16. Особенности технологии получения никелевых сплавов

Никелевые сплавы Классификация никелевых сплавов. Ni сплавы делятся на 5 групп I.) Ni бронзы системы Ni-Cu, Ni-Cu-Si. Ni-Cu-Sn . сплавы этой группы обладают высокой коррозионной стойкостью в морской воде, в кислотах хорошими антифрикционными свойствами, стойкие под действием пара, используются в неортихимической пищевой промышленности. 2.) Нихром (Cu-Gr) система Ni-Gr, Ni-Gr и другие легирующие элементы. Сплавы этой группы обладают высокой жаропрочностью,. Используют для изготовления нагревательных элементов и изделий печной арматуры. 3.) Ni-Mo сплавы этой группы работают в среде жидкого хлора Ии неорганических кислотах. Имеют высокую жаростойкость. 4.) Системы Ni-Si. Ni-Ti, Ni-Be. Обладают высокой коррозионной стойкостью и жаростойкостью Используют для изготовления пресс-форм при литье под давлением. 5 ) Сложнолегированные сплавы. Содержат 4 и более компонента Используют для изготовления деталей реактивных двигателей. Получение никелевых сплавов. Шихтовые материалы: катодный Ni, катодный Сu, отходы собственного производства, лигатура, флюс. Ni сплавы готовят в индукционных или электродуговых печах. При высоких требованиях к сплаву, плавку и разливку производят в вакууме. В печь загружают возврат катодные Си и Ni, засыпают флюсом и расплавляют. Доводят до 1400, вводят недостающее количество легирующих элементов повышают до 1500, раскисляют расплав Mg,C,Si. Над поверхностью расплава наводят окислительный шлак, для удаления водорода. Берут пробу HI содержание С в расплаве, снимают окислительный шлак, производят окончательное раскисление Mg и разливают по формам. Для защиты поверхности расплава от окисления применяют флюс, либо плавиковый шпат, либо бой битого бутылочного стекла . количество флюса 2-10% от металлозавалки Окислительный шлак MnO2, CuO. Na2CO3 и SiO2 количество от . до 2% от металлозавалки. Модифицируют расплав бромом, в количестве 0,01 -0,03% Модифицируют перед разливкой.

17.Особенности технологии получения титановых сплавов

При нагреве на воздухе титан активно взаимодействует со всеми газами. При взаимодействии с кислородом на поверхности титана образуется наружный плотный слой оксида ТiO2. Диффузия кислорода в глубь титана прослойки к образованию под слоем ТЮ2 рыхлой прослойки из ТЮ2 и TiО и слоя титана с повышенным содержанием кислорода, который называют газонасыщенным или альфированным. При кристаллизации в системе Т-О образуется ряд химических соединений: ТЮ, TijOj, ТЮ2, Ti6O, Ti3O. С ростом содержания кислорода прочность и твердость титана возрастают, а ударная вязкость, относительное удлинение — резко падают. В связи с этим содержание кислорода в титановых сплавах не должно превышать 0,15...0,2 %. В пределах до 0,2 % каждая сотая доля процента кислорода повышает предел прочности на 12,0 МПа, твердость — на 40 МПа и снижает относительное удлинение и относительное сужение на 1...2 %. Азот также является элементом, стабилизирующим а-фазу. Азот более резко, чем кислород, изменяет механические свойства титановых сплавов. Поэтому содержание азота не должно превышать 0,04...0.05 %. Каждая сотая доля процента азота повышает предел прочности титана на 20 МПа и твердость на 60 МПа. При содержании 0,2 V* азота титан становится хрупким. Давление пара жидкого титана значительно выше упругости диссоциации соединений титана с кислородом и азотом. Поэтому кислород и азот не удаляются из металла в процессе плавки. Водород активно взаимодействует с титаном и поглощается им в больших количествах (рис. 109). Растворимость водорода в титане с ростом температуры снижается, и в процессе плавки большая часть водорода удаляется из металла. Водород — вредная примесь. Он стабилизирует а-фазу и вызывает охрупчиаание сплава. По этой причине содержание водорода не должно превышать 0,010..0.015 %. Наряду с газами титан взаимодействует со всеми огнеупорными материалами. Высокая химическая активность обусловливает необходимость плавки титана и его сплавов в вакууме пли атмосфере инертных газов. В практике отечественных заводов преимущественно используют вакуумную плавку. Отливки из титановых сплавов получают в установках, в которых совмещены процессы плавки с заливкой литейных форм и формированием отливок. Наибольшее распространение получили вакуумные установки, плавка металла в которых осуществляется в дуговых печах с расходуемым электродом в графитовых гарнисажных тиглях (рис. 110). Для изготовления тиглей используют плотные сорта электродного графита. Для предотвращения растворения углерода в титане на внутреннюю поверхность тиглей намораживают слой металла I (гарнисажа), оптимальная толщина которого (50...60 мм а донной части и 12... 16 мм по стенкам) Помимо графитовых тиглей используют медные гарнисажные тигли. Применение таких тиглей позволяет увеличить количество вовлекаемых в плавку отходов титановых сплавов, ИСКЛЮЧИТЬ загрязнение металла Углеродом и повысить температуру сливаемого металла, что важно при изготовлении тонкостенных крупногабаритных отливок. Сущность гарнисажного способа плавка заключается в следующем. Жидкий металл 2 наплавляется в гарнисажном плавильном тигле 3 за счет нагрева и расплавления торцевой части расходуемого электрода 4 и стекания капель жидкого металла в тигель. Нагрев и расплавление осуществляются электрической дугой, горящей между расходуемым электродом и ванной жидкого металла. Расходуемый электрод в большинстве случаев получают путем переплавки прессованного из титановой губки и легирующих элементов электрода. По химическому составу металл расходуемого электрода 4 соответствует той марке сплава, из которого изготавливается отливка (технология изготовления расходуемых электродов подробно описана в гл. 18). Перед началом каждой плавки на дно гарнисажного графитового (или медного) тигля укладывают до 30 % от массы плавки крупнокусковых отходов собственного производства (прибыли, брак отливок), прошедших механическую и химическую очистку. Механическую очистку производят а галтовочных барабанах, на дробеструйных и дробеметных установках. Механическая очистка в течение 2...8 ч позволяет очистить поверхность металла на глубину до 0.1 мм. После механической очистки разрыхляют окисленные поверхностные слои отходов в растворах следующих составов, г/л: 600...650 NaOH, 200..250 NaNO3 и SO..60 NaNO или 500..700 NaOH и 150 250 NaNO, Температура раствора 130... 115 "С. время обработки O.5..2 ч. Затем отходы промывают в теплой п холодной воле и подвергают травлению в кислотном растворе состава, мл/л 60..70 H2SO4 (плотность 1,84 г/смЗ) и 60. .140 HF (плотность 1,13 г/смЗ). Температура 20 °С. Скорость травления составляет 0,2...0,5 мм/ч. Очищенные отходы промывают в холодной воде и сушат при 110... 150 "С. После загрузки отходов печь герметизируют и приваривают электрод к огарку Между расходуемым электродом и кусками шихты зажигают электрическую дугу. Расходуемый электрод и кусковые отходы плавятся и жидкий металл накапливается в гарнисажном тигле Плавку металла ведут до тех пор, пока не будет наплавлено необходимое количество жидкого металла. В процессе плавки толщина гарнисажа I не должна существенно изменяться. В случае ее уменьшения жидкий металл может вступить в непосредственный контакте материалом тигля, что приведет к значительному насыщению металла примесями. Непосредственный и длительный контакт жидкого металла со стенками тигля (плавка без гарнисажа) недопустим, так как это может вызвать из-за растворения углерода аварийную взрывоопасную обстановку. Увеличение же толщины гарнисажа приведет к снижению массы сливаемого металла и понижению его температурь Поддержание оптимальной толщины гарнисажа обеспечивается соответствующим выбором и регулированием мощности электрической душ и интенсивностью отвода тепла от тигля с помощью системы водяного охлаждения После наплавления необходимой массы жидкого металла его разливают по литейным формам Выбор оптимальной величины разрежения (вакуума) в химере плавильно-заливочной установки определяется, главным образен, химической активностью жидкого титана по отношению к элементам, входящим в состав газовой атмосферы. Термодинамические расчеты и практический опыт показали, что давление в камере плавильно-заливочной установки в период плавки и разливки следует поддерживать на уровне, не превышающем 0,13... 1,33 Па. В этом случае не происходит увеличения содержания в сплаве элементов, входящих в состав воздуха (азот, кислород, водород). Для создания вакуума все плавильно-заливочные установки оборудованы вакуумной системой, включающей комплексе вакуумных насосов, вакуум-проводы, вакуумные датчики, задвижки, вентили и т. д. Благодаря вакуумной системе в камере установки поддерживается требуемое разрежение и производите: откачка газов из камеры с необходимой скоростью. Режим плавки обычно выбирают с учетом технических параметров плавильных установок: максимальная сила тока 14 -35 кА напряжение30..60 В. скорость наплавления сплава0.7 1.34 кг/ (кВт-ч), длина дуги 50...60 мм. На ряде установок осуществляете: перемешивание сплава с помощью соленоида. Потери титана в процессе плавки составляют О, 1 ...0,2 %, алюминия — до 2,0 %. марганца —до 10... 15 %. В процессе плавки остаточное содержание водорода снижается до 0,002...0,003 %.