×
04.10.2019
219.017.d248

Способ модифицирования жаропрочных сплавов и высоколегированных сталей

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к металлургии и литейному производству и может быть использовано в машиностроении, автомобиле- и тракторостроении при производстве отливок повышенного качества из высоколегированных сталей и жаропрочных сплавов. Смесь наноразмерных порошковых модификаторов предварительно компактируют в группы брикетов с различной плотностью и различной пористостью, при этом первую группу брикетов прессуют с плотностью больше удельного веса жидкой составляющей расплава, соответствующей температуре окончания его кристаллизации - солидуса, вторую группу - с плотностью меньше удельного веса жидкой составляющей расплава, соответствующей температуре начала кристаллизации - ликвидуса, а промежуточные между ними группы брикетов прессуют с пористостью, изменяющейся в каждой группе с шагом от 5 до 10%, после чего в расплав водят расчетное количество брикетов упомянутых групп, для равномерного распределения наноразмерных порошковых модификаторов. Изобретение повышает эксплуатационные характеристики отливок за счет использования дифференцированных по плотности брикетов с наночастицами модификаторов, что приводит к созданию мелкодисперсной структуры материала отливки. 5 ил., 15 табл., 3 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к металлургии, а именно к литейному производству, в частности к ковшовому или внутриформенному модифицированию чугуна, сталей и цветного литья и может быть использовано для повышения прочностных, износостойких и пластических свойств литых изделий.

Известен способ введения модификаторов и лигирующих добавок при литье по газифицируемым моделям в виде краски, согласно которому к окрашенным гранулам пенополистирола Добавляют неокрашенные, предварительно вспененные гранулы пенополистирола в количестве от 2 до 94% по объему. Гранулы сушат, засыпают в пресс-форму для окончательного вспенивания и получения модели.

(см. патент РФ №2 427 442 МПК В22С 7/02, В22С 9/04, 2011 г. ).

Реализация данного способа обеспечивает повышение качества отливок, их структуры и свойств путем равномерного распределения модификаторов или легирующих добавок в отливках или в их отдельных частях.

Недостатком известного способа является невозможность использования вспененных гранул пенополистирола для модифицирования высоколегированных сталей и жаропрочных сплавов так как их удельный вес значительно меньше удельного веса расплав, что не позволяет гранулам занимать промежуточный уровень расплава, а это приводит к его выжиманию на зеркало расплава и образованию вспениной структуры, которая с поверхностирасплава удаляется вместе со шлаком.

Известен способ модифицирования жаропрочных сплавов, включающий получение расплава в плавильном агрегате, выпуск его в ковш, ввод в расплав модификаторов, в качестве которых используют нанопорошки карбонитрида титана и карбида вольфрама в равных долях диапазоне 5-10 вес. %, которые смешивают с никелевым порошком. Смесь компактируют и вводят в расплав перед окончанием плавки или в струю расплава при его выпуске в количестве 0,03-0,45% от массы расплава.

(см. патент РФ №2 454 466, МПК С21С 5/52, 2012) - наиболее близкий аналог.

Недостатком данного способа является неравномерное распределение мелких зерен по объему расплава, что приводит к анизотропии свойств центральных и переферийных участков отливки. Это объясняется тем, что в расплав вводят брикеты (таблетки), которые не были отсортированы по пористости (плотности). Использование вакуумного спекания не улучшает структуру отливок, так как оно приводит к уплотнению таблеток за счет закрытия сквозных поровых каналов, усадки изолированных пор и их коалесценции, поэтому между таблетками сохраняются ранее сформированные отношений плотностей, полученных при компактировании.

Таблетки с одинаковой плотностью распределяются в расплаве на одном уровне по высоте и, таким образом, концентрируются очаги формирования зерен этой зоны, в то время как на других зонах (уровнях) формирование зерен определяется формой дендридов.

Плотность таблеток зависит от формуемости порошкового материала которая, как правило, составляет 36 - 40% пористости (0,6 теоретической плотности), что не позволяет таблеткам опускаться на значительную глубину расплава, плотность которого от солидуса до ликвидуса меняется от 0,75 до 1,5%.

Если исходить из того, что нагрев тиглей осуществляется по боковой стенке, то здесь существует температурный градиент не только по высоте, но и по ширине расплава. Тогда таблетки одной пористости концентрируются в центре отливки на определенном уровне, что приводит к анизотропии свойств материала отливки, что не способствует в полной мере измельчению структуры отливок из жаропрочных сплавов, а различные способы перемешивания расплава провоцируют образование внутри расплава пузырей.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении качества отливок за счет использования в расплаве дифференцированных по плотности брикетов модификаторов, включающих величины плотности от солидуса до ликвидуса. Это приводит к равномерному распределению наночастиц модификаторов по объему жидкого металла в расплаве, созданию мелкодисперсной структуры материала отливок и, как следствие, к повышению эксплуатационных характеристик отливок.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что способ модифицирования жаропрочных сплавов и высоколегированных сталей включает получение расплава металла в тигле и его модифицирование введением в расплав порошковых модификаторов в виде предварительно скомпактированных брикетов с различной плотностью, верхний предел которых больше плотности жидкости составляющей расплав, ограниченной окончанием его кристаллизации - солидусом, нижний предел плотности брикета - меньше начала кристаллизации жидкой составляющей расплава - ликвидуса, промежуточные значения плотностей брикетов распределены, по меньшей мере, на две группы, одна из которых соответствует плотности средне арифметическому значени. Солидуса, вторая - ликвидусу расплава, при этом плотность брикетов выполнена по нарастающей пористости с шагом от 5 до 10%, плотностью брикетов от 0,4 до 0,99 теоретической плотности химического состава, кроме того, брикеты минимально допустимой плотности содержат наномодификаторы, удельный вес которых превышает удельный вес расплава, а брикеты, плотностью, приближенной к теоретической, содержат наномодификаторы, удельный вес которых меньше удельного веса расплава.

Известно, что у большинства металлов при нагреве от комнатной температуры до температуры плавления плотность уменьшается на 3-5%, а в процессе плавления плотность большинства металлов снижается еще на несколько %, например, у железа плотность в зоне солидуса составляет 7,02 г/см. Плотности наноразмерных порошков, используемых в качестве модификаторов (нитридов, боридов, карбидов), могут в разы отличатся от плотности жидкого металла, например, плотность WC составляет 15,7 г/см3, Mo2N - 9,44 г/см3, NbN- 8,3 г/см3. При этом, для всех металлов, с повышением температуры нагрева уменьшается вязкость. Так, вязкость стали при 1600°С составляет от 0,0050 до 0,0085 [Па с], что на порядок больше, чем у воды при температуре 25°С (0,00089 [Па с]). Поэтому таблетки различной плотностью распределяются в расплаве на разных уровнях, как по высоте, так и по ширине объема и таким образом рассредотачиваются очаги формирования зерен, создается равновесная мелкозернистая структура слитка.

Сущность изобретения иллюстрируется табличными материалами, а именно:

- Таблица 1. Плотность и температура плавления наномодификаторов первого рода, первой группы, ;

- Таблица 2. Плотность и температура плавления наномодификаторов первого рода, второй группы, ;

- Таблица 3. Плотность расплавов ВНЛ-1, ВНЛ-6, ЖС3-ДК при температурах ликвидуса и солидуса;

- Таблица 4. Масса, плотность и весовая доля наноразмерного WC в одной таблетке в зависимости от пористости, при содержании в 1 ед. слитка ЖСЗ-ДК 0,1% вес. Ед. WC;

- Таблица 5. Суммарное количество таблеток различной плотности на 10 кг. слитка ЖСЗ-ДК при содержании в 1 ед. слитка ЖСЗ-ДК 0,1% вес. Ед. WC;

- Таблица 6. Механические свойства образцов из сплава ЖСЗ-ДК при температуре испытаний 20°С;

- Таблица 7 Механические свойства образцов из сплава ЖСЗ-ДК при температуре испытаний 550°С;

- Таблица 8. Масса, плотность и весовая доля наноразмерного ZrO2 в одном шаре, в зависимости от пористости шара при содержании в 1 ед. слитка ВНЛ-6 0,06% вес. Ед. ZrO2;

- Таблица 9. Суммарное количество шаров различной пористости на 5 кг. отливки, при содержании в 1 ед. слитка ВНЛ-6 0,06% вес. Ед. ZrO2;

- Таблица 10. Механические свойства образцов из сплавов ВНЛ-6 при температуре испытаний 20°С;

- Таблица 11. Механические свойства образцов из сплавов ВНЛ-6 при температуре испытаний 550°С;

- Таблица 12. Масса, плотность и весовая доля наноразмерного Tix (CyNz) в одной таблетке в зависимости от пористости таблетки при содержании в 1 ед. слиткаВНЛ-1 0,03% вес. ед. Tix(CyNz);

- Таблица 13. Количество таблеток заданной пористости на 10 кг. отливки ВНЛ-1 при содержании в 1 ед. слитка 0,03% вес. Ед. Tix (CyNz);

- Таблица 14. Механические свойства образцов из сплавов ВНЛ-1 при температуре испытаний 20°С;

- Таблица 15. Механические свойства образцов из сплавов ВНЛ-1 при температуре испытаний 550°С.

- на фиг.1 - Прессованные образцы брикетов наномодификаторов в виде таблеток состава 90%Ni+10%ZrO2 диаметром 10,4 мм, высотой 5,4 мм, массой 2,46 г., пористостью равной 36,66% и в виде шара той же пористости, диамером 7 мм;

- на фиг. 2 - №1 Наномодификаторы состава 90%Ni+10% WC в виде шаров, диаметрами 10, 12, 22 мм, пористостью 10,85% и №2 - состава 90% Ni+10% Tix (CyNz) в виде шаров, диаметрами 10, 12, 22 мм, пористостью 12,10%;

-на фиг. 3 - Комплекты прессованных образцов - наномодификаторов состава 90%Ni+10% WC в виде таблеток диаметром 10,4 мм, высотой от 5,05 до 5,65 мм, массой 3,11 г. с пористостью от 15,78% до 24,09%;

- на фиг. 4 - Расположение брикетов-таблеток в тигле перед заливкой металла, где - таблетки 40%) пористости, - таблетки 15% пористости;

- таблетки 10% пористости;

- на фиг. 5 - График плотности сплава ВНЛ-1 от температуры;

Заявленный способ осуществляют следующим образом

Ультрадисперсный порошок состава основного метериала расплава, например, никель, железо, титан и тд. перемешивают с наноразмерным порошком (НП), например корбидом вольфрама, оксидом циркония, карбонитридом титана в известном процентном соотношении масс (вес.%):

- (10±1)% карбида вольфрама, остальное никель (90%Ni+10%WC);

- (10±1)% оксида циркония, остальное никель (90%Ni+10%ZrO2);

- (10±1)% карбонитрида титана, остальное никель (90%Ni+10%TiCN).

Таблетки наномодификаторов предназначены для модифицирования НП высоколегированных сталей (например, ВНЛ-1, ВНЛ-1 М, ВНЛ-6) и жаропрочных сплавов (например, ЖС3-ДК, ВЖЛ-14) путем введения их в расплавы при отливке в вакуумной печи литых заготовок корпусных высоконагруженных деталей, например для жидкостных ракетных двигателей.

Полученную порошковую смесь НП либо расфасовывают на порции, либо загружают в дозатор прессового оборудования, на котором проводят ее компактирование в брикет (в форме таблетки или шара), фиг. 1 способами прессования до упора или по заданному давлению, холодным или горячим методами, в вакууме и без него, но обязательно по группам, придавая каждой группе свою, заданную пористость (например от 5 до 45%) в привязке к граничным условиям диаграммы состояния расплава солидуса - ликвидуса.

Прессование порошковой смеси производят различными способами, в зависимости от задач, решаемых в каждом конкретном случае:

- прессование порошковой смеси по заданному объему (фиг. 2) проводят в том случае если необходимо иметь брикеты равного объема, но с разной пористостью (плотностью), здесь пористость регулируется массой смеси;

- прессование порошковой смеси по заданному давлению (фиг. 3) проводят в том случае если необходимо иметь брикеты одинаковами по массе, но разными по плотности. Этот случай применяют когда состав модификаторов имеет удельный вес меньше удельного веса расплава.

Для равномерного распределения брикетов по высоте слоев расплава оптимальным шагом является шаг равный от 5 до 10% пористости брикета.

Величена шага менее 5% пористости брикета приводит к существенному увеличению количества брикетов и материальных затрат на их прессование, но не к существенному (на порядок) повышению качества брикетов.

Величина шага более 10% пористости может привести к тому, что диапазон шагов будет вылезать из диапазона плотностей ограниченных ликвидусом и солидусом, например для расплава ЖСК-ДК данный диапазон составляет порядка 0,3 г/см3.

Разумным пределом плотности брикетов является величина от 0,4 до 0,99 теоретической плотности. Это связано с формуемостью и прессуемостью материала, - брикеты плотностью меньшей 0,4 теоретической не держат форму и разваливаются до внесение их в расплав. Достичь плотности брикета более 0,99 теоретической можно применяя суперсовременные технологии спекания и отжига в вакуумных установках, методами многоэтапного деформирования. Но это не рентабельно, не оправдывает материальные затраты на прессование. С другой стороны, чем выше плотность, тем больше требуется времени на растворение наномодификатора в расплаве, что может не совпадать со временем остывания расплава.

Выбор способа прессования модификаторов

Для сплава ЖС3-ДК (таблица 3) плотность расплава вблизи ликвидуса (1351°С), составляет ρл=7,28 г/см3, солидуса (1195°С) - ρс=7,58 г/см3. Таким образом, рабочий диапазон расплава ЖС3-ДК варьируется от 7,28 до 7,58 г/см3, и является ориентиром для подбора соответствующих плотностей смеси модификатора состава 90%М+10% WxCy.

Рассмотрим два способа прессования на примере смеси модификатора составом 90%Ni+10% WxCy в виде брикета (таблетки) диаметром 10 мм. (фиг. 2, 3).

При прессовании модификатора по заданному объему, высота таблетки остается постоянна и равна 5,0 мм, при этом минимальная плотность таблетки составляет ρ(min)=5,59 г/см3, пористостью 40% и массе 2,19 г., а максимальная (теоретическая) плотность - ρ(max)=8,84 г/см3, при пористости 5% и массе 3,47 г.

При прессовании модификатора по давлению, высота таблетки меняется при сохранении ее массы равной 3,47 г., при этом плотность таблетки варьировалась от ρ(min)=5,59 г/см3, при пористости 40%, высоте таблетки 8,2 мм до ρ (max)=8,84 г/см3, при пористости 5% и высоте таблетки равной 5,0 мм.

Для предлагаемого способа модифицирования приемлемым являются оба способа прессования, однако способ прессования по давлению более перспективен так как имеет более широкий диапазон отношений массы таблетки к ее объему и более удобен к применению, так как таблетки разной пористостью визуально различимы по высоте.

Расчет выбора величины плотности модификаторов.

Рассмотрим отливку сплава ВНЛ-1.

Известно, что плотность расплава ВНЛ-1 вблизи ликвидуса (1475°С) составляет ρл=7,06 г/см3, солидуса (1400°С) - ρс - 7,35 г/см3. (таблица 3). Таким образом, рабочий диапазон значений плотностей расплава ЖС3-ДК варьируется от 7,06 до 7,35 г/см3, что является ориентиром для подбора соответствующих плотностей смеси модификатора состава 90%Ni+10%Tix (CyNz).

В допустимых вариантах рабочая плотность модификаторов находится в пределах граничных значений расплава ВНЛ-1 ликвидуса - солидуса. Таким образом, диапазон рабочей зоны значений плотности модификаторов находится в пределах:

Аналогичное рассуждение позволяет определить рабочий диапазан плотностей для расплава ЖС3-ДК (таблица 3):

Отмеченные значения разбиваем на отдельные части, кратные целому числу, например равную четырем.

Прессуют первую группу таблеток с плотностью, близкой к плотности солидуса сплава ВНЛ-1, (ρл), ρ1=6,7 г/см3, что соответствует 20% пористости модификатора.

Вторую группу таблеток с поритостью 15%, ρ2=7,1 г/см3;

Третью группу таблеток с поритостью 10%, ρ3=7,5 г/см3, что больше плотности солидуса расплава ВНЛ-1 (ρc=7,35 г/см3).

Четвертую группу таблеток с пористостью 5%, ρ4=7,9 г/см3.

Основа расчета количества груп таблеток - соотношение содержания % вес. ед. модификаторов к массе расплава. Для слитков сплава ВНЛ-1 оно составляет 0,03%. Таким образом, для 10 кг. сплава ВНЛ-1 необходимо иметь 3 г. наноразмерного порошка (НП) Tix (CyNz), запрессованного в таблетки с никелевым наполнитлем состава 90% Ni+10% Tix (CyNz). Весовое соотношение Tix (CyNz) в расплаве ВНЛ-1 устанавливается опытным экспериментальным путем. С учетом заданного соотношения, на 10 кг. отливки ВНЛ-1, приходится 3 г. НП - Tix (CyNz). Результаты расчета приведены в таблице 12, где представлены три варианта выбора количества таблеток, для каждого варианта в отдельности.

Может быть использован вариант, когда используются таблетки одной, какой-либо плотностью - таблица 13.

В настоящем техническом решении компактированные брикеты (таблетки или шары), состоят из смеси ультрадисперсного порошка, например, никеля и наноразмерных порошков (НП) - карбидов металлов, выбранных из группы кобальт, железо, никель, наноразмерных композиционных частиц кобальта, лантана, вольфрама, церия, железа, никеля, а также нитридов, силицидов, боридов, оксидов и карбонитридов металлов.

При модифицировании сталей типа ВНЛ-1, ВНЛ-1 М, ВНЛ-6 т.д. или жаропрочных сплавов, например ЖСЗ-ДК, ВЖЛ-1,4 ЖС6К, ЭП-539ЛМ-У в качестве основного наполнителя для модифицирующей смеси выбирают никель ультрадисперсного размера.

Равномерность распределения НП в отливке зависит от многих параметров: химического состава основного металла наполнителя, концентрации НП; соотношения плотности (пористости) таблетки и расплава металла; скорости растворения таблетки в расплаве металла; скорости погружения таблетки в расплав металла; количественного соотношения таблеток с различной пористостью. Скорость растворения таблетки в большей части зависит от ее пористости, от размера поверхности теплообмена, который регулируется условим обжатия порошковой смеси на стадии ее прессования.

НП предлагается разделить на две группы, в зависимости от отношения их плотности к удельному весу расплавов (например, ВНЛ-1, ВНЛ-6, ЖС3-ДК).

К первой группе относятся наноразмерные частицы, удельный вес которых превышает удельный вес расплава, , ко второй группе - наноразмерные частицы, удельный вес которых меньше удельного веса расплава, , (таблицы 1, 2 и 3).

При компактировании смеси НП обращают внимание на специфические свойства нанопорошков, в том числе: значительную удельную поверхность (м2/г); агломерирование и высокую сорбционную активность; повышенное межчастичное и пристенное трение.

Примеры реализации способа.

ПРИМЕР №1

Получение блока образцов-свидетелей и отливки детали «Корпус» общей массой 10 кг. из жаропрочного сплава ЖСЗ-ДК, модифицированного карбидом вольфрама.

Последовательность технологических операций:

Этап №1. Перемешиваем ультрадисперсный никелевый порошок (НПЭ) с размером частиц от 0,1 до 0,15 мкм с наноразмерными добавками карбида вольфрама (WC) дисперсностью от 1 до 100 нм,. составом 90% никеля и 10% карбида вольфрама. Смешение проводим в вакууме в центробежной планетарной шаровой мельнице с центростремительным ускорением не менее 28 g.

Этап №2. Прессуем порошковую смесь в виде таблетки диаметром 10 мм, высотой 5 мм (Vтaбл=0,3927 см3).

Таблетки прессуют с минимальной плотностью (ρmin), давлением, характеризующим формуемость смеси порошков никеля и карбида вольфрама, затем таблетки прессуют до плотности не превышающей плотность солидуса расплава ЖСЗ-ДК (7,58 г/см3) с шагом 5% пористости (таблица 4).

Пример расчета пористости брикетов состава 90%Ni+10% WxCy,

Для определения пористости прессовки воспользуемся моделью элементарной ячейки. Связующим компонентом смеси является никель.

Поместим в элементарный объем одну частицу никеля и рассчитаем количество других компонентов карбида вольфрама.

где Nсв - суммарное количество i-ых компонентов смеси, приходящихся на одну частицу никеля (Ni), ϕi; ϕA весовые доли i-го компонента и никеля, Rt, RA - размер частиц i-го компонента и никеля, ρt, ρА - плотность i-го компонента и никеля.

Расчет проведем для порошковой смеси:

-карбид вольфрама WxCy, размер частиц 50 … 100 nm

Химический состав (мас. %)

Ni=90%, кристаллическая решетка гранецентрированная ГЦК, кубическая

Размер частиц Ni >100 nm

WxCy =10%.

Размер частиц WxCy - 80 nm, гексагональная кристаллическая решетка Количество компонентов, приходящихся на одну частицу никеля:

Теоретическую плотность брикета заданного состава можно определить из известного выражения:

Однако с учетом наличия металлических примесей (< 0,5%) в составе наноразмерных порошков, которые разряжают объем прессовок, данные расчеты принимаются в качестве ориентировочных и уточняются по насыпной плотности, определяемой экспериментально.

Весовое соотношение WC в расплаве ЖСЗ-ДК устанавливается опытным экспериментальным путем (таблица 4).

Проводится расчет количества таблеток и равномерного распределения наноразмерных WC в объеме слитка. Данные расчета переносятся в таблицу 5:

Этап №3.

- проводим плавку сплава ЖСЗ-ДК согласно технологической инструкции.

- вносим в расплав таблетки в количестве 41 шт. различной плотности согласно таблице 5;

- заливаем расплав в формы;

- охлаждаем отливку;

- проводим термообработку отливки.

Технология построена на положении, что удельный вес наноразмерного WC (15,7 г/см3) больше удельного веса расплава жаропрочного сплава ЖСЗ-ДК (солидус ~ 7,58 г/см3).

Наполнитель (никель) удерживает наноразмерный карбид вольфрама на поверхности зеркала расплава. Время растворения таблетки регулируется плотностью таблетки: чем плотней таблетка, тем дольше ее растворение в расплаве. По мере растворения никелевой основы таблетки наноразмерный WC под действием сил тяжести опускается вниз.

После термообработки блока образцы-свидетели отделяются от детали "Корпус" и исследуются на механические свойства, представленью в таблицах 6 и 7.

Из таблиц 6 и 7 видно, что введение модификаторов WxCy в расплав ЖСЗ-ДК приводит к увеличению прочностных свойств: предел прочности и текучести увеличивается незначительно на 17,3%, однако, относительное удлинение возрастает на 23,9% при испытаниях при комнатной температуре и на 14,5% при температуре испытаний 550°С. Значения ударной вязкости возрастает на 23,7% при комнатной температуре испытаний.

ПРИМЕР №2

Получение блока образцов-свидетелей и отливки детали «Вилка» общей массой 5 кг из стали ВНЛ-6 модифицированной наночастицами двуокиси циркония (ZrO2).

Краткая последовательность технологических операций:

Этап №1. Смешивают исходные порошки.

Этап №2. Прессуют брикеты, состоящие из порошковой смеси ультрадисперсного никеля (НПЭ) с размером частиц от 1 до 5 мкм и наноразмерного (ZrO2) с размером частиц от 1 до 100 нм в виде шаров, радиусом сферы Rсф5 мм, (Vшap=0,5233 см3)

Химический состав шара 93% Ni+7% ZrO2.

Первую партию шаров (фиг. 2-3) прессуют максимальной плотностью (ρmax) другие шары - прессуют до плотности не ниже плотности жидкого металла (соответствующей температуре заливки формы расплава ВНЛ-6 (7.03 … 7,13 г/см3)) с шагом 5% пористости (таблица 8).

Пример расчета количества порций порошковой смеси ультрадисперсного порошка Ni и наноразмерного порошка ZrO2 в дозаторе для прессовки таблетки с оксидом циркония пористостью 30%.

1. Теоретическая плотность прессовки, с учетом металлических примесей (< 0,5%), составляет

2. Плотность таблетки модификатора при заданной пористости, ПZrO2=30%, составляет:

3. Масса таблетки модификатора при пористости П ZrO2=30% составит:

4. Перед прессованием в шихтовую смесь в качестве пластификатора добавляем технический спирт ректификат расчета 12% от весового состава шихтовой массы NiZrO2. Массовая доля технического спирта определена опытным путем с учетом выпаривания спиртового состава из шихтовой смеси при смешивании, транспортировки, хранения и времени технологического цикла получения брикетов: сборки пресс-формы, дозирования шихты и прессования брикетов.

Таким образом, масса одной таблетки модификатора в шихтовой пульпе составит:

5. Объем контейнера составляет

6. Одним из основных технологических параметров прессования является насыпная плотность - масса единицы объема порошка при свободном заполнении объема. Насыпная плотность шихтовой пульпы определялась экспериментально для дисперсносных порошков 50÷400 нм, и составила порядка:

С учетом уравнений (5) и (6) определяем массу шихтовой пульпы, вмещаемой в контейнер загрузочного устройства:

Объем дозы модификатора насыпной плотности в матрице ротора-дозатора, определяем из уравнения (8) с использованием (3) и (6):

С учетом уравнений (5) и (8) определяется количество доз, содержащихся в контейнере загрузочного устройства дозатора:

Таким образом, в дозаторе контейнера объемом 40 см может содержаться смесь порошков для прессовки 39 таблеток.

Весовое соотношение ZrO2 в расплаве ВНЛ-6 устанавливается опытным экспериментальным путем (таблица 8, 9).

Этап №3. Реализуют технологию плавки:

- проводят плавку ВНЛ-6 согласно технологической инструкции;

- вводят в расплав 11 шаров, различной плотности согласно таблицы 9;

- заливают форму;

- охладают отливку;

- проводят термообработку отливки.

При контакте расплава с шарами, последние погружаются в расплав до уровня, соответствующего отношению плотности таблетки к удельному весу расплава, при этом шары по мере погружения расплавляются и освобождают наноразмерный ZrO2.

Шары загружают наноразмерный двуокись циркония в расплав металла как можно глубже, желательно на дно литейной формы. По мере погружения шары растворяются в расплаве ВНЛ-6 и НП, освобождается от никеля и стремятся подняться наверх расплава. Скорость растворения спрессованного шара в расплаве регулируется его плотностью.

Отливки образцы-свидетели ВНЛ-6 прошли термическую обработку по режиму: закалка 1130°С (выдержка 5 час), обработка холодом (-60°С)/ 4 час + 1050°С/ 2 часа + (-60°С)/ 4 час + 490°С/ 1,5 час по технологической инструкции.

Механические свойства образцов из деталей и образцов-свидетелей из сталей и ВНЛ-6 с модифицированием и без модифицирования приведены в таблицах 10 и 11.

Методами рентгеноструктурного и рентгенофазового анализа изучены структура и фазовый состав образцов-свидетелей, модифицированных ZrO2.

Введение модификатора ZrO2 в сплав ВНЛ-6 приводит к увеличению прочностных характеристик на 10 … 15% относительного удлинения на 50%, ударной вязкости на 350 … 400%. При испытаниях при 550°С прочность возрастает на 14%), относительное удлинение на 35 … 40%, относительное сужение на 40 … 50%, ударная вязкость возрастает на 70%.

ПРИМЕР №3

Получение блока образцов-свидетелей и двух отливок детали «Вилка» из стали ВНЛ-1. Каждая отливка с образцами-свидетелями массой 10 кг., общая масса блока с образцами-свидетелями20 кг. модифицированных НП -Tix(CyNz).

По предложенной классификации Tix(CyNz) можно отнести ко второй группе (таблица 2), так как его удельный вес меньше удельного веса основного расплава ВНЛ-1 (таблица 3).

Модифицирование отливок производится двумя способами на стадии разлива металла по формам:

3.1. Вариант №1

Наноразмерный Tix(CyNz) укладывают на дно литейной формы перед заливкой в нее жидкого металла (фиг. 4).

Краткая последовательность технологических операций:

а) прессуют брикет химического состава 90% Ni+10% Tix(CyNz), состоящий из порошковой смеси ультрадисперсного никеля (НПЭ) с размером частиц от 1 до 5 мкм и НП (Tix(CyN2)) с размером частиц от 1 до 100 нм в виде в таблетки диаметром 10 мм, высотой 5 мм.

Таблетки прессуют минимальной плотностью (ρmin), затем таблетки прессуют максимальной плотностью (ρmах) с шагом 5% пористости.

Весовое соотношение Tix(CyNz) в расплаве ВНЛ-1 устанавливается опытным экспериментальным путем.

С учетом заданного соотношения (3), на 10 кг. отливки ВНЛ-1 приходится 3 г. НП - Tix (CyNz) (таблица 12);

б) укладывают на дно тигиля 12 таблеток (таблица 12, вариант №1) в шахматном порядке, с возрастающей плотностью от центра к периферии, фиг. 1

в) проводят плавку ВНЛ-1 согласно технологической инструкции;

г) заливают жидкий металл в форму;

д) отливки термообрабатывают.

При контакте расплава ВНЛ-1 с таблетками, последние, нагреваясь растворяются и наномодификаторы TixyNz). Скорость растворения спрессованного шара в расплаве регулируется его плотностью.

3.2. Вариант №2

Наноразмерный Tix (CyNz) вводят в струю металла во время слива расплава из печи в литейную форму.

Краткая последовательность технологических операций:

а) прессуют брикет химического состава 90% Ni+10% Tix(CyNz), состоящий из порошковой смеси ультрадисперсного никеля (НПЭ) с размером частиц от 1 до 5 мкм и НП (TixyNz)) с размером частиц от 1 до 100 нм в виде в таблетки диаметром 10 мм, высотой 5 мм.

Таблетки прессуют одной плотностью (ρср).

Весовое соотношение Tix (CyNz) в расплаве ВНЛ-1 устанавливается опытным экспериментальным путем.

С учетом заданного соотношения на 10 кг. отливки ВНЛ-1, приходится 3 г. НП- Tix (CyNz) (таблица 13);

б) проводят плавку ВНЛ-1 согласно технологической инструкции;

в) заливают жидкий металл в форму и одновременно вводят таблетки в струю металла, заранее расчетной пористости, например 15 таблеток пористостью 40% (или 13 таблеток пористостью 30%), не исключается размещение таблеток различной пористости, количеством, исходя из заданного весового содержания (0,03%).

Наноразмерный Tix (CyNz) закрепляется в механизме ввода лигатуры и подается под струю металла с заранее установленной скоростью.

Получение блока образцов-свидетелей и двух отливок детали «Вилка» из стали ВНЛ-1 составом модификаторов: 90% Ni+10% Tix (CyNz).

Наноразмерный Tix (CyNz), по предлагаемой классификации, можно отнести ко второй группе (таблица 2), так как его в удельный вес меньше удельного веса основного расплава ВНЛ-1 (таблица 3).

Отливки образцы-свидетели ВНЛ-1 прошли термическую обработку по режиму: закалка 1130°С (выдержка 5 час), обработка холодом (-60°С)/ 4 час + 1050°С/ 2 часа + (-60°С)/ 4 час + 330°С/ 3 час по технологической инструкции.

Механические свойства образцов из деталей и образцов-свидетелей из сталей ВНЛ-1 с модифицированием и без модифицирования приведены в таблицах 14 и 15.

Методами рентгеноструктурного и рентгенофазового анализа изучены структура и фазовый состав образцов-свидетелей, модифицированных Tix(CyNz).

Как видно из представленных в таблицах 14 и 15 данных, введение модификаторов TixCyNz в расплав ВНЛ-1 приводит к увеличению прочностных свойств сплава: предел прочности и текучести увеличивается незначительно на 2 … 4%, однако, относительное удлинение возрастает на 40% при испытаниях при комнатной температуре и на 18,2% при температуре испытаний 550°С. Значения ударной вязкости возрастают на 300% при комнатной температуре испытаний.

На основании выше изложенного разработаны методики построения технологий модифицирования высоколегированных сталей и жаропрочных сплавов для создания условий равномерного распределения порошков наноразмерных тугоплавких химических соединений в расплаве.

Фигура 5, график плотности сплава ВНЛ-1 от температуры разогрева, совместно с таблицей 3 наглядно иллюстрируют суть предложенного технического решения. Очевидно, что в расплаве, в котором плотность составляет порядка 6,8 г/см3 брикеты, имеющие более высокую плотность, пористостью от 5 до 15% (таблица 12, 13) будут стремиться опуститься на дно тигля и располагаться в нижних слоях расплава, а брикеты меньшей плотностью, пористостью от 20 до 35% располагаться на верхних слоях расплава

Способ модифицирования жаропрочных никелевых сплавов и высоколегированных сталей, включающий получение расплава металла в тигле и введение в расплав смеси наноразмерных порошковых модификаторов в виде компактированных брикетов, отличающийся тем, что смесь наноразмерных порошковых модификаторов предварительно компактируют в группы брикетов с различной плотностью и различной пористостью, при этом первую группу брикетов прессуют с плотностью больше удельного веса жидкой составляющей расплава, соответствующей температуре окончания его кристаллизации - солидуса, вторую группу - с плотностью меньше удельного веса жидкой составляющей расплава, соответствующей температуре начала кристаллизации - ликвидуса, а промежуточные между ними группы брикетов прессуют с пористостью, изменяющейся в каждой группе с шагом от 5 до 10%, после чего в расплав водят расчетное количество брикетов упомянутых групп, для равномерного распределения наноразмерных порошковых модификаторов.
Способ модифицирования жаропрочных сплавов и высоколегированных сталей
Способ модифицирования жаропрочных сплавов и высоколегированных сталей
Способ модифицирования жаропрочных сплавов и высоколегированных сталей
Способ модифицирования жаропрочных сплавов и высоколегированных сталей
Способ модифицирования жаропрочных сплавов и высоколегированных сталей
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 46.
27.11.2013
№216.012.85b4

Способ регулирования режима работы жидкостной ракетной двигательной установки

Изобретение относится к области ракетной техники и предназначено для регулирования режима работы жидкостной ракетной двигательной установки. Способ регулирования режима работы жидкостной ракетной двигательной установки заключается в изменении проходного сечения органа, регулирующего расход газа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499906
Дата охранного документа: 27.11.2013
27.11.2013
№216.012.8602

Устройство для измерения вращающего момента

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано для измерения вращающих моментов на валу электродвигателей, преимущественно не допускающих дополнительного воздействия во время работы на вращающуюся часть, например электродвигателей гироскопов. Техническим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499984
Дата охранного документа: 27.11.2013
10.02.2014
№216.012.9f8c

Устройство для измерения момента инерции изделия

Изобретение относится к машиностроению, а именно к оборудованию для определения моментов инерции изделий. Устройство содержит подвижную часть, имеющую возможность колебаний вокруг оси, неподвижной относительно основания, например, под действием упругих элементов или сил гравитации, эталонное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002506552
Дата охранного документа: 10.02.2014
27.02.2014
№216.012.a5ea

Установка гидроабразивной резки

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для гидроабразивной резки листовых материалов. Установка содержит основание с продольными направляющими, на которых с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен портал с поперечными направляющими. На...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002508189
Дата охранного документа: 27.02.2014
27.03.2014
№216.012.ae31

Пресс-форма для прессования брикетов из порошкообразного материала

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к оборудованию для компактирования прессованием порошкообразных материалов. Может использоваться для получения брикетов из мелкодисперсных порошков, вводимых в расплавы металлов в качестве легирующих добавок. Пресс-форма содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510308
Дата охранного документа: 27.03.2014
27.03.2014
№216.012.aea9

Электродуговой испаритель металлов и сплавов

Изобретение относится к машиностроению, в частности к электродуговому испарителю металлов и сплавов, и может найти применение при нанесении защитных и упрочняющих покрытий на изделия. Электродуговой испаритель содержит протяженный цилиндрический охлаждаемый катод, анод, поджигающий и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510428
Дата охранного документа: 27.03.2014
10.05.2014
№216.012.c0c9

Полуавтоматический балансировочный станок

Изобретение относится к балансировочной технике и может быть использовано для выполнения прецизионной динамической балансировки роторов гироскопов. Устройство содержит измерительную систему, приспособление для установки балансируемого изделия и датчик контрастной метки, размещенные на основании...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515102
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.c20b

Установка для измерения собственной частоты колебаний роторов силовых гироскопов

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения осевой собственной частоты вынужденных колебаний роторов силовых гироскопов. Установка содержит магнитоэлектрические обратные преобразователи, связанные с системой подвеса для установки силового гироскопа,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515424
Дата охранного документа: 10.05.2014
10.05.2014
№216.012.c20c

Способ контроля качества неразъемных соединений

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и может быть использовано при диагностике неразъемных соединений, в частности для контроля качества паяных соединений камер сгорания и сопел жидкостных ракетных двигателей. Способ контроля качества неразъемных соединений заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002515425
Дата охранного документа: 10.05.2014
20.07.2014
№216.012.def6

Способ электроэрозионной прошивки отверстий

Изобретение относится к электроэрозионной обработке и может быть использовано для электроэрозионной прошивки прецизионных отверстий малого диаметра широкой номенклатуры деталей, например топливных форсунок. В способе при электроэрозионной обработке на электрод накладывают ультразвуковые...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522864
Дата охранного документа: 20.07.2014
Показаны записи 1-10 из 31.
27.03.2014
№216.012.ae31

Пресс-форма для прессования брикетов из порошкообразного материала

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к оборудованию для компактирования прессованием порошкообразных материалов. Может использоваться для получения брикетов из мелкодисперсных порошков, вводимых в расплавы металлов в качестве легирующих добавок. Пресс-форма содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510308
Дата охранного документа: 27.03.2014
27.09.2014
№216.012.f7be

Штамп для формообразования изделий из листовых заготовок

Изобретение относится к оборудованию для обработки металлов давлением и может быть использовано при изготовлении из листовых заготовок таких изделий, как, например, сосуды давления топливных систем космических аппаратов. Штамп содержит верхнюю и нижнюю половины, в которых выполнены рабочие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529259
Дата охранного документа: 27.09.2014
10.11.2014
№216.013.04a5

Ультразвуковой раздельно-совмещенный широкозахватный преобразователь

Использование: для неразрушающего контроля изделий. Сущность изобретения заключается в том, что ультразвуковой раздельно-совмещенный широкозахватный преобразователь содержит призмы-волноводы, установленную на первой призме излучающую пьезопластину и размещенные на второй призме в ряд в одной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532587
Дата охранного документа: 10.11.2014
27.01.2015
№216.013.20fc

Способ литья проволоки и установка для его осуществления

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для производства тонкой металлической проволоки из сплавов на основе алюминия. Установка содержит вакуумную печь 1 с тиглем 2 и трубопроводом 5, который выполнен из двух частей, кристаллизатор 8, выполненный в виде кольцевой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539892
Дата охранного документа: 27.01.2015
10.05.2015
№216.013.4a18

Устройство для получения изделий послойным лазерным спеканием порошков

Изобретение относится к области порошковой металлургии. Устройство для получения изделий послойным лазерным спеканием порошков содержит емкости для размещения порошка и для излишков порошка, размещенный между ними модуль формирования изделия, включающий стол с приводом его вертикального...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550475
Дата охранного документа: 10.05.2015
20.10.2015
№216.013.86c2

Устройство для прессования экзотермической шихтовой заготовки

Изобретение относится к прессованию порошковых заготовок в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Устройство содержит контейнер с расположенной в ней цилиндрической матрицей, верхний и нижний пуансоны, рабочие поверхности которых расположены напротив друг друга с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566101
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.10.2015
№216.013.86c3

Устройство для резки проката

Изобретение относится к области машиностроения. Устройство для резки проката содержит станину, ножи, один из которых смонтирован на станине, а другой - на ползуне, размещенном на станине с возможностью перемещения посредством привода. В ножах выполнены каналы для резки проката. Ножи выполнены с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002566102
Дата охранного документа: 20.10.2015
10.12.2015
№216.013.974d

Устройство для ультразвукового контроля изделий

Изобретение относится к области неразрушающего ультразвукового контроля изделий и используется при контроле качества продольных и кольцевых швов, а также контроле качества изделий. Устройство для ультразвукового контроля изделий содержит основание с закрепленной на нем стойкой, на которой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570353
Дата охранного документа: 10.12.2015
10.01.2016
№216.013.9eb7

Способ объемного прессования брикетов из порошкообразного материала и устройство для осуществления способа

Группа изобретений относится к объемному прессованию брикетов из порошкообразного материала. Способ включает размещение материала в замкнутой матричной полости, образованной шестью пластинами, и деформирующее нагружение материала посредством попарного возвратно-поступательного перемещения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572268
Дата охранного документа: 10.01.2016
20.03.2016
№216.014.cc13

Устройство для инициирования самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (свс) в шихтовой заготовке для получения композиционного материала в пресс-форме

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению композиционного материала самораспространяющимся высокотемпературным синтезом (СВС) в пресс-форме. Устройство для инициирования СВС в шихтовой заготовке содержит выполненную с возможностью установки в стенке пресс-формы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002577641
Дата охранного документа: 20.03.2016
+ добавить свой РИД