Влияние возврата собственного производства на структуру и свойства жаропрочного никелевого сплава ЖС6У. Часть 2. Анализ структуры и механических свойств сплава ЖС6У, полученного с применением возврата собственного производства

Во второй части статьи рассматривается влияние количества возврата собственного производства на структуру и механические свойства сплава ЖС6У-ВИ. Поскольку использование возврата сопряжено с возможностью загрязнения сплава неметаллическими включениями и угаром легирующих компонентов, влияние его на структуру и механические свойства должно быть существенным. Изучены выплавленные в вакуумной дуговой печи цилиндрические образцы диаметром 12 мм, отлитые в медную изложницу, из чистого исходного сплава ЖС6У-ВИ без использования возврата, а также с использованием 50 и 100 % в шихте специально подготовленного возврата. Исследование структуры осуществляли с использованием оптической микроскопии на шлифах, приготовленных из поперечных сечений образцов после травления. Исследования проводили на образцах, отожженных при 1210 °С в течение 4 ч. Сплав, полученный целиком из возврата, содержит несколько большее количество неметаллических включений в структуре по сравнению с отлитым из первичного сплава. Для образца, выплавленного из 100 % возврата, уровень опасности включений равен 3 (ASTM E 45-97) при их среднем размере 28,4±0,2 мкм. При этом отмечается наличие единичных крупных включений размером не более 70 мкм. Однако это не влияет на полученные механические свойства сплава. Механические свойства после термической обработки (σв = 1090 – 1100 МПа и δ = 9 – 11 %), полученные на образцах, выплавленных с применением возврата 50 и 100 % от массы шихты, полностью удовлетворяют требованиям ТУ1-92-177-91, предъявляемым к сплаву ЖС6У-ВИ. В процессе затвердевания большая часть крупных включений сосредотачивается в поверхностных зонах отливок, что затрудняет их механическую обработку, вследствие чего использование в шихте 100 % возврата без его предварительной переработки не рекомендуется. Приемлемые результаты были достигнуты при применении 50 % очищенного возврата собственного производства.

1. Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей: сплавы, технология, покрытия. – 2-е изд. – М.: Наука, 2006. – 632 с.

2. Кишкин С.Т., Строганов Г.Б., Логунов А.В. Литейные жаропрочные сплавы на никелевой основе. Разработка и исследования. – М.: Машиностроение, 1987. – 116 с.

3. Зеленюк А.Н., Наумик В.В., Елькин А.В. Использование технологического возврата при производстве отливок из жаропрочного никелевого сплава ВЖЛ12Э-ВИ // Вісник Донбаської державної машинобудівної академії. 2011. № 1 (22). С. 198 – 202.

4. Сидоров B.B., Ригин В.Е., Каблов Д.Е. Организация производства литых прутковых заготовок из современных литейных высокожаропрочных никелевых сплавов // Литейное производство. 2011. № 10. С. 2 – 6.

5. Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Ломберг Б. С. Стратегические направления развития конструкционных материалов и технологий их переработки для авиационнных двигателей настоящего и будущего // Автоматическая сварка. 2013. № 10–11. С. 23 – 32

6. Binczyk F., Śleziona J., Mikuszewski T. Effect of repeated remelting on the chemical composition and structure of nickel alloys // Archives of foundry engineering. 2010. Vol. 10. Nо. 1. P. 189 – 194.

7. DeBarbadillo J.J. Nickel–base superalloys; physical metallurgy of recycling // Metallurgical Transactions A. 1983. Vol. 14. Issue. 2. P. 329 – 341.

8. Richards N.L., Chaturvedi M.C. Effect of minor elements on weldability of nickel base superalloys // International Materials Reviews. 2000. Vol. 45. Issue 3. P. 109 – 129.

9. Morscheiser J., Thönnessen L., Gehrmann B., Friedrich B. The influence of the slag composition on the desulfurization of Ni–based superalloys // Proceedings of the 2011 Int. Symposium on Liquid Metal Processing and Casting: Nancy, France. September 25 – 28. 2011. LMPC 2011. P. 89 – 96.

10. Клочихин В.В., Жеманюк П.Д., Наумик В.В., Цивирко Э.И. Влияние условий кристаллизации на качество жаропрочных сплавов, выплавленных с использованием литейного возврата // Литейное производство. 2015. № 6. С. 2 – 5.

11. Зеленюк А.Н., Елькин А.В., Наумик В.В. Исследование качества мерных слитков, полученных из 100 % технологического возврата, рафинированного методом температурно-временной обработки // Новіматеріали і технології в металургії та машинобудуванні. 2012. № 1. С. 45 – 48.

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

13. Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Сидоров В.В. и др. Особенности технологии выплавки и разливки современных литейных высокожаропрочных никелевых сплавов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2011. № SP2. С. 68 – 78.

14. Zhang Z.W., Niu Y.J., Tian J.J. etc. The effect of remelting on the microstructure and mechanical properties of a nickel superalloy // Materials Science Forum. 2016. Vol. 849. P. 492 – 496.

15. Cheng J.–Q., Hu X.–J., Gu Y. Development and application of molds for producing large superalloy vacuum electrodes // Foundry. 2016. Vol. 65. No. 9. P. 917 – 919.

16. Колтыгин А.В., Баженов В.Е., Базлов А.И. и др. Влияние возврата собственного производства на структуру и свойства жаропрочного никелевого сплава ЖС6У. Часть 1. Анализ структуры и фазового состава сплава ЖС6У, полученного с применением возврата собственного производства // Изв. вуз. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 5. С. 360 – 365.

17. Коваленко В.С. Металлографические реактивы: Справ. изд. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1981. – 120 с.

18. Беккерт М., Клемм Х. Способы металлографического травления: Справ. изд. / Пер. с нем. –2-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1988. – 398 с.

19. Manjili M.H., Halali M. Removal of non–metallic inclusions from nickel base superalloys by electromagnetic levitation melting in a slag // Metallurgical and Materials Transactions B. 2018. Vol. 49. Issue 1. P. 61–68.

20. Zhang T., Jiang J., Shollock B.A. etc. Slip localization and fatigue crack nucleation near a non–metallic inclusion in polycrystalline nickel–based superalloy // Materials Science and Engineering: A. 2015. Vol. 641. August. P. 328 – 339.

21. Барышев Е.Е., Костина Т.К., Тягунов А.Г. и др. Влияние обработки расплава на структуру жаропрочного сплава ЖС6У в жидком состоянии и процессе его кристаллизации // Высокотемпературные расплавы. 1997. № 1. С. 26 – 31.