Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование стойкости прошивных оправок малого диаметра из сплава на основе Ni3Al

Сведения об участнике
ФИО
Коновалов Максим Сергеевич
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ижевский государственный технический университет имени М.Т. Калашникова"
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Металлургия и металловедение
Тема
Исследование стойкости прошивных оправок малого диаметра из сплава на основе Ni3Al
Резюме
Изготовлены слитки сплава на основе Ni3Al путем охлаждения расплава в керамической, металлической изложницах, в водоохлаждаемом кристаллизаторе. Исследована микроструктура образцов от выплавленных слитков. Определен оптимальный способ получения заготовок прошивных оправок при проведении исходной открытой индукционной плавки. Изготовлены прошивные оправки малого диаметра (27 и 30 мм) из сплава на основе Ni3Al. Проведены натурные испытания прошивных оправок при прошивке прутков из сталей марок 12ХН2Р и 08Х18Н10Т-Ш на стане ПВП-120. Рассмотрен вопрос о стабильности микроструктуры сплава на основе Ni3Al при работе в условиях термомеханического нагружения (при прошивке прутков).
Ключевые слова
Прошивная оправка, микроструктура, сплав на основе Ni3Al, кристаллизация
Цели и задачи
Цель данной работы заключалась в исследовании стойкости прошивных оправок из сплава на основе интерметаллида Ni3Al.
Для достижения указанной цели необходимо было решить следующие задачи:
- изготовить образцы из слитков сплава на основе Ni3Al, кристаллизованных различными методами при проведении исходной выплавки в открытой индукционной печи;
- исследовать микроструктуру образцов литейных сплавов на основе Ni3Al, кристаллизованных различными методами;
- определить оптимальный способ получения заготовок прошивных оправок из сплава на основе Ni3Al при проведении исходной выплавки в открытой индукционной печи;
- изготовить прошивные оправки малого диаметра (до 30 мм) из слитков сплава на основе Ni3Al, полученных оптимальным способом при проведении исходной выплавки в открытой индукционной печи;
- провести натурные испытания оправок, изготовленных из сплава на основе Ni3Al, при прошивке прутков из сталей марок 12ХН2Р и 08Х18Н10Т-Ш на стане поперечно-винтовой прокатки ПВП-120;
- рассмотреть вопрос о стабильности микроструктуры сплава на основе Ni3Al при работе в условиях термомеханического нагружения (при прошивке прутков).
Введение

В настоящее время производство бесшовных горячекатаных труб по средствам прошивки потенциально является самым экономически выгодным способом производства труб из сплошных заготовок легированных и высоколегированных (например, коррозионно-стойких) сталей.

Самым ответственным технологическим инструментом прошивных станов, определяющим режим деформации и качество готовых труб, является прошивная оправка.

Повышение стойкости прошивных оправок (что равносильно снижению затрат на инструмент и брак готовой продукции) является актуальной проблемой современной трубной промышленности.

Особый интерес по использованию в качестве материала прошивных оправок вызывают сплавы на основе Ni3Al в силу их жаропрочности и экономичного состава.

Методы и материалы

Химический состав выплавленных слитков определялся при помощи многоканального оптико-эмиссионного спектрометра ДФС-500, анализатора МЕТЭК-200 и рентгено-флуоресцентного спектрометра α-2000. Металлографические исследования протравленных образцов металла проводились на инвертированном металлографическом микроскопе Альтами-МЕТ, в качестве травителя использовался реактив Марбле. Визуальный и измерительный контроль полученных труб проводился в соответствии с РД 34.10.130-96. Ультразвуковая дефектоскопия горячекатаных труб проводилась дефектоскопом УД2-140 по ГОСТ 17410-78. Для выявления макроструктуры отрезанных утяжин труб использовался раствор, состоящий из 50 % HCl и 50 % H2O2.

Слитки выплавлялись с использованием шихтовых материалов, представленных в таблице 1 при соблюдении ограничений по химическому составу, представленных в таблице 2.

 

Таблица 1

Основные шихтовые материалы

Материал

Марка

НД

Никель

Н1

ГОСТ 849-97

Хром

ЭРХ-0

ТУ 14-5-76-76

Вольфрам

ШВЧ

ТУ 48-19-57-91

Молибден

МШ-1

ТУ 48-19-73-86

Алюминий

А0

ГОСТ 6008-90

Титан

ВТ1-0

ГОСТ 19807-91

Цирконий

Э100

ТУ 95-166-83

Силикокальций

СК20

ГОСТ 4762-71

Кальций

Гранулы

ТУ 083.5.314-94

Древесный уголь

А

ГОСТ 7657-84

 

Таблица 2

Ограничения по химическому составу для слитков

Содержание

Химический состав; мас. %

Al

Mo

W

Ti

Cr

Zr

C

S

P

Ni

Мин.

7,50

8,50

1,20

1,00

4,50

0,15

Не более

Осн.

Макс.

8,50

9,50

1,70

1,50

5,50

0,35

0,02

0,005

0,005

 

Описание и обсуждение результатов

Отработана технология изготовления слитков сплава на основе Ni3Al с исходной выплавкой в открытой индукционной печи, исследована микроструктура образцов литейного сплава на основе Ni3Al, кристаллизованного различными методами (посредствам охлаждения расплава в керамической, металлической изложницах, в водоохлаждаемом медном кристаллизаторе).

При охлаждении расплавов в стальных и керамических изложницах, а также в водоохлаждаемом кристаллизаторе затвердевание проходит по одному и тому же механизму: образование первичных кристаллов на основе легированного интерметаллида Ni3Al → кристаллизация эвтектики (легированный интерметаллид Ni3Al и твердый раствор на основе Ni).

Охлаждение расплава исследуемого состава в стальной и керамической изложницах приводит к образованию трещин в поперечном направлении от поверхности слитков. Образование трещин при охлаждении в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе не наблюдалось.

На основании полученных результатов, определен оптимальный способ получения заготовок прошивных оправок при проведении исходной открытой индукционной выплавки, заключающийся в выплавке в открытой индукционной печи электродов с последующим электрошлаковым переплавом в среде аргона.

Изготовлены прошивные оправки из сплава на основе Ni3Al с диаметрами калибрующей части 27 мм и 30 мм.

В результате прошивки 356 прутков стали марки 12ХН2Р размером Ø65±1х1085±5 мм в передельные трубы размером Ø58±0.5хØ28±0.5хL мм форма и геометрические размеры оправки с диаметром калибрующей части 27 мм не претерпели изменений.

В результате прошивки 12 прутков стали марки 08Х18Н10Т-Ш размером Ø85±1х1000±5 мм в передельные трубы размером Ø83±0.5хØ38±0.5хL мм оправка с диаметром калибрующей части 30 мм уменьшилась в длину на 5 мм, кроме того была обнаружена сетка разгара на раскатной части с ярко выраженной поперечной трещиной, что и явилось причиной прекращения эксплуатации данной оправки.

Визуально-измерительный и ультразвуковой контроль всех полученных при проведении экспериментальных прошивок труб и анализ макроструктуры утяжин от них показали отсутствие трещин и иных дефектов прокатки.

При сравнении фотографий шлифов металла оправки с диаметром калибрующей части 30 мм до использования в работе и после установлено, что микроструктура осталась без изменений, что свидетельствует о ее стабильности при работе в условиях термомеханического нагружения (при прошивке прутков).

Таким образом, проведенные исследования позволяют рекомендовать оправки, изготовленные из установленного сплава на основе интерметаллида Ni3Al по разработанному оптимальному способу, для прошивки прутков из легированной и высоколегированной стали при отсутствии возможности обеспечения внутреннего охлаждения прошивной оправки (например, водой).

Используемые источники
1. Сазоненко И. О., Земцов В. А., Юрчак А. Н. К вопросу повышения стойкости оправок прошивных станов // Литье и металлургия 4(68). 2012. С. 135-138.
2. Вавилкин Н. М., Бухмиров В. В. Прошивная оправка. М. : МИСиС, 2000. 128 с.
3. Шапиро И. А., Хавкин Г. О., Бородский В. М. Повышение эффективности оправок прошивных станов // Сталь, 2009. №9. С. 75-76.
4. Патент RU 2508173 C1, кл. В21В25/00, 2011 г. Способ изготовления инструмента для горячей деформации.
5. Патент DE 102014000461 A1, кл. В21В25/00, 2015 г. Innenwerkzeug für die Herstellung nahtloser Stahlrohre.
6. Патент US 7506526 B2, кл. B21B19/04, 2009 г. Seamless tube piercing/rolling plug, and seamless tube producing method using same.
7. Патент RU 2496590 C1, кл. B21B19/04, 2012 г. Технологический инструмент косовалкового прошивного стана.
Information about the project
Surname Name
Konovalov Maksim
Project title
Investigation of the resistance of the small diameter piercing plugs of Ni3Al-based alloy
Summary of the project
Ni3Al-based alloy ingots have been produced by cooling of the melt into ceramic mold, into metal mold, into a water-cooled mold. Microstructure of the samples of the ingots has been investigated. The technology for the preparation of ingots from Ni3Al-based alloys in an open induction furnace has been developed. The small diameter piercing plugs of Ni3Al-based alloy have been produced. Production testing of the Ni3Al-based alloy piercing plugs have been conducted. Rods of 12KhN2R-stell and rods of 08Kh18N10T-Sh-stell on the screw insertion mill type PVP-120 were sewn. The question of the stability of the Ni3Al-based alloy microstructure stability under the influence of thermomechanical stress in piercing was considered.
Keywords
Piercing plug, microstructure, Ni3Al-based alloy, crystallization