Поведение магния и редкоземельных элементов при вакуумной индукционной плавке никелевых сплавов
Диссертация
Экспериментально определены константы скорости испарения магния из никеля при выдержке расплава в 25-кг тигле вакуумной индукционной печи, в вакууме и в атмосфере аргона (Рдг = 13,3 кПа) при температуре 1773 ± 15 К. Значения констант составили 1,4 10″ м/с в вакууме и 0,87'10″ 4 м/с в аргоне. Построены поверхности растворимости компонентов в металле (ПРКМ) для системы Ni-Al-La-Mg-О и определены… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
- 1. 1. Влияние щелочноземельных и редкоземельных элементов на технологическую пластичность жаропрочных сплавов на никелевой основе
- 1. 2. Испарение магния из никелевых сплавов в вакуумных печах
- 1. 2. 1. Технология ввода магния в металл
- 1. 2. 2. Исследования механизма удаления магния в вакууме и атмосфере инертного газа
- 1. 3. Поведение РЗЭ в условиях ВИП
- 1. 4. Выводы о состоянии вопроса и задачи настоящей работы.^q
- ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
- 2. 1. Оборудование и материалы
- 2. 2. Выдержка расплава в тигле и отбор проб
- 2. 3. Исследование влияния некоторых легирующих элементов на константу скорости испарения магния
- 2. 4. Исследование влияния магния на взаимодействие РЗЭ с магнезитовой футеровкой тигля в расплавах на основе никеля
- 2. 5. Исследование особенностей окисления РЗЭ футеровой, шлаком и гарнисажем при ВИП никелевого сплава ХМ62БМКТЮ в 6 — т периклазохромитовом тигле
- 2. 5. 1. Проведение плавок с длительной выдержкой
- 2. 5. 2. Исследование влияния предшествующих плавок на полноту усвоения РЗЭ
- 2. 5. 3. Исследование футеровки тигля после окончания кампании
- 2. 6. Химический анализ
- ГЛАВА 3. ИСПАРЕНИЕ МАГНИЯ ИЗ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ ПРИ ВИП
- 3. 1. Влияние хрома, алюминия, молибдена и железа на константу скорости испарения магния
- 3. 2. Определение лимитирующей стадии испарения магния из никеля
- 3. 3. Влияние интенсивности перемешивания на константу скорости испарения магния
- 3. 4. Обсуждение результатов
- ГЛАВА 4. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ РЗЭ С ТИГЛЕМ В УСЛОВИЯХ ВАКУУМНОЙ ИНДУКЦИОННОЙ ПЛАВКИ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ
- 4. 1. Окисление РЗЭ при выдержке никеля и сплава Ni-Al (2 мае. %) в магнезитовом тигле
- 4. 2. Определение термодинамически наиболее устойчивых оксидных фаз в условиях ВИП сплава ХН62БМКТЮ
- 4. 2. 1. Вид кривой раскисления
- 4. 2. 2. Раскисление никеля алюминием
- 4. 2. 3. Раскисление никеля магнием
- 4. 2. 4. Раскисление никеля лантаном
- 4. 2. 5. Комплексное раскисление
- 4. 2. 6. Проверка адекватности расчета коэффициента активности кислорода по предлагаемому методу
- 4. 2. 7. Определение термодинамически наиболее устойчивых оксидных фаз при ВИП сплава ХН62БМКТЮ
- 4. 3. Взаимодействие РЗЭ с футеровкой, шлаком и гарнисажем при
- ВИП сплава ХН62БМКТЮ в 6 — т периклазохромитовом тигле
- 4. 4. Влияние предшествующих плавок на полноту усвоения РЗЭ
- 4. 5. Обсуждение результатов
- ГЛАВА 5. АСУТП ВИП
- 5. 1. Назначение и цель
- АСУТП ВИП
- 5. 2. Зависимость скорости изменения температуры расплава от мощности
- 5. 3. Уточнение коэффициентов регрессии
- 5. 4. Адаптация модели
- 5. 5. Коррекция расчетной температуры при присадке в расплав легирую щих
- 5. 6. Краткое описание технических средств системы
- 5. 7. Описание общей структуры программного обеспечения
- АСУТП
- ГЛАВА 6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ В ВАКУУМНЫХ ИНДУКЦИОННЫХ ПЕЧАХ
- ВЫВОДЫ
Список литературы
- хрупчивание конструкционных сталей и сплавов / Под ред. К. Л. Брайента и С. К. Бенерджи. М.: Металлургия, 1988. — 552 с.
- Mectham G. Trace elements in superalloys // Metals Technology. 1984. — V. ll, part 10,-pp. 414−418.
- ВготЬеу A.V., Parker R.H. Sources of trace elements in primary raw materials used in production of superalloys // Metal Technology. 1984.-V.1 l. part 10. — pp. 419−427.
- Durber G.L.R., Boneham M. Trace element control m vacuum induction and consumable electrode melted nickel superalloys // Metals Technology. 1984.-V.ll, part 10. — pp. 428 -437.
- Ellebrecht C. Metallurgical and plant design aspect of vacuum distillation process // Proc.7-th ICVM, 1982, Tokyo. Japan. pp. 941 — 948.
- Harris R., Davenport W.G. Pilot plant scale vacuum distillation of liquid steel to remove copper // Canadian Metallurgical Quarterly, Pergamon Press Ltd.- 1979. — V. — 18. — pp. 303 — 311.
- Исследованите кинетики испарения элементов с высокой упругостью пара в вакуумной индукционной печи / В. К. Волков, А. В. Круглов, В С. Дуб и др. // Физико-химические основы процессов выплавки сталей и сплавов.: М. Металлургия. 1985. -с. 36−38.
- Черняк Г. С., Рутес О. В., Масленков С. Б. Влияние магния и кальция на структуру и свойства жаропрочных сплавов // Специальные стали и сплавы: Темат. отрасл. сб,-М.:Металлургия. 1972, — № 1.-е. 89 — 97.
- Рутес О.В., Черняк Г. С., Масленков С. Б. Влияние магния, кальция и бария на структуру и свойства никелевых жаропрочных сплавов, упрочненных фазой №зА1 // Специальные стали и сплавы: Темат. отрасл. сб. М.: Металлургия. — 1974, — № 2. — с. 41 -47.
- Черняк Г. С. Хаталах Р.Ф., Дьяконова В. А. Влияние переплава в вакуумной дуговой печи на структуру и свойства сплава ЭП 199 // Специальные стали и сплавы: Темат. отрасл. сб.- М.:Металлургия, — 1974.-№ 3, — с.80−87.
- П.Свешникова Г. А., Беликова Э. И. Влияние РЗМ на свойства жаропрочного сплава ЭП 437Б // Специальные стали и сплавы: Темат. отрасл. сб.- М.: Металлургия .- 1974,-№ 3, — с.61−69.
- McLean М., Strang A. Effects of trace elements on mechanical properties of superalloys // Metals Technology. 1984.-V.il, part 10, — pp.454−464.
- Turner F. Effect of elements on forgeability of superalloys/ Metals Technology. 1984.-V.ll, part 10.-pp.446−452.
- The effect of cerium on high temperature tensile and. creep behavior of a superalloy / F. Cosandey, D. Li, F. Sczerzenie and. other// Metallurgical Transactions.-1983.-7.14A.-No 4.-pp.611−621.
- Гребцова T.M., Федина А. А. Магний в жаропрочных сплавах на никелевой основе // Специальные стали и сплавы: Темат. отрасл. сб. М.: Металлургия. — 1975. — № 4. — с. 126 -131.
- П.Иодковский С. А., Куделькин В. П., Лобода А. С. Повышение пластичности труднодеформируемых сплавов на никелевой основе //Черная металлургия. Бюл. ин-та Черметинформация. 1962.-Вып. II. — с. 4 — 8.
- Bailey R.E., Shiring R.R., Anderson R.J. Superalloys metallurgy and. manufacture // Proc. 3-d. Int. Conf. Seven Springs. -1976, — pp. 109−118.
- Iamaguchi S., Kobayashi H., Matsumiya T. Effect of minor elements on hot workability of nickel-base superalloys // Metals Technology. 1979. — V.6.part 5, — pp. 170 -175.
- White C.L., Shneibel J.H., Padgett R.A. High Temperature Embnttlement of Ni and Ni-Cr alloys by trace elements // Metallurgical Transactions. 1983. — V. 14A- No 4. — pp. 595−610.
- Brichnell R.H., Mulford R.A., Woodford D A. The role of sulfur in the embrittlement of nickel and its alloys // Metallurgical Transactions.-1982.-V.lЗА- No7.-pp.1223−1232.
- Арчугов С.А. Растворимость магния, кальция, стронция и бария в жидких сплавахна основе железа и использование этих элементов при внепечной обработке стали: Автореф. дис. канд. техн. наук, — Челябинск. 1986,-18с.
- Способ модифицирования стали и сплавов А.с.272 336 СССР. МКИ С 2IC 7/00.
- Способ ввода в расплав низкокипящих присадок А.с.367 157 СССР. МКИ С 2IC 7/00.
- Брикет для модифицирования и легирования расплавов А.с.503 923 СССР. МКИ С21С 7/00.
- Введение активных элементов в жидкую сталь Заяв. 53−132 423 Япония. МКИ C2IC7/00.
- Способ ввода в плавку реагентов Пат 476 844 Швейцария, МКИ С 2IC 7/00.
- Способ обработки стали магнием А.С.768 824СССР. МКИ C2I 7/00
- Метод введения добавок, обладающих высокой упругостью пара в жидкую сталь. Заявка 57−133 664 Япония, МКИ С 2IC 7/00,С 22 В 9/10.
- Воронова Н.А. Десульфурация чугуна магнием. М.: Металлургия. -1980. — 239с.
- Способ введения легирующих элементов в расплав. Пат.3 224 051 США. МКИ 22 215.
- Кнюппель Г. Раскисление и вакуумная обработка стали. 41.: Металлургия, 1984. -416 с.
- Способ введения кальция в жидкую сталь. Заявка 56−39 364 Япония. МКИ3 С 21 С7/04. В 22 D 1/00.
- Производство колесной стали с применением редкоземельных металлов / М. И. Гасик. В. А. Манько, Ю. С. Пройдак и др. //Сталь. 1985. — № 1. — с. 28 — 30.
- Особенности технологии микролегирования стали кальцием в процессе сифонной разливки / Б. Ф. Ильяшенко, А. А. Казаков, JLА. Дубовик // Разливка стали в изложницы. -М.: Металлургия. 1984. — с.20 — 24.
- Вихлевщук В.А. Исследование рациональной технологии микролегирования стали РЗЭ при разливке в слитки // Разливка стали в изхложницы.-М. :Металлургия.-1984,-с.25−27.
- Сравнительное исследование вариантов точного модифицирования магнием жаропрочных сплавов, выплавляемых в открытых и вакуумных печах: Отчет о НИРзаключит.) / НИИМ, ЧМК- Руководители Ф. И. Швед, А. Б. Сергеев. №ГР 1 850 034 985. Челябинск. 1986. — 39с.
- Губин К.П. Физико-химические закономерности поведения магния при выплавке сложнолегированных сплавов: Автореф. дис. канд. техн. наук. М, — 1982. — 24 с.
- Амоненко В. М. Романченко К.Г., Тронь А. С. Взаимодействие жаропрочных сплавов с огнеупорными окислами при высоких температурах в вакууме // Сталь.-1960. -№ п. с. 1002- 1004.
- Кашин В. И, Самарин A.M. Вакуумная плавка жаропрочных сплавов на никелевой основе // Применение вакуума в металлургии: АН СССР. -1960. с. 5−14.
- Бурцев В.Т. Десорбция газа из жидкого металла в вакууме. 1987. — 232 с.
- Технололгические инструкции по производству сталей и сплавов в вакуумных индукционных печах ЭСПЦ-5.-Челябинск.-1988.
- Способ обработки никелевых сплавовмодификаторами А. с. 369 162 СССР. МКЙГ С22С 1/03. С 22С 19/00.
- Способ легирования металла магнием в вакуумной индукционной печи / Е. М. Ломков, С. Г. Циммерман, КЛ. Федоткин и др. // Материалы юбилейного совещания, посвященного 25-летию вакуумной металлургии в СССР: Темат. отрасл. сб. М. 1985. — 4.3. — с. 5−6.
- Kinetics of magnesium evaporation during VIM and. VAR of a nickel-base superalloy / J. Fu, H. Wang, D. Wang and over//Proc. 7-th ICVM.-Tokyo. Japan.-pp. 1266−1274.
- Испарение магния и иттрия из расплавов на основе никеля в вакууме / В. Т. Бурцев, В. В. Сидоров, A.M. Кулебякина// Металлы. Изв. АН СССР. 1988. — № 6. — с. 17 — 22.
- Harris R., Davenport W.G. Vacuum distillation of liquid metals: Part 1//Metallurgical Transactions.-1982. V.13B -.No 4.-pp.581−588.
- Куликов И.С. Раскисление металлов. М. Металлургия,-1975.-504 с.
- W. Fischer, D. Janke, К. Stahlschmidt/ Vergleich expenmenteller ergebmisse undtheoretischer ansatze zur verdampfund von begleitelementen aus stahlschmelzen// Archiv fur das Eisenhuttenwesen. 1974. B.45. No 8. pp. 509 515.
- Теория металлургических процессов / под ред. Д. И. Рыжонкова М.: Металлургия. -1989.-392 с.
- Куликов И.С. Термодинамика оксидов. М.: Металлургия. — 1986. — 342 с.
- Баканов В.К. Взаимодействие кальция и магния с расплавами на основе никеля и оптимизация процессов их раскисления и модифицирования: Дис. .канд. техн. наук,-М., 1986.-166 с.
- Кинетика испарения жидкого никеля / Балковой Ю. В., Алеев Р. А., Баканов В. К. и др.//Изв. вузов ЧМ. 1985. — № З.-с. 43−46.
- Рид Р., Праусниц Л., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. JI: Химия. 1982. -592 с.
- Михеев М.А. Основы теплопередачи. М., Л.: Государственное энергетическое издательство. 1956 — 392 с.
- Металлургическая теплотехника / Под ред. В. А. Кривандина. М.: Металлургия.-1986. -T.I. -423 с.
- Understanding the role of cerium during VIM refining of nickel-chromium and nickel-iron alloys / D. Li., F. Cosandey, G.E. Maurer and over // Metallurgical Transactions -1982.-V.13B.-No.4.-pp. 603−611.
- Улучшение качества жаропрочного сплава ЭП 742-ИД за счет совершенствования технологии выплавки и переплава в вакуумных печах: Отчет о НИР (промежут.) / НИИМ, ЧМК- Руководитель Ф. И. Швед. Челябинск. — 1988. — 24 с.
- Линчевский Б. В. Вакуумная индукционная плавка. М.: Металлургия. — 1975. -239 с.
- Szekely J., Kakanishi К. Stirring and effects on aluminum deoxidation in the ASEA-SKF furnace // Metallurgical Transactions. 19T5. — V.6B. — pp. 245−256.
- Cremer P., Driole J. Effects of the electromagnetic stirring on the removal of inclusions of oxide from liquid steel // Metallurgical Transactions, — 1982.-V.13B-No.l.-pp.45−52.
- Engh T.A., Lindskog N. A fluid mechanical model of inclusion removal // Scandinavian Journal of Metallurgy.-19T5.-7.4.-PP. 49−58.
- Логинов ВТ., Аладьин А. В., Григорян В. А. Современные проблемы электрометаллургии стали // Сб. научи, тр. / ЧПИ. Челябинск,-1978, — № 206, — с. 106 -111.
- Линчевский Б.В. Техника металлургического эксперимента. -М.: Металлургия. -1967. -344 с.
- Румшиский Л.З. Математическая обработка результатов эксперимента. М.: Наука, — 1971.-192 с.
- Винарский М.С., Лурье М. В. Планирование эксперимента в технологических исследованиях. Киев. Техшка, — 1975, — 168 с.
- Налимов В В. Чернова Н. А. Статистические методы планирования экспериментов.- М.: Наука. -1965.-272 с.
- Параметры взаимодействия ЩЗМ в расплавах на никелевой основе/ В. К. Баканов, Р. А. Алеев, Ю. В. Балковой и др.// Тез. докл. шестой всесоюз. конф. по современным проблемам электрометаллургии стали. Челябинск: 1987. — 178с.
- Хоблер Т. Массопередача и адсорбция. Л.Химия.-1964. — 479 с.
- Азот в металлах/ В. В. Аверин, А. В. Ревякин, В. И. Федорченко и др.- Металлургия.-1976. -224 с.
- Harris R., Davenport W.G. Vacuum distillation of liquid metals: Part 2. Photographic study//Metallurgical Transactions.-V.13B-No.4.- pp.589−591.
- Richardson F.D. Physical chemistry of melts in metallurgy. V.I.- L.-N.Y.: Acad. Press.-1974.- 595 c.
- Морачевский А.Г., Сладков И. Б. Термодинамические расчеты в металлургии. М.: Металлургия — 1985. — 136 с.
- Смитлз К.Дж. Металлы. Справочник. М.: Металлургия. — 1980. — 446 С.
- Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. -М.: Наука. 1972. -720 с.
- Tarapore E.D., Evans J.W. Fluid velocities in induction melting furnaces: Part 1. Theory and laboratory experiments // Metallurgical Transactions. 1976.-V.7B-No.3 — pp. 343−351.
- Taniguchi S., Kikuchi A. Flow of liquid metal in high frequency induction furnace // Тэцу то хоганэ. J. Iron and steel Inst. Japan.- 1984, 70. — No.8. — pp. 846−853.
- Система направленного перемешивания для тигельной индукционной вакуумной печи / Черметинформация. № 27 069/6.-1986.-21 с.: Пер. ст. Хатакэяма Т. из журн.: Коге канэцу. — 1986 — V.23.- No. 3. — pp.25 — 32.
- Физико-химические расчеты электросталеплавильных процессов / В. А. Григорян, А. Я. Стомахин, А. Г. Пономаренко и др. М.: Металлургия. — 1989. — 289 с.
- Алисова С.П., Будберг П. Б. Диаграммы состояния металлических систем. Выпуск XVI11 / Под ред. Н. В. Агеева -М.:ВИНИТИ, — 1972. 269 с.
- Туров В.В., Мокров И. А. Котельников Г. И. К расчету параметров взаимодействия компонентов в расплавах на основе никеля // Изв. вузов ЧМ.-1990. JI 3. — с. 6−8.
- Григорян В. А., Белянчиков JI.H., Стомахин А. Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. М.: Металлургия. — 1987. — 271 с.
- Сосков Д А., Швед Ф. И. Сергеев А.Б. Испарение магния при ВИП и ВДП жаропрочных сплавов // Материалы юбилейного совещания, посвященного 25-летию вакуумной металлургии в СССР: Темат. отрасл. сб.- М. 1985, — Ч. Ш, — с.1- 4.
- Кинне Г., Вишкарев А. Ф., Явойский В. И. Изв.вузов ЧМ, — 1962, — № 9, — с. 92.
- Михайлов Г. Г., Поволоцкий Д. Я. Термодинамика раскисления стали. М.: Металлургия. — 1993. — 144 с.
- Михайлов Г. Г. Термодинамические принципы оптимизации процессов раскисления стали и модифицирования неметаллических включений: Дис. докт. Техн. Наук.1. М., 1986.
- Пономаренко А.Г. Вопросы термодинамики фаз переменного состава, имеющих коллективную электронную систему // ЖФХ. 1974 т. XLVIII вып. 7 с. 1668 — 1674, вывп. 8 с. 1950 — 1953.
- Крестовников А.Н., Видгорович В. Н. Химическая термодинамика. М.: Металлургиздат. — 1962. — 280 с.
- E.Samuelsson, A. Mitchell The thermochemistry of magnesium in nickel-base alloys. Part II. Activity of magnesium//Metallurgical Transactions. 1992. — No 23B. — p. 805−814.
- Судавцова B.C., Кудин В. Г. Термодинамические свойства расплавов двойных систем Ni-Sc-(Y, La, Ti)// Металлы. 1999. — № 6, стр. 119−120.
- F. Ishii, S. Ban-Ya Thermodynamics of deoxidation equilibrium of aluminum in liquid nickel and nickel-iron alloys// ISIJ International. 1996. — V. 36. — No I. p. 25−31.
- F. Ishii, S. Ban-Ya/ Tetsu-to-Hagane. 1995. V. 81. No 1. — p. 22−27.
- В.Я. Дашевский, K.B. Григорович, П. В. Красовский и др. Термодинамика растворов кислорода в расплавах Ni-Cr// Доклады академии наук. 1998. — т. 359. -№ 2, с. 212−213.
- G.K. Sigworth, J.F. Elliot, G. Vaughn, G.H. Geiger/ The Metallurgical Society of CIM. 1977. Annual Volume. — p. 104−110.
- Пономаренко А.Г., Храпко С. А. Корректное использование параметров Вагнера121при описании металлических растворов в широкой области составов// Изв. ВУЗов Ч.М.- 1991 .-№ 12-с. 49−52.
- Менделев В.А., Уточкин Ю. И., Григорян В. А. К анализу кривой раскисления/ Изв. вузов, черн. мет. 1980 — № 7 — с. 40−44.
- George R. St: Pierre The Solubility of Oxides in Molten Alloys/ Metallurgical Transactions. 1977. — Vol. 8B. — p. 215−217.
- Курдюмов A.B., Пикунов M.B., Чурсин B.M. Литейное производство цветных и редких металлов. М.: Металлургия. — 1982. — с. 352.
- Jeong-Do Seo, Seon-Hyo Kim Thermodynamic assessment of Mg deoxidation reaction of liquid iron and equilibria of Mg.-[Al]-[0] and [Mg]-[S]-[0]/ Steel Research. 71 — 2000 — No 4 — p. 101−106.
- D. Janke and W.A. Fischer// Arch. Eisenhuttenwes. 1975. — No 46. — p.297.
- Разработка принципиальных основ микролегирования жаростойкого сплава ЭП630 для повышения его технологической пластичности: Отчет о НИР/ НИИМ- Руководитель Ф. И. Швед.-Челябинск. 1989.-28 с.
- Григорович К.В., Красовский П. В. Исследование термодинамических свойств расплавов Ni-Cr-O// Расплавы. 1999. — № 4. — с. 32−39.