ЛИГАТУРА ДЛЯ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ
ADDITION ALLOY FOR HEAT RESISTANT NICKEL ALLOYS

Изобретение относится к области металлургии, в частности к лигатурам для раскисления и модифицирования жаропрочных никелевых сплавов, применяемых в оборонных и гражданских отраслях промышленности.
Известна лигатура для жаропрочных никелевых сплавов, содержащая магний и никель, при этом содержание магния в лигатуре составляет от 3 до 17 мас.%. Данную лигатуру получают либо введением магния в расплав никеля при температуре более 1500°С, либо введением никеля в предварительно расплавленный магний с последующим повышением температуры расплава до 1500°С. (Эффективные составы и способы производства магнийсодержащих комплексных модификаторов и раскислителей, А.С.Дубровин и др. Журнал «Сталь», 1985 г. №12).
Поскольку температура кипения магния при атмосферном давлении равна 1107°С, получение данной лигатуры сопровождается бурным выбросом паров магния и его горением, что создает угрозу пожара или взрыва, нарушает санитарные нормы, приводит к потерям магния. Кроме того, лигатура никель-магний имеет плотность меньше, чем жаропрочный никелевый сплав, подлежащий легированию, поэтому при введении лигатуры в легируемый расплав она находится на его поверхности при температуре выше 1500°С. Интенсивное испарение магния из лигатуры приводит к низкому усвоению магния расплавов и оседанию конденсата на стенках вакуумной печи, что создает угрозу его возгорания при разгерметизации печи.
Известна лигатура, содержащая вольфрам, магний и никель при следующем соотношении компонентов, мас.%: вольфрам - 25…35; магний 2…10; никель остальное (Заявка РФ на изобретение №2004138051, опубл. 2006).
Введение вольфрама в состав лигатуры повышает ее плотность, что способствует погружению лигатуры в легируемый расплав и повышает степень усвояемости магния легируемым расплавом. Однако получение самой лигатуры также происходит при температуре не менее 1500°С, что приводит к интенсивному испарению магния.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является предотвращение испарения и окисления магния при производстве лигатуры, за счет снижения температуры этого производства, а также снижение потерь магния при введении лигатуры в легируемый расплав.
Технический результат достигается тем, что лигатура для жаропрочных никелевых сплавов содержит порошок вольфрама, пропитанный расплавом сплава магния и алюминия, при этом количество вольфрама в лигатуре составляет 80-95 мас.%, а количество магния в сплаве составляет 35-70 мас.%.
Применение в составе лигатуры алюминия взамен никеля и выполнение лигатуры в виде соединения твердых порошковых частиц вольфрама с расплавом, включающим магний и алюминий, исключает из процесса изготовления лигатуры плавление тугоплавкого вольфрама и позволяет снизить температуру производства лигатуры до 500°С, при которой не происходит испарение и окисление магния в воздушной атмосфере.
Содержание в лигатуре вольфрама в количестве от 80 до 95 мас.% позволяет увеличить плотность лигатуры до значений, значительно превышающих плотность жаропрочного никелевого сплава, что обеспечивает погружение лигатуры вглубь ванны, где происходит ее растворение при высоком усвоении магния легируемым расплавом.
При содержании вольфрама менее 80 мас.% плотность лигатуры уменьшится, что приведет к снижению степени усвоения ее активных компонентов расплавом, а содержание вольфрама более 95% приведет к снижению качества лигатуры.
Содержание в сплаве магний-алюминий магния в количестве 35-70% обусловлено необходимостью обеспечения низкой температуры плавления сплава магний-алюминий и определено экспериментальным путем. При увеличении содержания магния в сплаве свыше 70% значительно возрастает опасность возгорания магния, а снижение содержания магния в сплаве ниже 35% экономически не оправдано, поскольку сама лигатура производится с целью введения магния в легируемый расплав.
Предлагаемую лигатуру изготавливают путем пропитывания тугоплавких частиц расплавом связующего, где в качестве тугоплавких частиц используют порошковые частицы вольфрама, а в качестве связующего используют сплав магний-алюминий. Пропитывание производят, например, следующим образом.
В форму засыпают порошок вольфрама при комнатной температуре в воздушной среде. Заливают порошок расплавом магний-алюминий. Количество заливаемого расплава по отношению к количеству засыпанного порошка по массе составляет от 1/19 до 1/5, и зависит от фракции используемого порошка. При использовании порошка вольфрама с крупной фракцией количество использованного расплава для заполнения пор между этими частицами увеличится, а при использовании порошка, представляющего собой смесь порошков с различными фракциями, ввиду уменьшения пор между порошковыми частицами, количество используемого расплава уменьшится. Форму нагревают до температуры, 490-500°С, после чего ее помещают в вакуумную камеру для дегазации, после которой камеру заполняют атмосферным воздухом, и охлаждают форму с обеспечением течения расплава в поры между тугоплавкими частицами вольфрама. Пропитывание порошка вольфрама сплавом алюминий-магний при температуре 490-500°С исключает горение магния и его окисление в воздушной атмосфере.
3
Навеску полученной лигатуры вводят в ванну с расплавом легируемого сплава - жаропрочного никелевого сплава при температуре 1550°С. Поскольку плотность лигатуры превышает плотность легируемого сплава, навеска лигатуры погружается внутрь ванны, где происходит ее растворение при высоком усвоении магния расплавом. Значение плотности лигатуры зависит от количества содержащегося в ней вольфрама, составляющего от 80 до 95 мас.% в зависимости от размеров частиц использованного порошка. Например, при использовании порошка вольфрама с размером частиц более 0,2 мм плотность лигатуры составляет 11,1 г/см.
Поскольку количество магния в составе жаропрочного никелевого сплава по технологической инструкции должно составлять 0,001%, количество лигатуры, вводимой в легируемый сплав, рассчитывается исходя из заданной массы легируемого сплава с учетом содержания в нем магния в количестве 0,001%.
Введенные в легируемый сплав вместе с лигатурой алюминий и вольфрам, никак не изменяют структуру и свойства этого сплава, поскольку их количество несравнимо мало относительно количества алюминия и вольфрама, изначально входящих в состав жаропрочного никелевого сплава.
Предлагаемая лигатура магний-алюминий-вольфрам для жаропрочных никелевых сплавов позволяет обеспечить качественное введение магния в легируемый расплав, предотвратить испарение и окисление магния при производстве лигатуры, а также исключить это производство из разряда пожаро- и взрывоопасных. Кроме того, снижаются затраты на производство лигатуры, за счет применения низкотемпературных печей, потребляющих в сравнении с высокотемпературными печами значительное меньшее количество электроэнергии.