Перспективні марки жароміцних сплавів на основі нікелю для електрошлакових методів металообробки

Жароміцні сплави на основі нікелю займають цілий кластер сучасних матеріалів, в яких переважає нікель і доповнені такими елементами, як хром, молібден, мідь, залізо, алюміній і титан. Маючи поєднання таких параметрів, як висока термостійкість, корозійна стійкість та унікальні механічні властивості, дозволяє їм стабільно і надійно працювати в жорстких умовах експлуатації, при яких деталі та вузли, які використовуються в критично важливих промислових областях, виготовлені з багатьох інших сплавів, відмовляють і виходять з ладу.

Ідеальні експлуатаційні характеристики жароміцних сплавів на основі нікелю в жорстких умовах високих температур забезпечують їхнє широке застосування, охоплюють безліч ключових аспектів, що гарантують надійну роботу готових виробів з їх застосуванням. 

Вони мають такі параметри, як:

1. Виняткова міцність при високих температурах. При температурах від 650°C до 1000°C, а в деяких випадках і перевищують 1500°C, нікелеві сплави зберігають високу міцність на розтягування та високу межу плинності, ефективно витримуючи високотемпературні навантаження.
2. Термічна стабільність та ефективний опір повзучості. Повзучість, повільна деформація матеріалів під впливом тривалих високих температур та напружень ефективно пригнічується нікелевими сплавами. Ці сплави зберігають структурну цілісність та стабільність характеристик після тривалої роботи в діапазоні високих температур та навантажень, що є критично важливим для виробництва таких компонентів, як лопатки турбінних двигунів.
3. Стійкість до окислення та корозії. Щільна оксидна плівка, що утворюється на їх поверхні, ефективно запобігає подальшому окисленню при високих температурах, забезпечує стійкість до корозії, утворення та розповсюдження тріщин при впливі різних кислот і лугів, окисних середовищ, хлоридів і сульфідів, як у високотемпературних, так і в агресивних середовищах.
4. Висока втомну міцність і тріщиностійкість як при високих, так і при низьких температурах. При циклічних та постійних навантаженнях вони забезпечують тривалий термін служби, а їхня висока тріщиностійкість гарантує безпечну експлуатацію в екстремальних умовах, знижуючи ризик раптової відмови.

Виготовлення та застосування нових марок жароміцних сплавів на основі нікелю для електрошлакового лиття (ЕШЛ) орієнтоване на покращення цілого ряду механічних характеристик литва та підвищення його корозійної стійкості. Причому, під час виконання виробничого процесу, для покращення механічних властивостей при високих температурах, особлива увага приділяється контролю таких домішок, як фосфор і сірка.

Електрошлакове лиття (ЕШЛ) та переплав (ЕШП) дозволяють отримувати жаростійкі та суперсплави високої чистоти шляхом розплавлення металу у шлаковій ванні та спрямованій кристалізації. Ці процеси покращують властивості жароміцних сплавів, видаляючи сторонні включення, зменшуючи вміст газів та підвищуючи структурну однорідність, що робить його ідеальним для відповідальних застосувань у таких галузях, як аерокосмічна та енергетична. Вони дозволяють виробляти високоякісні зливки жароміцних сплавів, порожнисті та фасонні виливки з чудовою дрібнозернистою та щільною структурою після затвердіння.

Основні особливості електрошлакової металообробки жароміцних сплавів на основі нікелю:

• Рафінування: У процесі переплаву металу, що проходить краплями через ванну електропровідного шлаку, відбувається його очищення від неметалічних домішок та включень, таких як кисень, фосфор та сірка до вмісту менше ніж 0,01%.
• Контрольована структура: Спрямована кристалізація у водоохолоджуваному кристалізаторі забезпечує отримання дрібнозернистої, щільної структури, зменшуючи сегрегацію, та усуваючи усадкові дефекти.
• Захист від атмосферного впливу: Шлакова ванна практично повністю унеможливлює контакт розплавленого сплаву з навколишнім повітряним середовищем, забезпечуючи необхідні параметри металу без застосування вакуумного обладнання.
• Використання відходів: ЕШЛ успішно застосовується для переробки відходів жароміцних нікелевих сплавів, що значно підвищує ефективність їх виробництва.
• Відцентрове ЕШЛ: Ефективно використовується для покращення заповнюваності форм, що мають циліндричну геометрію, дозволяючи отримувати деталі складної конфігурації з більш тонкими стінками та підвищеними фізико-механічними властивостями.

Перспективні жаростійкі нікелеві сплави, що використовуються для ЕШЛ включають, як правило, високоефективні та стійкі до окислення марки, такі як Inconel 600, 601, 625, 690, 718 та Alloy X. Ці сплави рекомендуються до застосування в аерокосмічній галузі та виробництві компонентів для газових турбін. Для досягнення максимальної однорідності, чистоти та мінімізації усадки вони часто піддаються електрошлаковій переплавці.

Такі жаростійкі нікелеві сплави та марки, як Inconel 600 / 601 / 690 / 693 / Alloy X використовуються для виробництва виливків, що забезпечують надійність виробів у високотемпературних та агресивних середовищах при тривалих циклах роботи.

Сплави Inconel 718, 625 використовується для підвищення міцності литва, при цьому завдяки міцності, що забезпечується карбідним і дисперсійним зміцненням, застосування сплаву 718 нерідко буває кращим.

Спеціально відлиті високотемпературні нікелеві сплави, такі як ЖС3ДК-VI, ЖС26-VI та ЖС32-VI, використовуються для виготовлення лопаток газових турбін та піддаються високотемпературній обробці розплаву.

Сплави Ni-Cr-Fe. Аустенітні марки, призначені для несення постійних високотемпературних навантажень в електронагрівальних приладах та електроніці.

Розробка та впровадження інноваційних технологічних процесів електрошлакової металообробки при виготовленні виливків та перспективних жароміцних сплавів на основі нікелю є одним з пріоритетних напрямів науково-виробничої діяльності Дослідного заводу спецелектрометалургії. Підприємство не тільки виконує замовлення з розробки, виготовлення та впровадження унікальних компонентів обладнання та спеціального оснащення, що забезпечують ефективне застосування технологічних процесів ЕШЛ та ЕШП для виготовлення лиття з перспективних жароміцних сплавів на основі нікелю, а й виготовляє виливки з жароміцних сплавів за технічним завданням Замовника, використовуючи електрошлакові технологічні процеси металообробки.