Усовершенствование технологии выплавки слитков из никелевого сплава методом вакуумно-дугового переплава

Abstract

RU: Цель исследования – усовершествование технологических режимов выплавки распыляемых катодов на основе никеля системы Ni−Cr−Al−Y с целью повышения их качества, а именно – уменьшение общего количества дефектов в виде несплошностей, пор, непроплавов, и повышения гомогенности структуры и химического состава. Методика. Для приготовления шихты под переплав исходные материалы измельчались до необходимого размера и тщательно перемешивались, что позволяло обеспечить равномерное распределение легирующих элементов во всем объеме шихты. Для получения опытных слитков использовали вакуумно-дуговую гарнисажную печь. Масса загрузки шихты на одну плавку составляла 4 000…6 000 г. Отработка режимов переплава проводилась путем экспериментальной реализации процесса. Диапазон режимов следующий: I = 450...1 800A, U = 30...45V, t = 25...35 мин., предварительное создание вакуума 1∙10-4 мбар, рабочая среда – смесь газов Ag/He (70/30), давление 0,5 бар, температура подогрева кокиля 250…800 °С, температура расплава перед заливкой 1 400…1 700 °С. Для всесторонней оценки химического состава проводили исследование в двух зонах фрагмента слитка, в центральной части образца и на его поверхности. Исследования химического состава проводили с применением многоцелевого растрового электронного микроскопа РЭМ 106І, оснащенного системой микроанализа. Металлографические исследования полученной структуры слитка проводилось с помощью оптического и электронного микроскопов. Результаты. Установлено, что использование вакуумно-дугового переплава для получения сплавов на основе никеля с использованием приемов приготовления шихты различной дисперсности и уточнением параметров технологического процесса плавки позволяют получать слитки с минимальным количеством характерных дефектов, с образованием однородной структуры и с равномерным распределением легирующих элементов во всем объеме сплава. Научная новизна. Установлены закономерности влияния технологических параметров подготовки шихты и процесса плавки на структуру и свойства жаропрочных сплавов на никелевой основе. Практическая значимость. Практическое использование полученных результатов позволит значительно повысить гомогенность и однородность слитков при производстве катодов для нанесения покрытий, что, в свою очередь, положительно скажется на качестве наносимых покрытий и общем ресурсе деталей.

UK: Мета дослідження – удосконалення технологічних режимів виплавки катодів на основі нікелю системи Ni−Cr−Al−Y для підвищення їх якості, а саме − зменшення загальної кількості дефектів у вигляді несуцільностей, пор, непроплавів і підвищення гомогенності структури та хімічного складу. Методика. Для приготування шихти під переплавку вихідні матеріали подрібнювалися до необхідного розміру та ретельно перемішувалися, що дозволяло забезпечити рівномірний розподіл легуючих елементів у всьому об’ємі шихти. Для отримання дослідних зливків використовували вакуумно-дугову гарнісажну піч. Маса завантаження шихти на одну плавку становила 4 000...6 000 г. Відпрацювання режимів переплавки проводилося шляхом експериментальної реалізації процесу. Діапазон режимів такий: I = 450...1 800 A, U = 30...45 V, t = 25...35 хв, попередньо створювався вакуум 1∙10-4 мбар, робоче середовище − суміш газів Ag/He (70/30), тиск 0,5 бар, температура підігріву кокілю 250...800 °С, температура розплаву перед заливанням 1 400...1 700 °С. Для всебічного оцінювання хімічного складу проводили дослідження в двох зонах фрагменту відливка, в центральній частині зразка та на його поверхні. Досліджували хімічний склад із застосуванням багатоцільового растрового електронного мікроскопу РЕМ 106І, оснащеного системою мікроаналізу. Металографічні дослідження отриманої структури зливка проводилися за допомогою оптичного й електронного мікроскопів. Результати. Встановлено, що використання вакуумно-дугової переплавки для отримання сплавів на основі нікелю із застосуванням прийомів приготування шихти різної дисперсності і уточненням параметрів технологічного процесу плавки дозволяє отримувати зливки з мінімальною кількістю характерних дефектів, з утворенням однорідної структури і з рівномірним розподілом легуючих елементів у всьому об’ємі сплаву. Наукова новизна. Встановлено закономірності впливу технологічних параметрів підготовки шихти і процесу плавлення на структуру і властивості жароміцних сплавів на нікелевій основі. Практичне значення. Практичне використання отриманих результатів дозволить значно підвищити гомогенність і однорідність зливків у виробництві катодів для нанесення покриттів, що, у свою чергу, позитивно позначиться на якості покриттів та загальному ресурсі деталей.

EN: Purpose. Improvement of the technological modes for the melting of nickel-based cathodes of composition Ni−Cr−Al−Y in order to improve their quality, namely, reducing the total number of defects in the form of discontinuities, pores, non-melts and increasing the homogeneity of the structure and chemical composition. Methods. To prepare the smelting charge for melting, the raw materials were chopped to the required size and mixed, which made it possible to ensure uniform distribution of the alloying elements in the entire volume of the smelting charge. To obtain experimental ingots, a vacuum-arc furnace was used. The mass of smelting-charge loading per melting was 4 000…6 000 g. Testing of melting modes was carried out by experimental implementation of the process. The range of modes is as follows: I = 450...1 800A, U = 30...45 V, t = 25...35 min, preliminary creation of a vacuum of 1∙10-4 mbar. The operating fluid is Ag/He gas mixture (70/30), pressure 0.5 bar, temperature of chill mold heating − 250…800 °С, melt temperature before pouring − 1 400…1 700 °С. For a comprehensive assessment of the chemical composition, a study was conducted in two zones of ingot fragment, in the central part of the sample and on its surface. The chemical composition studies were performed using a multipurpose scanning electron microscope REM 106І equipped with a microanalysis system. Metallographic studies of the obtained structure of the ingot were carried out using optical and electronic microscopes. Results. It has been established that the use of vacuum-arc remelting process to produce nickel-based alloys using preparation methods of smelting-charge with various size and refining the melting process parameters allows to produce ingots with a minimum number of proper defects, with the formation of a uniform structure and uniform distribution of alloying elements in the entire alloy. Scientific novelty. The regularities of the influence of the technological parameters of the charge preparation and the melting process on the structure and properties of nickel-based superalloys are established. Practical significance. Practical use of the obtained results will significantly improve the homogeneity of ingots in the production of cathodes for coating, which in turn will have a positive effect on the quality of applied coatings and the total resource of parts.