ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВА ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ЛИТЕЙНЫХ ОТХОДОВ ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА

В настоящее время при производстве металлургических сплавов все больше используются металлургические отходы. Накапливание объема и повышение возраста возврата влияет на загрязненность шихты нежелательными элементами и неметаллическими включениями, что неизбежно приводит к резкому ухудшению структуры и свойств отливки. Данное обстоятельство сказывается на характере политерм физических свойств расплава и, соответственно, необходимых температурно-временных параметрах плавки жаропрочного сплава. В работе изучены температурные зависимости удельного электросопротивления, кинематической вязкости и поверхностного натяжения жидких жаропрочных композиций на основе системы Ni – Nb – Cr – Mo. Для сплава ЭП902 установлены критические температуры, нагрев до которых приводит к необратимым интенсивным изменениям в направлении улучшения состояния расплава. Обнаружена взаимосвязь между количеством литейных отходов в шихте с видом и особенностями температурных зависимостей физико-химических свойств расплава. Показано, что увеличение количества литейных отходов при переплаве приводит к повышению критических температур. Изучено влияние состояния расплава на процесс кристаллизации и структуру твердого металла. Процесс затвердевания сплава ЭП902 исследован методом дифференциального термического анализа. Показано, что процесс кристаллизации начинается с выделения твердого раствора на основе γ-фазы, а завершается формированием эвтектики на основе интерметаллида Ni₃Nb. Нагрев расплава выше критических температур приводит к увеличению переохлаждения и практически не влияет на эвтектическую температуру. На основании результатов изучения физико-химических свойств жидкого металла и процесса его кристаллизации предложены режимы высокотемпературной обработки расплава, которые позволяют существенно улучшить качество отливок из жаропрочных сплавов типа ЭП902, содержащих значительное количество литейных техногенных отходов в шихте. Осуществлены механические испытания образцов опытных плавок, проведенных по оптимальному режиму высокотемпературной обработки расплава (ВТОР). Применение ВТОР для плавок с 50 %-ным содержанием литейных отходов в шихте позволило получить у отливок уровень прочностных и пластических свойств, превосходящий технические условия, а также стабилизировать их значения от плавки к плавке.

1. Еланский Г.Н., Еланский Д.Г. Строение и свойства металлических расплавов. – M.: MГММИ, 2006. – 228 с.

2. Тягунов Г.В., Барышев E.E., Цепелев В.С. Жидкие металлы. Стали и сплавы. – Екатеринбург: УрФУ, 2016. – 358 с.

3. Барышев Е.Е., Тягунов A.Г., Степанова Н.Н. Влияние структуры расплава на свойства жаропрочных сплавов в твердом состоянии. – Екатеринбург: УрО РАН, 2010. – 199 с.

4. Yin F.S., Sun X.F., Guan H.R., Hu Z.Q. Effect of thermal history on liquid structure of cast nickel-base superalloy M963 // Journal of Alloys and Compounds. 2004. Vol. 364. P. 225 – 228.

5. Gao Z., Hu R., Zhang T. etc. Structure transitions near liquidus and the nucleation of undercooled melt of Ni-Cr-W superalloy // Physica B. 2014. Vol. 454. No. 1. P. 8 – 14.

6. Liu L., Zhen B.L., Banerji A. etc. Effect of melt homogenisation temperature on the cast structure of IN 738 superalloy // Scripta Metallurgica et Materialia. 1994. Vol. 30. P. 593 – 598.

7. DeBarbadillo J.J. Nickel-base superalloys; physical metallurgy of recycling // Metallurgical Transaction A. 1983. Vol. 14. No. 2. P. 329 – 341.

8. Srivastava R.R., Kim M.-S., Lee J.-C. etc. Resource recycling of superalloys and hydrometallurgical challenges // Journal of Materials Science. 2014. Vol. 49. No. 14. P. 4671 – 4686.

9. Sidorov V.V., Rigin V.E., Goryunov A.V., Kablo D.E. Highly efficient technologies and modern equipment for obtaining semifinished products made of heat-resistant foundry alloys for use as charge materials // Metallurgist. 2012. Vol. 56. No. 5–6. P. 329 – 335.

10. Sidorov V.V., Rigin V.E., Goryunov A.V., Min P.G. Processing superalloy foundry waste generated at engine building and repair plants: Experience of the all-russia research institute of aviation materials // Metallurgist. 2014. Vol. 58. No. 1–2. P. 69 – 74.

11. Sidorov V.V., Rigin V.E., Goryunov A.V., Min P.G. Resourcessaving technology for recycling of grade waste products cast from superalloys // Metallurgist. 2014. Vol. 58. No. 5–6. P. 360 – 366.

12. Prasad V.V.S., Rao A.S., Prakash U. etc. Recycling of superalloy scrap through electro slag remelting // ISIJ International. 1996. Vol. 36. No. 12. Р. 1459 – 1464.

13. Yu J.J., Sun X.F., Lou J.X. etc. Recycled Applications of a single crystal superalloy // Advanced Materials Research. 2011. Vol. 239–242. Р. 1422 – 1427.

14. Rahimi R., Ahmadabadi M.N. Recycling of reverted IN738LC with references to mechanical properties and control of chemical composition // TMS Annual Meeting. 2012. P. 417 – 424.

15. Utada S., Joh Y., Osawa M. etc. High temperature properties of a single crystal superalloy PWA1484 directly recycled after turbine blade use // Superalloys 2016: Proceedings of the 13th International Symposium of Superalloys. 2016. Vol. 2016. P. 589 – 599.

16. Utada S., Joh Y., Osawa M. etc. Direct recycle of used single crystal superalloy turbine blades // Proceedings of the International Gas Turbine Congress. Tokyo. 2015. P. 1039 – 1043.

17. Man Y.-L., Wang Y.-F., Yu X.-F. etc. Effects of reverts on initial mel ting temperature and stress-rupture life of K417G superalloy // Zhuzao/Foundry. 2015. Vol. 64. No. 3. P. 251 – 255.

18. Yang Y.H., Yu J.J., Sun X.F. etc. Effect of revert addition on microstructure and mechanical properties of M951 Ni-base superalloy// Materials Science and Engineering: A. 2012. Vol. 532. P. 6 – 12.

19. Tyagunov A.G., Baryshev E.E., V’yukhin V.V. etc. Increasing the quality of the EP902 alloy using its properties in the liquid and solid states // Russian Metallurgy (Metally). 2014. Vol. 12. P. 992 – 994.

20. Dong J., Qu W., Wang D. etc. Effect of temperature of melt superheat treatment on microstructure and mechanical properties of recycled Ni-base superalloy K417 // Rare Metal Materials and Engineering. 2010. Vol. 39. No. 8. P. 1480 – 1483.

21. Шинкин В.Н. Расчет кривизны стального листа при правке на восьмироликовой машине // Черные металлы. 2017. №. 2. С. 46 – 50.

22. Шинкин В.Н. Расчет изгибающих моментов стального листа и реакций опор рабочих роликов при правке на восьмироликовой машине // Черные металлы. 2017. №. 4. С. 49 – 53.

23. Шинкин В.Н. Расчет параметров листогибочных несимметричных трехвалковых вальцов при производстве стальных труб // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 4. С. 285 – 291.

24. Шинкин В.Н. Pазрушение стальных труб большого диаметра при дефекте раскатной пригар // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 6. С. 436 – 442.

25. Шинкин В.Н. Упрощенный метод расчета изгибающих моментов стального листа и реакций рабочих роликов в многороликовой правильной машине // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 10. С. 777 – 784.

26. Shinkin V.N. Calculation of technological parameters of O-forming press for manufacture of large-diameter steel pipes // CIS Iron and Steel Review. 2017. Vol. 13. P. 33 – 37.

27. Shinkin V.N. Mathematical model of technological parameters’ calculation of flanging press and the formation criterion of corrugation defect of steel sheet’s edge // CIS Iron and Steel Review. 2017. Vol. 13. P. 44 – 47.

28. Тягунов А.Г., Барышев Е.Е., Тягунов Г.В. и др. Систематизация политерм физических свойств металлических расплавов // Изв. вуз. Черная металлургия. 2017. Т. 60. № 4. С. 310 – 317.

29. Тягунов А.Г., Вьюхин В.В., Тягунов Г.В. и др. Влияние концентрации хрома на процесс структурообразования жидких хромоникелевых сплавов // Изв. вуз. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 8. С. 565 – 570.

30. Тягунов А.Г., Барышев Е.Е., Тягунов Г.В., Михайлов В.Б. Эффективная технология производства жаропрочных сплавов ЭП220 и ЭП929 с использованием высокотемпературной обработки расплава // Изв. вуз. Черная металлургия. 2013. Т. 56. № 9. С. 26 – 29.