CC BY
7
УДК 669.046+669.168:669.018.44
О. А. Глотка, д-р техн. наук А. Д. Коваль, канд. техн. наук В. Л. Грешта
ЗапорЬький нацюнальний техтчний утверситет
ПРО ОЦ1НКУ РОЗПОД1ЛУ ВОЛЬФРАМУ В ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ Л1ГАТУРАХ ТА ЖАРОМ1ЦНОМУ СТОП1 НА Н1КЕЛЕВ1Й ОСНОВ1
Оцтено розподш легувальних елемент^в в експериментальних лигатурах та жаромщно-му стот на шкелевш основ1 ЗМ-ЗУ. Досл^джено х^м^чний склад лгатур по перетину виливниц1. Встановлено, що використання лгатур для легування жаромщного стопу не призводить до значног лтвацп вольфраму.
Ключов1 слова: вольфрам, лгатури, жаромщний стоп на шкелевш основа, розподш легувальних елемент^в.
Витоплення меташв вщповщального призна-чення, до яких вщносяться ливарш жаромщн стопи на шкелевш основу в вакуумних щдук-цшних печах (В1П) обумовлено особливими перевагами цього способу в пор1внянш з шшими методами. Використовуючи В1П можливо отри-мувати стопи, що мтстять активна елементи, та забезпечувати контроль шюдливих домшок, яю впливають на експлуатац1йн1 властивосп. 1ншою перевагою е те, що при витопленш рщкий метал перем1шуеться примусово електромагштними полями, це дае змогу отримати р^вном^ршсть розподiлу легувальних елеменпв по перетину тигля i, як наслщок, по перетину деталi.
Зпдно з вимогами В1АМ витоплення стошв проводиться з використанням чистих шихтових елементiв (чистих металiв) з обмеженим вмiстом домтшок кольорових металiв. Що призводить до висування високих вимог до якост матер1ал1в, як1 використовуються [1]. Це призводе до збшьшення часу витоплення, що викликано три-валим розчиненням шихти. Саме замша чистих елеменпв лигатурами може щцвищити швицкiсть розтоплення, рiвномiрнiсть розподiлення та зни-зити варт1сть стопу.
Таким чином постае задача у визначент роз-подiлу легувальних елемент1в як в експеримен-тально витоплених лтгатурах [2,3], так 1 в готовому жаромщному ливарному стоп1 [4], що ха-рактеризуе лжвацшш явища 1 вплив дом1шок, як1 присуши в експериментальних лигатурах, та ашзотротю властивостей стопу.
Матер1али та методика дослщження
Легування жаромщного стопу на шкелевш основа виконуеться експериментальними лтгату-рами, як1 витопленш з використанням важкотоп-кого брухту [2, 3], з середшм вм1стом вольфраму 30, 50 та 70 %(мас.), решта никель (таблиця 1).
Жаромщний ливарний стоп ЗМ1-3У витоплю-вався в шдукцшнш вакуумнш печ^ УППФ-3М з
© О. А. Глотка, А. Д. Коваль, В. Л. Грешта, 2011
залишковим тиском 0,266 Па при температура 1600 °С. В шихтовш заготовщ проводили замшу вольфраму на експериментальш лтгатури, технологию при цьому не змшювали. Заливання мета-лу проводили при температура 1550 °С в керамчш форми, нагрт до 900 °С (зразки диаметром 12 мм та довжиною 60 мм).
Осюльки визначення вм1сту вольфраму при його юлькостях 61льш н1ж 18 % (мас.) неможливо за допомогою спектрометра (обумовлено вщсутнютю ГОСТованих еталонiв), то дослщження розпод1лу легувальних елементiв проводили на растровому електронному мжроскот ШОЬ .Т8М-6360ЬА, який оснащений системою рентгеноспектрального енер-годисперсшного микроанализу при прискорю-вальнш напруз^ в1д 15 до 30 кВ та сит струму зонда в1д 4 цА до 30 цА у вторинних та в1д6итих електронах. К1льк1сний мжрорентгеноспектраль-ний анализ виконано при пор!внянш отриманих спектрограм з еталонами. Зразки перед випробу-ванням механично штфували та пошрували.
Розпод1л х1м1чних елеменпв по об'ему злив-ка визначався при вертикальному та горизонтальному розр^зах по центральнш ос1. При цьому, було обрано чотири характерна точки, яы найбiльш в^дален одна в1д шшо! 1 максимально характеризують явища лжваци (рис. 1). Площа, з яко! отримували характеристичне випромшен-ня, складала 2 х 2 мм.
а 1
□ 2 □
4
□ 3
Рис. 1. Розташування точок на зливку, в яких визначали хишчний склад
тгатури.
В стот 1з 30 % вольфрамового брухту-нжель маемо тдвищену кiлькiсть вольфраму в нижнш частин зливку. Це може бути викликано тим, що завантаження брухту здшснювалося в першу чергу, тобто вш знаходився на днi олундового муфелю. Схожий розподiл вольфраму спостерь гаеться i в лiгатурi з 70 % брухту.
.Шгатура з 50 % брухту мае знижену юльысть вольфраму в вершинi та нижнш частит зливку i дещо збшьшуеться в середнiй частинi. Такий розподiл е нехарактерний для ляатур як залiза, так i нжелю з брухтом. Висуваеться припущен-ня, що збшьшення вольфраму в середнш час-тинi зливку може бути викликано перемшуван-ням розплаву лтатури при витопленi електро-магнiтним та мехатчним способами.
Таким чином, розподш вольфраму залежить в1д способу завантаження шихти пiд час витоп-лення ляатури та в1д способу i iнтенсивностi пе-ремшування розтопу.
Ввд розподiлу елементiв залежать механiчнi властивосп стопу, його жаростiйкi та жаромщш властивостi. Тому легувальнi елементи повинш рiвномiрно розподiлятися по об'ему зливку i рiвномiрно утворювати змiцнюючи фази. Роз-подiл легувальних елементiв по висот зливку жаромiцного корозшностшкого стопу ЭМ1-3УЕ , який витоплювався з використанням експери-
Таблиця 1 - Х1м1чний склад лiгатур в певних тсЖИЙвку лiгатур важкотопкий брУхт-нiкель,
приведено в таблиц 2.
Номер точки Хiмiчний склад (%, мас.)
Бе | N1 | W Бе | N1 | W
Л^атура Бе -30%W Л^атура Ni-30%W
1 58,53 3,75 37,72 2,49 64,61 32,90
2 65,77 4,28 29,95 2,33 63,47 34,19
3 61,25 3,78 34,97 2,99 60,91 36,10
4 66,51 3,80 29,70 2,46 62,60 34,94
Л^атура Бе - 50%W Л^атура N1- 50%W
1 33,57 3,85 62,58 3,56 47,25 49,19
2 39,25 4,32 56,43 2,90 35,85 61,25
3 46,42 5,77 47,81 3,27 42,81 53,92
4 40,78 4,28 54,97 4,17 50,77 45,06
Л^атура Бе - 70% W Л^атура N1 - 70% W
1 20,53 7,12 72,35 4,43 26,87 68,70
2 20,19 6,23 73,58 5,61 19,84 74,55
3 19,99 6,27 73,74 5,32 15,30 79,38
4 21,58 7,45 70,97 5,76 18,61 75,63
Таблиця 2 — Xiмiчний склад жаромiцного корозшностшкого ливарного стопу ЭМ1-3УЕ на нже-левiй основi в верхнiй та нижнш частиш зливку
Номер зразка Масова частка елеменпв, %
А1 л Сг Со N1 Мо W Всього, %
Верхня частина зливку 1 2,82 4,83 17,99 6,23 59,96 1,84 6,32 100
2 2,93 4,39 17,08 5,65 62,22 1,33 6,40 100
Нижня частина зливку 1 2,37 5,34 17,27 5,3 60,5 1,55 7,12 100
2 2,80 5,01 18,03 5,99 60,66 0,94 6,58 100
ISSN 1727-0219 Вестник двигателестроения №1/2011 - 149 -
Результата дослщження та !х обговорення
Вiдповiдно до аналiзу отриманих результатiв слад зазначити, що в стот з 30 % вольфрамового брухту-зал1зо 3-4,9-12,13-34,3536,39-52,59-66,70-71,79-84,95100,103-104,107-110
спостерк'аються лжвацшш явища 1з тдви-щенням к1лькост1 вольфраму в вершин зливку. Це може бути викликано тим, що завантаження брухту здшснювалося на завершальнш стад]! ви-топлення, тобто вш знаходився на поверхн1 шихти. Поддбний розподш вольфраму спостерiгаeтъ-ся 1 в л1гатур1 з 50 % брухту.
.ящура з 70 % вольфраму-зал^зо мае знижену кшьысть вольфраму в вершина зливку 1 дещо зб^шуеться в нижнш частиш. Висуваеться при-пущення, що вольфрам, як тугоплавкий елемент, розчиняеться в останню чергу, тому вш при роз-чиненн зализа та нжелю поступово занурився на донну частину зливку де 1 вщбулося його роз-топлення. Таким чином, розподш вольфраму по об'ему зливка залежить не тшьки в1д розташу-вання його в шихп, а 1 в1д к1лькост1 його в стот. Зростання об'емно! частки вольфраму призводе до бшьш равномерного розподшення по зливку
Таким чином, за результатами проведеного дослщження можна стверджувати, що мм1чний склад по перетину зливка у витопленому з вико-ристанням експериментальних л1гатур корозш-ностшкому жаром1цному стоп1 ЗМ1-3У знахо-диться в межах марочного складу, визначених ТУ481.981.6.00009. Але спостер1гаеться тенденция до щдвищення юлькосп вольфраму в нижнш частиш зливку, що характерно для елеменпв з великою густиною та негативним коефшдентом лжваци. Саме використання терм1чно! обробки та лiгатур, а не чистих елементiв, при легуваннi, дае змогу отримати рiвномiрний розподiл елеменпв, в межах марочного складу.
Висновки
1. Встановлено розподiл вольфраму по перетину виливки експериментальних лтгатур. Лжва-цiя вольфраму спостерггаеться в залежностi вщ послiдовностi завантаження при витоплеш i ввд штенсивносп перемгшування.
2. Виявлено, що лжващя вольфраму по перетину зливка експериментального стопу не ви-ходить за рамки, встановлеш ТУ481.981.6.00009,
що в свою чергу повинно обумовлювати збере-ження комплексу мехашчних властивостей та показникiв жаромщносп на ртвш, характерному для стопу ЗМ1-3У промислового способу витоп-лення.
Перелж посилань
1. Каблов Е. Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей (сплавы, технологии, покрытия) / Е. Н. Каблов. - М. : МИСИС, 2001. - 632 с.
2. Глотка О. А. Виготовлення Ni-W лггатури для легування стотв на основТ нiкелю / О. А. Глотка, А. Д.Коваль // Вкник двигу-нобудування. - 2008. - № 1. - С. 139-142.
3. Глотка О. А. Використання важкотопкого брухту для виготовлення Fe-W лггатури / О. А. Глотка, А. Д. Коваль // Вкник двигу-нобудування. - 2008. - № 2. - С. 164-170.
4. Глотка О. А. Дослщження впливу легування важкотопким брухтом на структуру та влас-тивост жаромiцного сплаву / О. А. Глотка, А. Д. Коваль, Ю. М. Внуков // НовТ матерiали i технологи в металурги та машинобудуванш. - 2010. - № 1. - С. 45-51.
Поступила в редакцию 24.12.2010
Глотка А.А., Коваль А.Д., Грешта В.Л. Об оценке распределения вольфрама в экспериментальных лигатурах и жаропрочном сплаве на никелевой основе
Оценено распределение легирующих элементов в экспериментальных лигатурах и жаропрочном сплаве на никелевой основе ЗМИ-ЗУ. Исследовано химический состав лигатур по сечению изложницы. Выявлено, что использование лигатур для легирования жаропрочного сплава не приводит к существенной ликвации вольфрама.
Ключевые слова: вольфрам, лигатуры, жаропрочный сплав на никелевой основе, распределение легирующих элементов.
Glotka O., Koval A., Greshta V. About estimation assignment tungsten in experiment master alloy and heat resisting alloy on nickel basis
Distribution of alloying elements in experimental master alloy and a heat resisting alloy on nickel basis ЗМИ-ЗУ is estimated. It is investigated chemical compound of ligatures on mold section. It is revealed that use of ligatures for alloying of a heat resisting alloy doesn't lead essential liquation tungsten.
Keywords: tungsten, master alloy, heat resisting alloy on nickel basis, distribution of alloying elements.
