
Наилучшее сочетание структуры и свойств спла-
ва Х12Н65К5В5М5Ю5Т3 получено в случае раз-
ливки расплава в форму при 1600…1620 °С. Такой
режим обеспечил получение структуры с наиболее
мелкими карбидами (2…4 мкм), равномерно рас-
пределенными в матрице сплава. Микроструктура
такого сплава характеризуется наличием мелких
компактных выделений эвтектики γ−γ’, расположе-
нием карбидов в межосных пространствах кристал-
лов и мелкодисперсными выделениями γ’-фазы.
Результаты проведенной работы легли в основу
технологии фасонного электрошлакового литья за-
готовок вставок-ножей пресс-ножниц «Эрфурт»,
обеспечившей существенное повышение их износос-
тойкости при горячей резке проката из высокопроч-
ных сталей.
1. Патон Б. Е., Медовар Б. И. Электрошлаковая тигельная
плавка и разливка металла. – Киев: Наук. думка,
1988. – 214 с.
2. Еремин Е. Н., Филиппов Ю. О., Еремин А. Е. Влияние
металлургической чистоты никелевого сплава на свойства
отливок, полученных литейными электрошлаковыми тех-
нологиями // Заготовит. произ-ва в машиностр. –
2007. – № 12. – С. 15—17.
3. Электрошлаковая плавка жаропрочного никелевого спла-
ва ХН73МБТЮ / М. И. Кличевец, А. В. Шелгаева,
Г. Г. Ведерников и др. // Спец. электрометаллургия. –
1980. – Вып. 41. – С. 60—68.
4. Структура, фазовый состав и свойства сплава ЭИ437Б
электрошлаковой разливки / Ю. В. Латаш, М. М. Клю-
ев, Г. П. Негода и др. // Там же. – 1984. –
Вып. 55. – С. 7—11.
5. Еремин Е. Н., Жеребцов С. Н., Радченко В. Г. Исследо-
вание стойкости плавильных футерованных тиглей //
Механика процессов и машин: Сб. научн. тр. – Омск:
ОМГТУ, 2002. – С. 129—134.
Омский гос. техн. ун-т, Омск
Поступила 16.02.2009
От редакции
Идея использования для литья жидкого металла, прошедшего электрошлаковый переплав без кон-
такта с огнеупорными материалами, но не доведенного до затвердевания, а после расплавления рас-
ходуемого электрода заливаемого в форму либо распыляемого, впервые реализована специалистами
фирм GE (США) и AID (Германия), о чем свидетельствуют, например, Pat.US 5985206, 5160532;
W. T. Carter, Botton Pouring From an ESR Furnace // Proc. of the Intern. symp. um on Electroslag
Remelting Technology and Equipment (Kiev, May 15—17, 2001). – Kiev, 2001. – P. 61—63.
Рис. 3. Макроструктура металла отливок ( 4): а – ВИЛ; б – ЭШЛ
20
|