ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА ЛИТОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО СЛИТКА ВАКУУМНО-ИНДУКЦИОННОЙ ВЫПЛАВКИ ИЗ СПЛАВА INCONEL 718 В УСЛОВИЯХ ПАО «РУСПОЛИМЕТ»

Выполнен анализ технологических процессов выплавки и разливки цилиндрических слитков из сплава Inconel 718, полученных в вакуумно-индукционной печи (ВИП) на ПАО «Русполимет». Показано, что существующая технология не обеспечивает получения плотного слитка требуемого качества из-за наличия пористости в осевой зоне, а также ликвации на макроуровне таких элементов, как хром, никель, ниобий. Полученные результаты показали необходимость проведения корректировки параметров разливки и затвердевания слитков ВИП из сплава Inconel 718, не изменяя основных технических параметров производства (тип печи – вакуумно-индукционная печь ВИП емкостью 3 т; материал футеровки печи – керамика на основе оксида алюминия Al₂O₃; тип изложницы – цилиндрическая изложница под слиток диам.410 мм, диаметр кристаллизатора для вакуумно-дугового переплава –450 мм), чтобы получить качественный плотный слиток. С использованием программы Thermo-Calc (версия 2017а) уточнены температуры солидус для равновесного процесса затвердевания и для неравновесного процесса, которые составили 1211 и 1091 °С соответственно. На основании полученных результатов с помощью системы компьютерного моделирования литейных процессов (СКМ ЛП) скорректированы скорость разливки путем уменьшения диаметра разливочного стакана с 32 до28 мми температура разливки с 1470 до 1460 °С. По скорректированной технологии выплавлена партия слитков. Из слитка первой партии отобраны поперечные темплеты для определения химического состава и продольные – для проведения металлографического анализа. Выполненные металлографические исследования свидетельствуют о снижении пористости осевой зоны слитка и уменьшении ликвации на макроуровне. На основании полученных результатов предложено внести в технологию разливки соответствующие изменения. Показано, что компьютерное моделирование металлургических процессов разливки и кристаллизации металла дает возможность разработать технологию, позволяющую получить качественный слиток уже на первом переделе, избежав при этом появление продукции, не удовлетворяющей требованиям заказчика.

1. Xiao L., Chen D.L., Chaturvedi M.C. Effect of Boron on the LowCycle Fatigue Behavior and Deformation Structure of Inconel 718 at 650 °C // Metallurgical and Materials Transactions A. 2004. November. Vol. 35. Issue 11. P. 3477 – 3487.

2. Eich A., Franz H., Scholz H., Kemmer H., Brückmann G. Gaseous Treatment in Vacuum Induction Degassing (VID) unit for low carbon alloys. 1st International Conference on Ingot Casting, Rolling and Forging, 2012. P. 1 – 6.

3. Choudhury A., Kemmer H., Donachie M., Donachie S., Erickson G.L. Vacuum Induction Melting // ASM Handbook. Vol. 15. Handbook Committee, 2008. Vol. 15. Р. 1 – 8.

4. Edward A. Loria. Recent Developments in the Progress of Superalloy 718 // JOM. 1992. June. P. 33 – 36.

5. Bartosinski M., Magee John H., Friedrich B. Improving the chemical homogeneity of austenitic and martensitic stainless steels during nitrogen alloying in the pressure electro slag remelting (PESR) process [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.metallurgie.rwthaachen.de/old/images/pages/publikationen/aertosinskimae_id_4297.pdf. (дата обращения: 03.05.2018 г.).

6. Kronovsky G.A., Sieslak M.J., Headley T.J., Romig A.D., Ham metter Jr., Hammetter W.F. Inconel 718: A solidifcation diagram // Metallurgical Transactions A. 1989. Vol. 20. Issue 10. Р. 2149 – 2158.

7. Alok Choudhury. State of the Art of Superalloy Production for Aerospace and Other Application Using VIM/VAR or VIM/ESR // ISIJ Internationa. 1992. Vol. 32. No. 5. P. 563 – 574.

8. Talukder Alam, Peter J. Felfer, Mahesh Chaturvedi, Leigh T. Stephenson, Matthew R. Kilburn, Julie M. Cairney. Segregation of B, P, and C in the Ni-Based Superalloy, Inconel 718 // Metallurgical and Materials Transactions A. 2012. Vol. 43A. Р. 2183 – 2191.

9. Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей. – М.: МИСИС, 2001. – 632 с.

10. Линчевский Б.В. Вакуумная индукционная плавка. – М.: Металлургия, 1975. – 240 с.

11. Баум Б.А., Ларионов В.Н., Коваленко Л.В., Тягунов Г.В., Кулешова Е.А., Барышев Е.Е., Третьякова Е.Е., Колотухин Э.В. Ресурсосбережение и улучшение служебных характеристик отливок из жаропрочных никелевых сплавов посредством высокотемпературной обработки расплавов [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://viam.ru/public/fles/1991/1991-200908.pdf. (дата обращения: 03.05.2018 г.).

12. Ефимов В.А. Теоретические основы разливки стали. – Киев: Изд-во Академии наук Украинской ССР, 1960. – 180 с.

13. Еронько С.П., Быковских С.В. Разливка стали: технология, оборудование. – Киев: Техника, 2003. – 216 с.

14. INTECO special melting technologies GmbH. Справочник по эксплуатации. 8600 Bruck an der Mur AUSTRIA. – 660 с.

15. Liu W.C., Yao M., Chen Z.L., Wang S.G. Niobium segregation in Inconel 718 // Journal of Materials Science. 1999. Vol. 34. Issue 11. Р. 2583 – 2586.

16. Швед Ф.И. Слиток вакуумного дугового переплава. – Челябинск: ООО Изд-во Татьяны Лурье, 2009. – 428 с.

17. Дефекты стали / Под. ред. С.М. Новокщеновой, М.И. Виноград. – М.: Металлургия, 1984. – 199 с.

18. Галкин А.Н. Исследование влияния теплофизических условий затвердевания и формы слитка для полых заготовок на его строение и распределение неметаллических включений: автореф. дис. … канд. тех. наук: 05.16.02. – Волгоград, 2015. – 18 с.

19. Капуткина Е.А. Атлас дефектов стали / Под ред. М.Л. Бернштейна. – М.: Металлургия, 1979. – 188 с.

20. Зубарев К.А., Котельников Г.И., Титова К.О., Семин А.Е., Михайлов М.А. Прогнозирование температуры ликвидус сложнолегированных сплавов на основе никеля // Изв. вуз. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 9. С. 644 – 649.

21. Валуев Д.В. Разливка и кристаллизация стали и сплавов. – Томск: изд. Томского политехнического университета, 2009. – 235 с.