blackmetИзвестия высших учебных заведений. Черная МеталлургияIzvestiya. Ferrous Metallurgy0368-07972410-2091National University of Science and Technology "MISIS"10.17073/0368-0797-2016-7-485-490blackmet-902Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВPHYSICO-CHEMICAL BASICS OF METALLURGICAL PROCESSESТЕРМОДИНАМИКА РАСТВОРОВ КИСЛОРОДА В РАСПЛАВАХ НИКЕЛЯ, СОДЕРЖАЩИХ АЛЮМИНИЙ И ТИТАНTHERMODYNAMICS OF OXYGEN SOLUTIONS IN THE NICKEL MELTS CONTAINING ALUMINUM AND TITANIUMАлександровА. А.AlexandrovA. A.

к.т.н., старший научный сотрудник

Cand. Sci.(Eng.), Senior Researcher

a.a.aleksandrov@gmail.comДашевскийВ. Я.DashevskiiV. Ya.

д.т.н., профессор кафедры энергоэффективных и ресурсосберегающих промышленных технологий, зав. лабораторией

Dr. Sci. (Eng.), Professor of the Chair “Energyefficient and Resource-saving Industrial Technologies”, Head of the Laboratory

vdashev@imet.ac.ruЛеонтьевЛ. И.Leont’evL. I.

академик РАН, советник, д.т.н., профессор, главный научный сотрудник

Dr. Sci. (Eng.), Professor, Academician, Adviser of the Russian Academy of Sciences, Chief Researcher

leo@presidium.ras.ruИнститут металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Россия, Москва, Ленинский пр., 49)РоссияBaikov Institute of Metallurgy and Materials Science, RAS, Moscow, RussiaRussian FederationИнститут металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Россия, Москва, Ленинский пр., 49) Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4)РоссияBaikov Institute of Metallurgy and Materials Science, RAS, Moscow, Russia National University of Science and Technology “MISIS” (MISIS), Moscow, RussiaRussian FederationИнститут металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН (119334, Россия, Москва, Ленинский пр., 49) Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС» (119049, Россия, Москва, Ленинский пр., 4) Президиум РАН (119991, Россия, Москва, Ленинский пр., 32а)РоссияBaikov Institute of Metallurgy and Materials Science, RAS, Moscow, Russia National University of Science and Technology “MISIS” (MISIS), Moscow, Russia Scientifi c Council on Metallurgy and Metal Science of Russian Academy of Sciences (Department of Chemistry and Material Sciences), Moscow, RussiaRussian Federation201630072016597485490Copyright © Александров А.А., Дашевский В.Я., Леонтьев Л.И., 20162016Александров А.А., Дашевский В.Я., Леонтьев Л.И.Alexandrov A.A., Dashevskii V.Y., Leont’ev L.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://fermet.misis.ru/jour/article/view/902

Проведен термодинамический анализ растворов кислорода в жидком никеле, содержащем алюминий и титан. Показано, что присутствующие в расплаве алюминий и титан существенно снижают растворимость кислорода по мере повышения их содержания. Однако после достижения в случае алюминия 0,205 % и в случае титана 0,565 % концентрация кислорода в расплаве начинает возрастать по мере увеличения содержания алюминия и титана. Определены минимальные концентрации кислорода при раскислении расплава никеля алюминием (1,44·10–4 % O) и титаном (2,98·10–4 % O). Полученные результаты позволяют предложить оптимальный вариант легирования никелевых сплавов алюминием и титаном. Первоначально производят раскисление расплава алюминием в количестве, обеспечивающем минимальную концентрацию кислорода в расплаве (~ 0,2 % Al). Затем удаляют образовавшуюся оксидную фазу, чтобы предотвратить возможность повторного окисления расплава. И только после этого расплав легируют алюминием и титаном до требуемых их содержаний в сплаве.

Thermodynamic analysis of oxygen solutions in liquid nickel containing aluminum and titanium was carried out. It is shown that the aluminum and titanium presence in the melt signifi cantly reduces the solubility of oxygen with their content increasing. However, after reaching contents of 0.205 % in the case of aluminum and 0.565 % in the case of titanium the oxygen concentration in the melt begins to increase with aluminum and titanium contents increasing. The minimum oxygen concentration during deoxidation of nickel melt by aluminum (1.44·10–4 % O) and titanium (2.98·10–4 % O) was determined. Obtained results allow to off er the best option of nickel alloys alloying by aluminum and titanium. Initially the deoxidation of melt is produced by aluminum in an amount providing the minimum oxygen concentration in the melt (~ 0,2 % Al). Then the formed oxide phase is removed to prevent the reoxidation of the melt. Only then alloying the melt is made by aluminum and titanium to desire their contents in the alloy.

никельалюминийтитанкислородтермодинамический анализрастворимостьnickelaluminumtitaniumoxygenthermodynamic analysissolubilityReferencesLocq D., Caron P. On Some Advanced Nickel-Based Superalloys for Disk Applications // Aerospace Lab Journal. 2011. No. 3. P. 1 – 9.Locq D., Caron P. On some advanced nickel-based superalloys for disk applications. Aerospace Lab Journal. 2011, no. 3, pp. 1–9.Логунов А.В., Шмотин Ю.А. Современные жаропрочные никелевые сплавы для дисковых газовых турбин. – М.: Наука и технологии, 2013. – 264 с.Logunov A.V., Shmotin Yu.A. Sovremennye zharoprochnye nikelevye splavy dlya diskovykh gazovykh turbin [Modern heat-resistant nickel alloys for disks gas turbines]. Moscow: Nauka i tekhnologii, 2013, 264 p. (In Russ.).Самарин А.М. Физико-химические основы раскисления стали. – М.: Изд-во АН СССР, 1956. – 164 с.Samarin A.M. Fiziko-khimicheskie osnovy raskisleniya stali [Phy sico-chemical bases of deoxidation of steel]. Moscow: Izdvo AN SSSR, 1956, 164 p. (In Russ.).Григорян В.А., Белянчиков Л.Н., Стомахин А.Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. – М.: Металлургия, 1987. – 272 с.Grigoryan V.A., Belyanchikov L.N., Stomakhin A.Ya. Teoreticheskie osnovy elektrostaleplavil’nykh protsessov [Theoretical bases of electric steelmaking processes]. Moscow: Metallurgiya, 1987, 272 p. (In Russ.).Dashevskii V.Ya., Makarova N.N., Grigorovich K.V. etс. Deoxidation Equilibrium of Aluminum and Silicon in the Liquid Iron- Nickel Alloys // ISIJ International, 2005. Vol. 45. No 1. P. 8 – 11.Dashevskii V.Ya., Makarova N.N., Grigorovich K.V. etc. Deoxidation equilibrium of aluminum and silicon in the liquid iron-nickel alloys. ISIJ International. 2005, vol. 45, no. 1, pp. 8–11.Куликов И.С. Раскисление металлов. – М.: Металлургия, 1975. – 504 с.Kulikov I.S. Raskislenie metallov [Deoxidation of metals]. Moscow: Metallurgiya, 1975, 504 p. (In Russ.).Ishii F., Ban-ya S. Equilibrium between Aluminum and Oxygen in Liquid Nickel and Nickel- Iron Alloy // Tetsu to Hagane. 1995. Vol. 81. No. 1. P. 22 – 27.Ishii F., Ban-ya S. Equilibrium between aluminum and oxygen in liquid nickel and nickel-iron alloy. Tetsu to Hagane. 1995, vol. 81, no. 1, pp. 22–27.Sigworth G.K., Elliott J.F., Vaughn G., Geiger G.H. The thermodyna mics of dilute liquid nickel alloys // Metallurgical Soc. CIM. 1977. Annual Volume. P. 104 – 110.Sigworth G.K., Elliott J.F., Vaughn G., Geiger G.H. The thermodynamics of dilute liquid nickel alloys. Metallurgical Soc. CIM. 1977, Annual Volume, pp. 104–110.Janke D., Fischer W.A. Das Lösungsverhalten des Sauerstoff s in Nickelbasisschmelzen // Arch. Eisenhüttenwes. 1975. Vol. 46. No. 5. S. 297–302.Janke D., Fischer W.A. Das Lösungsverhalten des Sauerstoff s in Nickelbasis schmelzen. Arch. Eisenhüttenwes. 1975, vol. 46, no. 5, S. 297–302. (In German).Вагнер К. Термодинамика сплавов. – М.: Металлургиздат, 1957. – 179 с.Wagner Carl. Thermodynamics of alloys. Cambridge, Addison-Wesley press, 1952. (Russ.ed.: Wagner C. Termodinamika splavov. Moscow: Metallurgizdat, 1957, 179 p.).Lupis C.H.P., Elliott J.F. Generalized interaction coeffi cients. Part I: Defi nitions // Acta Met. 1966. Vol. 14. No. 4. P. 529 – 538.Lupis C.H.P., Elliott J.F. Generalized interaction coeffi cients. Part I: Defi nitions. Acta Met. 1966, vol. 14, no. 4, pp. 529–538.Лякишев Н.П., Гасик М.И., Дашевский В.Я. Металлургия ферросплавов. Ч. 2. – М.: Учеба, 2006. – 152 с.Lyakishev N.P., Gasik M.I., Dashevskii V.Ya. Metallurgiya ferrosplavov, chast’ 2 [Metallurgy of ferroalloys. Part. 2]. Moscow: Ucheba, 2006, 152 p. (In Russ.).Дашевский В.Я., Александров А.А., Леонтьев Л.И. Термодинамика растворов кислорода при комплексном раскислении расплавов системы Fe – Co // Изв. вузов. Черная металлургия. 2014. № 5. С. 33 – 41.Dashevskii V.Ya., Aleksandrov A.A., Leont’ev L.I. Thermodynamics of oxygen solutions at complex deoxidation of the Fe–Co melts. Izvestiya VUZov. Chernaya metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Me tallurgy. 2014, no. 5, pp. 33–41. (In Russ.).Dashevskii V.Ya., Aleksandrov A.A., Kanevskii A.G., Makarov M.A. Deoxidation equilibrium of titanium in the liquid ironnickel melts // ISIJ International. 2010. Vol. 50. No. 1. P. 44 – 52.Dashevskii V.Ya., Aleksandrov A.A., Kanevskii A.G., Makarov M.A. Deoxidation equilibrium of titanium in the liquid ironnickel melts. ISIJ International. 2010, vol. 50, no. 1, pp. 44–52.Куликов И.С. Термодинамика оксидов. – М.: Металлургия, 1986. – 344 с.Kulikov I.S. Termodinamika oksidov [Thermodynamics of oxides]. Moscow: Metallurgiya. 1986, 344 p. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.