CC BY
8Научная статья УДК 669-1
doi:10.37614/2949-1215.2022.13.1.025
ПОЛУЧЕНИЕ КОМПОЗИТНЫХ ЛИГАТУР МЕТОДАМИ ЦЕНТРОБЕЖНОЙ СВС-МЕТАЛЛУРГИИ
Дмитрий Александрович Мартынов1, Анастасия Николаевна Кубанова2, Владимир Николаевич Санин3, Денис Михайлович Икорников4
1 Центр исследований, дизайна и технологий, Тула, Россия, martynov@rdtcenter.com
23,4Институт структурной макрокинетики и проблем материаловедения имени А. Г. Мержанова
Российской академии наук, Черноголовка, Россия
2chupeychik@mail.ru
3svn@ism.ac.ru
4denis-ikornikov@yandex.ru
Аннотация
Рассматриваются основные принципы и подходы для получения сплавов с высоким содержанием хрома при применении методов центробежной СВС-металлургии. Описана технология проведения экспериментов и представлены полученные результаты на примере композиционного материала Mo-Cr, полученного методом центробежной СВС-металлургии. Ключевые слова:
самораспространяющийся высокотемпературный синтез, металлургия, лигатура, хром Original article
PRODUCTION OF COMPOSITE LIGATURES BY CENTRIFUGAL SHS METALLURGY
Dmitrii A. Martinov1, Anastasiya N. Kubanova2, Vladimir N. Sanin3, Denis M. Ikornikov4
1Center for Research, Design and Technology, Tula, Russia, martynov@rdtcenter.com
2 3 4Merzhanov Institute of Structural Macrokinetics and Materials Science of the Russian Academy of Sciences, Chernogolovka, Russia
2chupeychik@mail.ru
3svn@ism.ac.ru
4denis-ikornikov@yandex.ru
Abstract
The paper considers the basic principles and approaches for obtaining alloys with a high chromium content using the methods of centrifugal SHS metallurgy. The technology of conducting experiments is described and the results gained are presented by Mo-Cr composite material obtained by centrifugal SHS metallurgy. Keywords:
self-propagation high temperature synthesis, metallurgy, ligature, chromium
Композитные материалы получили широкое распространение в различных отраслях промышленности. Совокупность исключительных характеристик несовместимых, на первый взгляд, материалов позволяет решать сложные задачи при конструировании и производстве различных сплавов [1]. Применение композитных лигатур при производстве специальных сплавов позволяет достичь стабильного химического состава целевого материала и малых целевых концентраций элементов, а также осуществить ввод в сплав легко окисляющихся или летучих компонентов при высоких температурах за счет легкости введения композитной лигатуры. Данные свойства и основные функции композиционных лигатур обеспечивают широкий спрос на них в металлургической отрасли при производстве различных марок специальных сплавов и сталей.
Однако получение композиционных лигатур классическими металлургическими методами требует сложных, многостадийных технологических процессов, включающих порой вакуумно-дуговой или электронно-лучевой переплав сплава.
На основании вышеизложенного была сформирована поисковая задача по определению технологического процесса получения композитной лигатуры молибден — хром методами центробежной СВС-металлургии, целевой химический состав которой представлен в табл. 1.
© Мартынов Д. А., Кубанова А. Н., Санин В. Н., Икорников Д. М., 2022 144
Таблица 1
Целевой состав лигатуры Mo-Cr, мас. %
Mo Cr Примеси, не более
C Si S P Fe Al Cu Co О N
50-65 50-35 0,05 0,3 0,01 0,01 1,0 5,0 0,05 0,1 0,05 0,04
Композиционная лигатура Mo-Cr в количестве десятков тонн в год применяется на металлургических предприятиях при производстве специальных марок сталей и сплавов. Основным конкурентным технологическим преимуществом выбора метода самораспространяющегося высокотемпературного синтеза перед классическими металлургическими методами для производства данной лигатуры является энергонезависимость основной технологической стадии — стадии синтеза в режиме технологического горения исходных порошковых составов.
При анализе допустимых пределов по примесям в целевой лигатуре было принято решение в качестве элемента-восстановителя использовать алюминий. Для получения литой композиционной лигатуры Mo-Cr методами центробежной СВС-металлургии в соответствии с целевым сплавом согласно диаграмме состояния, изображенной на рис. 1, использовали исходную смесь, включающую оксид хрома (III), оксид молибдена (VI) и металлический алюминий.
ЧЫйМ Регсеп* МЫуЬЛепит
.....I.....I.....Y,......i.. .,..■■ 1____| L ... Д, .............I.,.........,.,i______,......... авгз*с
; -IS WC : m (Cr,Mo) *c
^—— : (Cr<
Atomic Percent Molybdenum
Рис. 1. Диаграмма состояния системы Mo-Cr целевого сплава
Подготовка смеси для эксперимента включала следующие основные технологические стадии: 1) сушка оксида молибдена (VI) и оксида хрома (III) в сушильном шкафу; 2) подготовка навесок исходных компонентов согласно расчету; 3) смешение исходных компонентов в смесителе; 4) подготовка графитовой формы для проведения горения; 5) засыпка в графитовую форму подготовленной смеси; 6) установка формы в корзину центрифуги; 7) проведение синтеза при перегрузке в 50 g и локального воспламенения смеси с помощью вольфрамовой нити; 8) охлаждение и извлечение продуктов горения.
При протекании реакции горения осуществлялось одновременное восстановление оксида молибдена (VI) и оксида хрома (III) под действием перегрузки в центрифуге. Фазоразделение прошло успешно, что подтверждается внешним видом полученного слитка, изображенного на рис. 2. В качестве продуктов горения были образованы слиток целевой композиционной лигатуры Mo-Cr и шлак.
Полученный плотный слиток лигатуры был проанализирован по утвержденной методике входного аттестационного контроля на металлургическом предприятии, являющемся потенциальным потребителем лигатуры Mo-Cr. Результат данного анализа химического состава представлен в табл. 2. Слиток полностью отвечает требованиям по всем примесям, что доказывает применимость метода центробежной СВС-металлургии для получения лигатуры Мо-&.
Анализ химического состава позволяет сделать заключение о перспективности метода центробежной СВС-металлургии для получения литых композиционных лигатур молибден — хром с минимальным содержанием примесей при использовании алюминия в качестве восстановителя. Получение литой лигатуры молибден — хром в режиме фронтального горения может существенно расширить базу для создания энерго-и ресурсосберегающей технологии получения в том числе и сплавов с высокой концентрацией Cr путем введения дополнительных оксидных соединений в состав исходной смеси [2].
■
Рис. 2. Полученный слиток с целевой лигатурой Mo-Cr и шлаком на поверхности
Таблица 2
Химический состав полученной лигатуры Mo-Cr методом СВС-металлургии согласно аттестационному контролю потенциального заказчика, мас. %
Mo Cr C Si S P Fe Al Cu Co O N
57,2 39,6 0,014 0,15 0,001 0,007 0,57 2,13 0,0013 0,06 0,026 0,028
Список источников
1. Кубанова А. Н., Икорников Д. М., Санин В. Н., Мартынов Д. А. Производство композитных материалов методами центробежной СВС-металлургии // Материалы XIII Международной научно-инновационной молодежной конференции. Тамбов, 2021. С. 109-111.
2. Кубанова А. Н., Икорников Д. М. Получение высокочистого хрома методами СВС-металлургии // Материалы МНК студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов — 2021», секция «Химия». М.: Перо, 2021. С. 461.
References
1. Kubanova A. N., Ikornikov D. M., Sanin V. N., Martynov D. A. Proizvodstvo kompozitnyh materialov metodami centrobezhnoj SVS-metallurgii [Production of composite materials by methods of centrifugal SHS-metallurgy] Materialy XIII Mezhdunarodnoj nauchno-innovacionnoj molodezhnoj konferencii [Proceedings of the XIII International Scientific and Innovative Youth Conference]. Tambov, 2021, pp. 109-111. (In Russ.).
2. Kubanova A. N., Ikornikov D. M. Poluchenie vysokochistogo hroma metodami SVS-metallurgii [High-purity chromium obtaining by SHS-metallurgy methods].MaterialyMNKstudentov, aspirantov i molodyh uchenyh "Lomonosov — 2021", sekciya "Khimiya" [Proceedings of ISC students, graduate students and young scientists "Lomonosov — 2021", Chemistry section]. Moscow, Izdatelstvo "Pero", 2021, pp. 461. (In Russ.).
Информация об авторах
Д. А. Мартынов — генеральный директор;
A. Н. Кубанова — аспирант;
B. Н. Санин — доктор технических наук, заместитель директора по научной работе; Д. М. Икорников — научный сотрудник.
Information about the authors
D. A. Martinov — CEO;
A. N. Kubanova — Graduate Student;
V. N. Sanin — Dr. Sc. (Engineering), Deputy Director for Research; D. M. Ikornikov — Researcher.
Статья поступила в редакцию 14.02.2022; одобрена после рецензирования 04.04.2022; принята к публикации 08.04.2022. The article was submitted 14.02.2022; approved after reviewing 04.04.2022; accepted for publication 08.04.2022.
