Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0023

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0023
Тематическое направление
Транспортные и космические системы
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"
Название доклада
Разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий производства сложнолегированных марок сталей исплавов с заданными свойствами для деталей и узлов авиакосмической техники.
Докладчик
Котельников Георгий Иванович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Цели: Разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий производства
сложнолегированных марок сталей и сплавов с заданными свойствами для деталей и узлов авиакосмической техники
Задачи: Разработка технологии выплавки сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-W-Cr, Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al для деталей и узлов авиакосмической техники с уменьшенными интервалами легирования, оптимальными литейными свойствами, минимальным содержанием примесей, неметаллических включений и растворенных газов с целью улучшения эксплуатационных свойств, экономии легирующих компонентов и снижения энергозатрат при их производстве.
Актуальность и новизна исследования
Для деталей и узлов авиакосмической техники широко применяются сложнолегированные жаропрочные и другие специальные сплавы, содержащие ценные легирующие элементы, такие как вольфрам, хром, никель, кобальт, гафний, молибден, тантал, рений, рутений и др. Свойства этих сплавов зависят от содержания примесей и неметаллических включений. Стабильность свойств и ресурс службы деталей в значительной степени определяется величиной интервалов легирования. Однако имеющиеся технологии выплавки сложнолегированных сплавов в вакуумных индукционных печах не в полной мере удовлетворяют указанным требованиям. В связи с этим исследование и разработка оптимальных технологических условий выплавки сложнолегированных никелевых сплавов и сталей, обеспечивающих высокоточное легирование металла, минимальное содержание примесей и неметаллических включений в металле, оптимальные литейные свойства является актуальной задачей.
Новизна исследования заключается в разработанной двухстадийной технологии плавки сложнолегированных сплавов. Ключевым моментом новой технологии является переход от сплавления чистых материалов и отходов сплава в вакууме (базовая технология) к сплавлению лигатур, предварительно рафинированных в глубоком вакууме. Сплавление чистых лигатур известного состава производится в ВИП уже в атмосфере аргона при небольшом избыточном давлении.
Описание исследования

Разработана технологическая инструкция выплавки сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al с уменьшенными интервалами легирования, оптимальными литейными свойствами, минимальным содержанием примесей, неметаллических включений и растворенных газов.

Подобраны шихтовые материалы и элементы микродобавок, образующие высокотемпературные сульфиды, для проведения экспериментальных плавок сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al.

Получены с использованием разработанных технологических режимов выплавки экспериментальные образцы сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al

Проведены исследования макро- и микроструктуры экспериментальных образцов сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al, а также исследования содержания, расположения, морфологии и химического состава неметаллических включений.

Исследованы в ходе экспериментальной плавки параметры испарения компонентов сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al в зависимости от условий выплавки (температура перегрева, степень вакуума, время вакуумирования) и физико-химические свойства конденсата испаряющихся компонентов.

Исследованы параметры растворения тугоплавких компонентов в процессе выплавки сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al.

Исследованы характеристики процесса удаления газов (азота, кислорода и водорода) из расплава сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al в зависимости от условий выплавки, а также содержание примесей в экспериментальных образцах.

Исследована в ходе экспериментальной плавки температурная зависимость кинематической вязкости расплава сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al в режиме нагрева и охлаждения, а влияние перегрева расплава на его кинематическую вязкость при температуре разливки.

Проведены исследования интервалов легирования и литейных свойств экспериментальных образцов сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al

Результаты исследования

1. Условия выплавки (температура перегрева, степень вакуума, время вакуумирования) мало влияют на испарение компонентов в ходе экспериментальной выплавки (3,4 г на 40 кг сплава, что составляет 0,01%).  Из-за малого испарения в процессе плавки потребление дорогостоящих легирующих компонентов мало.

2. Энергозатраты при выплавке сплавов в вакуумной индукционной печи снижаются на 2-3% из-за снижения перегрева металла .

3. Степень удаления кислорода и водорода составляет 43-87% и 50-98%, соответственно. Конечное содержание газов в образцах составляет [H] - менее 4 ppm, [O] – менее 10 ppm (с присадкой РЗМ), [N] – менее 5 ppm.

4. Коэффициенты усвоения дорогостоящих легирующих элементов находится на высоком уровне (95-100 %).

5. Технологические режимы выплавки сплава обеспечивают более узкие интервалы легирования (меди - ±0,93% и марганца - ±0,32% с вероятностью 95%) по сравнению с интервалами концентраций компонентов в существующей нормативной документации (медь - ±1,5% и марганца - ±0,4%).  

6. Литейные свойства экспериментальных образцов  оптимальны, что позволяет избыточно не перегревать металл перед выпуском. Кратковременный перегрев перед разливкой сплава на 50-100 °С  над температурой ликвидус улучшает литейные свойства получаемого сплава за счет снижения кинематической вязкости на 5%. 

Практическая значимость исследования
Инновационная продукция в виде разработанной технологии выплавки сложнолегированных сплавов на основе систем Ni-Cu-Mn, Fe-Cr-W-Al для деталей и узлов авиакосмической техники с уменьшенными интервалами легирования, оптимальными литейными свойствами, минимальным содержанием примесей, неметаллических включений и растворенных газов может использоваться в области металлургии и машиностроения.
Внедрение разработанной инновационной технологии производства сложнолегированных сплавов обеспечит улучшение эксплуатационных свойств, экономию дорогостоящих легирующих компонентов и снижение энергозатрат при производстве указанных сплавов.
Полученные методики, закономерности и подходы могут быть использованы при выполнении проектных работ по конструированию вакуумных индукционных печей.