Диссертация Ариновой С. К.+. pdf


Выплавка жаропрочного сплава в индукционной печи в лабораторных условиях



бет30/48
Дата23.02.2022
өлшемі5.98 Mb.
#26172
түріАналитический обзор
1   ...   26   27   28   29   30   31   32   33   ...   48

Выплавка жаропрочного сплава в индукционной печи в лабораторных условиях


Плавки проводились в индукционной печи УИ-25п с улучшенной системой охлаждения, в корундо-муллито-циркониевых тиглях.

Задача плавки – выплавить сплав заданного химического состава (таблица 3.10А) [71] (приложение Г).


Таблица 3.10А – Химический состав





Элементы,%



C

Ni

Cr

Al

Mo

Nb

Co

В

Fe

1

0,07-0,08

35-37

18-20

2,5-3

0,9-1,2

2,5-3,2

18-95

0,9-1,1

ост.

Плавка в индукционной тигельной печи ограничивает возможность окисления углерода и удаления вредных примесей. Поэтому необходимо точно провести расчеты по составу шихты и самой плавки, что в свою очередь, позволит обеспечить их заданное количество в сплаве.

Для этого необходимо придерживаться жестких требований, предъявляемых к качеству шихтовых материалов. Они должны быть тщательно подобраны по химическому составу, содержать минимальное количество вредных примесей. Также немаловажную роль играет габаритность шихты, наряду с крупными кусками допускаются мелкие фракции.

Легирующие материалы и раскислители, применяемые для плавки, были раздроблены на куски размерами: ферромарганец - 25 – 50 мм; ферросилиций (для легирования) - 25 – 40 мм; ферросилиций (для раскисления шлака) - 2-5 мм; силикокальций - 10 – 30 мм.

Все шихтовые материалы были предварительно высушены при температуре 300 °С в течение 4 часов.

Плавки разливали в изложницы, масса слитков 200-300г. Химический состав полученного сплава контролировался с помощью спектрометра Thermo NITON XL2-100G. Состав выплавленного сплава приведен в таблице 3.10

Таблица 3.10 – Химический состав опытного сплава, %






Элементы



C

Ni

Cr

Al

Mo

Nb

Co

В

Fe

1

0,07

37

18

2,5

1,1

2,5

18,5

1,0

ост.

Из полученных опытных слитков изготавливались образцы для дальнейших исследований (для термообработки, металлографических исследований, РФА, испытаний на длительную прочность).

Таблица 3.11 – Результаты расчёта шихты для получения опытного жаропрочного сплава



Наименование шихтовых материалов

Кол-во в завалке

Содержание элементов, %

C

Si

Mn

Cr

Ni

Co

Nb

Mo

Al

B

%

кг

кг

в исх.

вн.

в исх

вн.

в

исх.


вн.

в

исх.


вн.

в

исх.


в

исх.

вн.

в

исх.


вн.

в

исх.


вн.

в

исх.

вн.

в

исх.

вн.

в исх.

1

Стальн. лом

(Ст08)


9,73

0,24

97,3

0,05

0,0

05


0,27

0,03

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

2


Никель металлический,

Н-3


35,

75

0,89

357,5


до 0,1

0,04

-

-


до 0,7

-

-

-

-


до 0,7

до 0,7

-

-

-

-

-

-

-

-

-

3


Хром

металлический, Х-98,5



18,

54

0,46

185,4


до 0,03

0,0

06


до 0,4

0,04

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-


до 0,7

0,06

-

-

4


Кобальт

металлический, К0


18,0

0,45

180,0

0,005


0,0

01

0,001

-


99,

98

18,0

-

-

-


99,

98


99,

98

18,0

-

-

-

-

0,001

-

-

-


5

Феррониобий,

ФеНб60


5,48

0,14

54,8

до

0,1


0,0

05


до

1,5


0,04

-

-

60

3,29

-

-

-

-

60

3,29

-

-

до

3,0


0,08

-

-

6

Ферромолибден,

ФеМо60


1,73

0,04

17,3

до

0,1


0,0

02


до

0,5


0,0

04


-

-

-

-

60

-

-

-

-

-

60

1,04

-

-

-

-

7

Ферробор, ФеБ20

7,54

0,18

75,4

до

0,05


0,0

04


до

2,0


0,0

75


-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

до

3,0


0,11

22

1,

66


8

Алюминий

вторичный, АВ-97



3,23

0,08

32,3

-

-

до

1,0


0,02

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

97,0

3,13

-

-

9

Всего в шихте:

100

2,5

1000




0,0

63





0,209




18,0




3,29










18,0




3,29




1,04




3,38




1,66

10

Химический угар

элементов












5%

0,0

03


3%

0,0

06


-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

11


Усвоение легирующих элементов из

добавок










-

-

-

-

-

-

85%

-

97%

-

-

-

85

%


-

97

%



-

80%

-

60

%


-

12


Итого в жидком металле:












0,06





0,2

03




18,0




2,8










18,0




2,8




1,0




2,7




1,0

    1. Режим термической обработки


На основании теоретического и практического анализа работ выявлено, что для литейных жаропрочных сплавов используют термическую обработку – закалку и старение [67].

Закалку проводят с целью гомогенизации структуры и для более равномерного выделения упрочняющих фаз. Чем легированнее сплав, тем больше γ' – фазы, тем и выше температура закалки. Старение проводят для выделения γ' – фазы и стабилизации структуры сплава. Старение чаще всего проводят в высокотемпературной стадии, поскольку литейные сплавы обычно работают при более высоких температурах, при этом возможно что, старение происходит в процессе эксплуатации.

Классическим режимом термообработки жаропрочных сплавов является закалка при температуре 1100-12000С, охлаждение в воде с последующим старением при 7000С в течение 4-6 часов для завершения процесса выпадения вторичных фаз. Увеличение времени старения нежелательно, т.к. может привести к излишней коагуляции фаз внедрения и, следовательно, к падению прочностных характеристик.

Так как объектом исследований является сплав, отличающийся по составу от традиционных сплавов группы железоникелевых сплавов, то были проведены исследования [68] по изучению влияния термообработки на жаропрочные свойства сплава системы Cr-Ni-л.э. предложенного состава (приложение В).

Были выбраны 2 вида термической обработки, после которых определялось сопротивление ползучести в температурном интервале от 7000С до 8700С.

Термообработка проводилась по следующим режимам:



Режим 1. Выдержка продолжительностью 2 часа при 12000и охлаждение в воде; старение в течение 6 часов при 7000С.

Режим 2. Выдержка продолжительностью 2 часа при 11000и охлаждение в воде; старение в течение 4 часов при 7000С.

Термическая обработка проводилась в печи Nabertherm LHT 02/17. После термообработки образцы испытывались на длительную прочность на машине ТРПМЭ -50 в течение 100 часов при температурах 7000С, 7500С и 8700С (таблица 3.12). Ниже представлены результаты исследований по изучению влияния термообработки на жаропрочные свойства опытного сплава.



Таблица 3.12 – Данные по длительной прочности в зависимости от состава сплава и вида термообработки


Температура испытания, С0

Предел длительной прочности, МПа

Сплав 3,серия 2 (хим. состав приведен в табл.3.10 )

Режим т/о 1

Режим т/о 2

700

480

469

750

385

378

870

317

323

Для подтверждения достоверности полученных результатов экспериментальные данные были обработаны корреляционно-регрессивным способом (рисунок 3.5). В результате были получены уравнения регрессии, коэффициенты достоверности аппроксимации для всех расчетных линий регрессии R2=1.
500
Предел длительной прочности за 100 часов, МПа

475


450

425


400

375


350

325


300

700 750 870

Температура испытания, оТ
Рисунок 3.5 – Зависимость предела длительной прочности от температуры для разных режимов термообработки
Расчетные линии регрессии построены по уравнениям y = -81,5x + 557 (кривая-1) и y = -73x + 536 (кривая 2). Коэффициенты достоверности аппроксимации для обоих расчетных линий регрессии R² = 0,9909, R² = 0,9801.

Сравнительный анализ данных по длительной прочности в зависимости от термообработки показал, увеличение температуры закалки и времени старения в исследованных диапазонах существенно не влияет на показатели длительной прочности.

Как видно из данных таблицы 3.12, увеличение температуры закалки с 11000С до 12000С, и увеличение выдержки при старении с 4 до 6 часов приводит к незначительному увеличению длительной прочности.

Иными словами, повышение температуры закалки выше 11000С, т.е. режим обработки на пересыщенный твердый раствор, и увеличение времени старения свыше 4 часов не оказывает существенного влияния на формирование и распределение избыточных фаз.



С целью изучения упрочняющей интерметаллидной фазы были проведены исследования микроструктуры (рисунок 3.6) при разных увеличениях. Металлографические исследования проводили на микроскопе МЕТАМР-1.
(Fe,Cr)23C6
(Nb,Mo)C

Рисунок 3.6 – Упрочняющие фазы внедрения в опытном сплаве


Также для исследований микроструктуры использовался растровый электронный микроскоп «TESCAN» серии Vega\\LSU с разрешающей способностью 3,0 нм с системой микроанализа INCA Energy350.

Локальный химический состав определялся методом количественного микрорентгеноспектрального анализа при помощи электронного энергодисперсионного спектрометра INCA PentaFETx3.

Исследования природы упрочняющей фазы (рисунок 3.6), показали наличие в сплаве упрочняющей интерметаллидной фазы типа Ti3Al и присутствие карбидной фазы типа (Fe,Cr)23C6, (Nb,Mo)C. Также отмечено наличие неидентифицированной фазы, если учитывать данные анализа диаграмм, построенных с помощью ThermoCalc, можно предположить природу этой фазы как Ме2В.

Металлографические исследования (рисунок 3.7) показали, что выделение фаз внедрения происходит достаточно равномерно, включения имеют округлую форму, сегрегации вдоль границ зерна не происходит.



Таким образом, можно предположить, что упрочнение сплавов происходит за счет реализации двух механизмов: интерметаллидного упрочнения и дисперсионного твердения с выпадением карбидной фазы, протекающих на стадии старения.

Рисунок 3.7 – Упрочняющие фазы внедрения после термообработки

(х500)

Результаты проведенных исследований [68, p.384] по изучению влияния термообработки на жаропрочные свойства сплава системы Fe-Cr-Ni-л.э. показали, что рекомендуемым режимом термообработки является режим 2, состоящий из закалки с 11000С с последующим старением в течение 4 часов при 7000С.





Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   26   27   28   29   30   31   32   33   ...   48




©emirsaba.org 2022
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет