Комплексний наномодифікатор нікелевих сплавів

Реферат: Комплексний наномодифікатор нікелевих сплавів містить нанопорошки титану і карбонітриду титану з розміром частинок 0,01 - 0,1 мкм, порошок алюмінію. Розмір частинок алюмінію становить 1,0 - 5,0 мкм. Додатково містить дроблений нікелевий сплав розміром 30 - 50 мкм та алюмінієву пудру. UA 82163 U (54) КОМПЛЕКСНИЙ НАНОМОДИФІКАТОР НІКЕЛЕВИХ СПЛАВІВ UA 82163 U UA 82163 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Корисна модель належить до лиття нікелевих сплавів і призначена для використання в галузі металургії при виготовленні виливків з нікелевих сплавів. Корисна модель дозволяє забезпечити отримання жароміцного нікелевого сплаву з дрібнозернистою структурою з високими показниками фізико-механічних властивостей. Відомі жароміцні нікелеві сплави [1], які тривалий час працюють при температурах, що перевищують 1000 °C, але мають недостатні показники міцності. Для вирішення даної проблеми розроблювались сплави з удосконаленим хімічним складом [2], що несуттєво збільшувало фізико-механічні показники. Найбільш близьким за технічною суттю і досягнутим результатом до запропонованого є "Модификатор для никелевых сплавов" [3], який містить наступні компоненти, % мас.: карбонітрид титану 2,5 титан 19-21 хром 1,4-1,6 молібден, ніобій, вольфрам, нікель 9-11 алюміній 32-38 марганець 0,9-1,1. Розмір часток ультрадисперсного порошку карбонітриду титану становить 0,01-0,05 мкм, розмір часток порошку титану складає 0,01-0,1 мкм, а розмір часток хрому, молібдену, вольфраму, ніобію та алюмінію становить 4-50 мкм; при цьому розмір часток нікелю і марганцю не перевищує 20-30 мкм. Це дозволяє отримати сплав з рівномірною структурою та стабільними високими показниками фізико-механічних властивостей. Недоліками даного модифікатора є вміст дорогих та рідких елементів (вольфрам, ніобій) гранулометричного складу від 4 до 50 мкм. Крім цього, при введенні порошків такого розміру неможливо досягти рівномірного розподілу елементів в об'ємі розплаву. До недоліків можна віднести ще й високий вміст такого легкоплавкого матеріалу, як алюміній (32-38 % мас), який знижує жароміцність сплаву. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення фізико-хімічного складу модифікатора, забезпечення дрібнозернистої рівновісної структури шляхом введення нанопорошків у розплав і забезпечення високих фізико-механічних властивостей. Поставлена задача вирішується за рахунок введення в розплав комплексного наномодифікатора нікелевих сплавів, який містить нанопорошки титану і карбонітриду титану з розміром частинок 0,01-0,1 мкм, порошок алюмінію, новим є те, що розмір частинок алюмінію становить 1,0-5,0 мкм, також наномодифікатор додатково містить дроблений нікелевий сплав розміром 30-50 мкм та алюмінієву пудру, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: карбонітрид титану 10-20 титан 30-40 алюміній 5-10 алюмінієва пудра 4-6 нікелевий сплав основа. Як карбонітрид титану може бути використаний порошок нанодисперсного карбонітриду титану з розміром частинок 10-100 нм (0,01-0,1 мкм) [4]. Як титановий компонент використовували нанопорошок титану розміром від 10 до 100 нм (0,01-0,1 мкм). Як алюміній може бути використаний порошок розміром 1,0-5,0 мкм [4]. Алюмінієву пудру додавали в склад модифікатора для покращення пресування, розмір її частинок складав 0,5-1,0 мкм. Нікелевий сплав у складі модифікатора знаходиться у вигляді дроблених частинок з розміром 30-50 мкм. Розмір частинок порошку нікелевого сплаву в комплексному модифікаторі, що заявляється, суттєвого значення не має, тому що він розчиняється в нікелевому розплаві. Як нікелевий сплав може бути використані наступні жароміцні сплави на основі нікелю: ЖС3ДК, ЖС3ЛС, ЖС6У, ЖС32 [5]. Під час проведення експерименту використовувався промисловий жароміцний нікелевий сплав ЖС3ДК. Комплексний наномодифікатор, який містить карбонітрид титану, титан, алюміній, алюмінієву пудру та нікелевий сплав, являє собою механічну суміш вищезгаданих компонентів, яку готують перемішуванням в герметичній тарі або перемішуванням у змішувальному барабані. Отриману механічну суміш застосовують у вигляді таблеток для модифікування нікелевих сплавів, які виготовлені на прес-автоматі ТА-3. Комплексний модифікатор у вигляді таблеток масою 10 г додають у процесі плавлення у рідкий розплав, наприклад в нікелеві сплави ЖС3ДК, ЖС3ЛС, ЖС6У, ЖС32. Таблетований комплексний наномодифікатор забезпечує технологічність введення в рідкий розплав та не потребує додаткового технологічного оснащення. 1 UA 82163 U 5 10 Отримані результати фізико-механічних випробувань та металографічних досліджень нікелевого сплаву ЖС3ДК наведені у таблиці. Характеристики міцності нікелевого сплаву ЖС3ДК визначали по ГОСТ 1497-84. Оптимальний склад комплексного наномодифікатора нікелевих сплавів наступний: 20 % TiCN, 40 % Ті, 5 % Аlпуд, 5 % Аl, 30 % ЖС3ДК. Введення в розплав наномодифікатора такого складу дозволяє забезпечити підвищення межі міцності сплаву ЖС3ДК на 7 %, а межі текучості - на 13 %. Ударна в'язкість сплаву збільшилась майже у 1,5 рази. Збільшення фізико-механічних показників обумовлено значним подрібненням зерна, а саме з 10-12 мм до 1,5-3 мм. Запропонований комплексний модифікатор нікелевих сплавів знаходиться в стані досліднотехнологічних робіт. Таблиця Результати досліджень нікелевого сплаву ЖС3ДК, обробленого модифікатором, що заявляється № 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 15 20 Склад модифікатора, мас. % TiCN Ті Аl АlПуд ЖС3ДК 5 20 15 5 55 5 30 10 5 50 5 40 5 5 45 10 20 15 5 50 10 25 10 5 50 10 30 5 5 50 10 35 15 5 35 10 40 10 5 35 10 45 5 5 35 15 20 15 5 45 15 30 10 5 40 15 40 5 5 35 20 20 15 5 40 20 30 10 5 35 20 40 5 5 30 25 20 15 5 35 25 30 10 5 30 25 40 5 5 25 В, МПа Т, МПа , % 1060,3 1067,2 1075,4 1082,7 1080,3 1109,7 1090,2 1112,5 1084,3 1097,6 1124,6 1136,4 1100,3 1126,7 1140,7 1064,3 1059,8 1070,2 728,4 731,6 738,2 756,5 740,6 782,7 760,4 784,2 754,1 768,3 815,4 821,5 775,3 816,8 825,1 730,0 729,2 734,3 16,8 17,6 18,1 19,1 18,5 19,6 19,3 19,7 18,6 19,5 19,8 20,1 19,7 20,0 21,3 17,4 16,5 17,0 KCU, 2 Дж/см 29,7 34,8 34,6 35,8 35,1 39,3 36,7 39,7 35,6 37,3 40,7 41,6 38,4 41,2 44,4 30,5 29,1 31,4 Розмір зерна, мм 12 10 9 8 9 4 7 4 8 6 3 2 5 3 1,5 11 12 10 Джерела інформації: 1. Каблов, Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей (сплавы, технология, покрытия) [Текст] / Е.Н. Каблов. - М.: "Минис", 2001.-632 с. 2. Патент України на корисну модель № 48242, С22С 19/05. Ливарний жароміцний нікелевий сплав. - Бюлетень № 5, 2010 p. 3. Патент РФ 2447175 С22С 35/00, С22С 19/03. Модификатор для никелевых сплавов.-2010 г. 4. ТУ У 24.6-24242050.001-2002. 5. ОСТ 1.90.127-85 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 25 Комплексний наномодифікатор нікелевих сплавів, який містить нанопорошки титану і карбонітриду титану з розміром частинок 0,01-0,1 мкм, порошок алюмінію, який відрізняється тим, що розмір частинок алюмінію становить 1,0-5,0 мкм, додатково містить дроблений нікелевий сплав розміром 30-50 мкм та алюмінієву пудру, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: карбонітрид титану 10-20 титан 30-40 алюміній 5-10 алюмінієва пудра 4-6 нікелевий сплав основа. 2 UA 82163 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3