CC BY
18
УДК 669.018.4
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПОВЫШЕНИЯ СВОЙСТВ И КАЧЕСТВА ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ ХРОМА ДЛЯ ИЗДЕЛИЙ КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ*
В.Н. Бутрим, канд. техн. наук (ОАО «Композит», г. Королев, e-mail: info@kompozit-mv.ru)
Рассмотрены аспекты технологического процесса производства прутков диаметром 18-28 мм из высокохромистого сплава Х65НВФТ (ВХ4Ш), предназначенных для изготовления ответственных деталей термокаталитического двигателя коррекции орбиты и ориентации космических аппаратов.
Технология включает процессы вакуумно-индукционной выплавки слитков, электрошлакового переплава, прессования полуфабриката на гидравлическом прессе и термической обработки.
Технология позволяет изготавливать продукцию с высоким уровнем свойств и качества: предел прочности на растяжение при комнатной температуре не менее 1117 МПа; условный предел текучести не менее 931 МПа, относительное удлинение не менее 13 %; работоспособность при воздействии температуры до 1300 °С и агрессивных продуктов сгорания топлива в течение срока эксплуатации в космическом пространстве до 15 лет.
Ключевые слова: высокохромистый сплав, вакуумно-индукционная выплавка, электрошлаковый переплав, химический состав, качество слитков, свойства прутков, работоспособность.
Technological Aspects of Manufacturing of High-Quality High-Chromium Alloy Semifinished Products for Production of Critical Spacecraft Thruster Components. V.N. Butrim.
Aspects of a technological process for manufacturing of high-chromium Cr-33Ni-2W-0,25V-0,12Ti alloy extruded bars of 18-30 mm in diameter intended for production of critical parts of thermocatalytic engines used for correction of an orbit and orientation of spacecraft are discussed.
The technology includes metallurgical processes such as vacuum-induction melting, electroslag remelting, extrusion and heat treatment of semi-finished products.
The technology allows one to manufacture products with a high level of properties and quality: ultimate tensile strength at a room temperature is at least 1117 MPa, yield strength is 931 MPa, elongation is 13 %; service life at a temperature up to 1300 °C in medium of ag -gressive fuel combustion products during operation term in space is up to 15 years.
Key words: high-chromium alloy, vacuum-induction melting, electroslag remelting, chemical composition, ingot quality, properties of bars, service life.
Применение современных отечественных материалов в серийных и перспективных изде-
* Исследования выполнены при участии В.Н. Кашир-цева, В.Н. Мироненко, В.В. Каширцева, А.Ю. Гнидочкина (ОАО «Композит»), Л.И. Бермана, Л.Я. Левкова, Ю.Н. Кри-гера (ГНЦ РФ ОАО «НПО ЦНИИТМАШ»), А.М. Адаскина, В.С. Кубаткина (МГТУ «Станкин»), И.Ю. Сапронова (ИМЕТ РАН), М.М. Потапенко (ОАО ВНИИНМ).
лиях космической техники является необходимым условием достижения требуемых тактико-технических и эксплуатационных характеристик, а также обеспечения конкурентоспособности российской техники на международном рынке и технологического суверенитета космической промышленности Российской Федерации.
Практически все ограничения технического прогресса в создании новой перспективной космической техники, так или иначе, связаны с проблемой материалов.
Материалы для космических аппаратов должны обладать оптимальным комплексом механических, химических, физических и технологических свойств, а также эксплуатационных характеристик. Во избежание ухудшения свойств и зарождения очагов разрушения материал должен быть стабильным и не изменять своей микроструктуры за все время службы детали, часто измеряемое тысячами и десятками тысяч часов.
Кроме того, материалы для космической техники должны иметь хорошие технологические свойства. Операции плавки, литья, обработки давлением и резанием, термообработка, сварка или пайка должны выполняться относительно просто и не ухудшать свойств деталей. Наконец, необходимо, чтобы материал имелся в достаточном количестве и чтобы его стоимость не была чрезмерно высокой [1].
Высокохромистые сплавы относятся к числу тугоплавких, жаропрочных и жаростойких сплавов. Основные легирующие элементы -Мо, W, Та, Ы1, Т1, V, У, ЫЬ - образуют с хромом и между собой непрерывные твердые рас -творы или ограниченные растворы большой протяженности. Сплавы имеют температуру плавления от 1350 до 1900 °С, сравнительно невысокую плотность (7,2-8,0 г/см3), высокую кратковременную и длительную (в течение 100 ч) прочность при 1000 °С (240-250 МПа) и 1100 °С (100-120 МПа). В отличие от сплавов на основе других тугоплавких металлов (ЫЬ, Та, Мо, W) практически не окисляются на воздухе и в продуктах сгорания топлива, содержащего серу, до 1200-1350 °С. По коррозионной стойкости во многих средах превосходят сплавы никеля, достаточно стойки в разбавленных и концентрированных кислотах и щелочах. Недостатком высокохромистых сплавов, препятствующим их широкому использованию, является низкая пластичность [2-6].
Сплав ВХ4 входит в группу высоколегированных пластичных сплавов ВХ3, ВХ4, ВХ4А [5] и был первым сплавом хрома, внедренным в серийное производство [7], в том числе сплав
ВХ4Ш использован для изготовления камер сгорания и корпуса катализатора термокаталитических двигателей (ТКД) коррекции орбиты и ориентации космических аппаратов разработки ФГУП ОКБ «Факел».
Постановка задачи по отработке технологии и организации малотоннажного производства прутков 0 18-30 мм из высокохромистого сплава ВХ4Ш, удовлетворяющих требованиям ТУ 1-809-321-87 по химическому составу сплава (табл. 1) [8] и ТУ 1-809-358-79 по механическим свойствам (временное сопротивление разрыву ств не менее 980 МПа, относительное удлинение 85 не менее 10 % [9]) была обусловлена проблемой в обеспечении производства космической техники полуфабрикатами из специальных сталей и сплавов в связи с ухудшением качества поставляемой металлургической продукции или прекращением их производства в силу тех или иных причин.
Поскольку основной проблемой качества деталей являлось наличие на поверхности детали после механической обработки микронадрывов и расслоений размером до 50 мкм (рис. 1, а) и в структуре материала неметаллических включений размером до 500 мкм, вытянутых в направлении деформирования до 5 мм (рис. 1, б), были введены ограничения по неметаллическим включениям в поставляемой продукции: допускаются единичные включения размером до 50 мкм вместо 0,5 мм и не ограничиваются включения размером менее 5 мкм.
Таблица 1
Химический состав сплава
марки Х65НВФТ (ВХ4Ш)
Легирующие элементы, % мас.
Сг Ы1 W V Т1
Основа 31,0-35,0 1,0-3,0 0,1-0,4 0,05-0,3
Примеси, % мас., не более
О N Ре С £ А1, Б1
0,08 0,04 0,5 0,08 0,2
-Ф-
ЛИТЬЕ, КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ, ОБРАБОТКА ДАВЛЕНИЕМ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЛЕГКИХ СПЛАВОВ
Микрорентгеноспект-ральным анализом химического состава включения установлено, что оно представляет собой сложную смесь карбидов и окислов хрома, кремния, алюминия, магния и кальция, хлоридов натрия и калия (табл. 2, рис. 2).
Анализ опыта металлургического производства и результатов исследования свойств сплавов на основе хрома, опубликованных в научно-технической литературе [3, 7, 10-13], показал, что для решения поставленной задачи необходимо изучить и исследовать следующие положения:
- выбор шихтовых материалов, обеспечивающих соответствие сплава по содержанию примесей;
- отработка оптимальных режимов выплавки слитков методом вакуумно-индукционного переплава (ВИП) и рафинирующего электрошлакового переплава (ЭШП);
- выбор оптимальной схемы и отработка режимов деформирования на основе опробования различных способов и схем деформации: ковка, деформирование на плоских бойках в изотермических условиях,экструзия.
Выбор шихтовых материалов
Использование чистых шихтовых материалов является одним из основных способов обеспечения высокой чистоты жаропроч-
Рис. 1. Дефекты структуры прутка из сплава ВХ4Ш серийной поставки2007г.
Таблица 2 Элементный анализ включения в прутке из сплава ВХ4Ш
Содержание элементов, % мас.
Сг Ы1 Б1 О С Ыа Мд А1 С1 к Са
61,65 10,49 35,55 1,16 11,68 Пов 1,63 Вкл 24,93 эрхнос - ючени 37,18 ть (ри - е (рис 0,73 с. 2, а . 2, б) 1,06 ) 3,82 0,36 0,37 9,38
-Ф-
Рис. 2. Структура и результаты анализа элементного состава включения в прутке из сплава ВХ4Ш поставки2007г.
ных сплавов по примесям при вакуумно-ин-дукционной плавке [3, 10-12]. Однако при производстве промышленных полуфабрикатов допускается выплавка слитков с использованием шихтовых материалов с повышенным уровнем газовых и вредных примесей, а также до 15 % вторичного металла той же марки сплава при соответствии продукции требо-
Таблица 3
Расчетное содержание примесей в сплаве Х65НВФТ от шихтовых материалов
Марка шихтовых
Контролируемые примеси, % мас
материалов О N Ре С А1 + Б1
Хром
Х98,5 * * 0,407 0,02 0,75
Х99Н1 * 0,006 0,339 0,007 0,475
Х99Н4 * 0,026 0,339 0,019 0,238
Х99Н5 * 0,032 0,339 0,019 0,475
ЭРХ 1 0,008 0,0034 0,0054 0,0054 0,011
ЭРХ 0 0,00339 0,0045 0,0003 0,0052 0,0003
Никель
Н1 У 0,007 0,00035 0,0033 0,0033 0,0012
Н1 0,007 0,00035 0,0066 0,0033 0,0012
Вольфрам
ШВЧ 0,0001 0,0001 0,00015 0,0002 0,0001
Титан
ТГ-100 0,00012 0,00001 0,00021 0,0001 0,00012
ТГ-110 0,00015 0,00001 0,00027 0,0001 0,00015
Ванадий
ВНМ 1 0,0001 0,00004 0,00002 0,00004 0,00024
*Не регламентирована.
ваниям технических условий на поставку за счет применения раскислителя и шлакооб-разующих добавок [14].
Результаты расчета возможной массовой доли контролируемых примесей, вносимых в сплав Х65НВФТ шихтовыми материалами, с учетом процентного содержания компонентов в сплаве (табл. 3) показывают, что требуемый уровень чистоты сплава по контролируемым примесям (см. табл. 1) может быть обеспечен только при использовании следующих шихтовых материалов: хром электролитический рафинированный ЭРХ1, ЭРХ0 по ТУ 14-5-76-76; никель первичный Н1У, Н1 (ГОСТ 849-97); вольфрам металлический высокой чистоты ШВЧ (ТУ 48-19-57-91); ванадий ВНМ-1 (ТУ 48-4-272-73); титан губчатый ТГ100, ТГ110 (ГОСТ 17746-96). Содержание кислорода, азота и суммарного содержания алюминия и кремния в сплавах, легированных хромом металлическим марок Х98.5 и Х99Н1-Х99Н5, в 1,5-2,5 раза превышает их значение, регламентированное техническими требованиями [15].
Выплавка слитков
а б
Рис. 3. Вакуумно-индукционная печь ИСВ-0.16 (а), слитки ВИП (б)
Сплав выплавляли на ваку-умно-индукционной установке ИСВ-0.16 в тигле емкостью 160 кг по меди (рис. 3, а). После загрузки шихты в тигель и дозаторы печи, камеру печи герметизировали и ва-куумировали до давления 0,133 Па (10-3 мм. рт. ст.) и осуществляли дегазацию шихты при этом разрежении в течение 10-15 мин. Плавку вели в среде аргона повышенной чистоты при температуре 1600-1620 °С, раскис-
-Ф-
-Ф-
ЛИТЬЕ, КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ, ОБРАБОТКА ДАВЛЕНИЕМ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЛЕГКИХ СПЛАВОВ
Таблица 4
Химический состав опытных слитков сплава Х65НВФТ
Содержание элементов, % мас.
плавки Сг Ы1 W Т1 V С Ре О N А1 Б1
1 31,5 2,0 0,5 0,35 0,024 <0,1 0,05 0,005 <0,1 <0,1
2 32,0 1,7 0,5 0,4 0,019 <0,1 0,04 0,009 <0,1 <0,1
3 32,7 2,0 0,45 0,3 0,01 <0,2 0,04 0,008 <0,2 <0,2
4 32,9 1,91 0,35 0,36 0,014 <0,2 0,03 0,010 <0,1 <0,2
ляли и разливали металл в кокильные изложницы диаметром 90 мм при 1550-1570 °С. С каждой плавки отливали три слитка высотой 800-850 мм (рис. 3, б).
Для раскисления использовали церий и лигатуру никель-магний-церий. Технология рафинирования: температура металла, время выдержки, порядок ввода раскислителей выбирали на основе опыта производства жаропрочных сплавов и коррозионно-стойких сталей.
Химический анализ сплава определяли методами ИК-спектроскопии, рентгеноспектрально-го, фотометрического, рентгенофлуорисцент-ного анализа. При необходимости содержание основных легирующих элементов в сплаве подтверждали методом аналитического анализа химического состава.
Использование чистых шихтовых материалов позволило обеспечить химический состав опытных плавок сплава Х65НВФТ (табл. 4), соответствующий заданному содержанию элементов в сплаве (см. табл. 1), высокую чистоту металла по содержанию примесей железа, углерода, кислорода, азота и алюминия.
Превышение содержания титана и ванадия связано с необходимостью компенсации их угара при последующем электрошлаковом переплаве и обеспечения требуемого содержания в готовой металлопродукции.
Исследование структуры слитков сплава Х65НВФТ-ВИ (рис. 4, 5) методами оптической и сканирующей микроскопии с локальным микрорентгеноспектральным анализом (МРСА) свидетельствует о том, что в слитке наряду с однородной характерной структурой сплава (см. рис. 4, а) присутствует типичный набор дефектов: россыпь мелких (до 20 мкм) пор и неметаллических включений в краевой части слитка (см. рис. 4, б) и крупные (от 300 до 700 мкм) шлаковые включения (см. рис. 4, в, г).
Неметаллические включения относятся, в основном, к оксидному типу. Базовыми элементами для образования оксидов являются
аШ
■ г
б
¡¿шшШШЯ/лЬ ■II ¡У
щшк: ч „¿ф
Рис. 4. Структура слитка сплава Х65НВФТ-ВИ
50 мкм
^ Electron Image 1 а
50 мкм
""' Electron Image 1 б
Рис. 5. Виды включений в матрице сплава Х65НВФТ
Химический состав включений в матрице сплава Х65НВФТ Таблица 5
Спектр на рис. 5 Содержание элементов, % мас.
O Al Si Ti V Cr Ni W
Рис. 5, а
Spectrum 1 55,44 - 0,87 2,80 2,60 35,92 2,38 -
Spectrum 3 35,46 1,71 - 9,39 2,70 49,58 0,98 0,18
Spectrum 4 - - - - - 56,61 42,60 0,79
Spectrum 5 - - - - - 69,46 29,38 1,15
Рис. 5, б
Spectrum 1 63,43 1,60 - 2,53 1,55 30,90 - -
Spectrum 2 - - - - - 85,84 13,10 1,06
Spectrum 3 - - - - - 67,29 31,66 1,05
алюминий, хром, титан и кремний (см. рис. 5, табл. 5). Размер неметаллических включений в центральной части слитка не превышает 15 мкм.
Кроме того, отмечена значительная локальная неоднородность химического состава сплава по соотношению основных легирующих компонентов никеля, хрома и вольфрама -(56,61-85,84) % Сг: (13,1-42,6) % № (0,791,15) % W. Содержание никеля в отдельных областях структуры может быть практически вдвое меньше (13,1 %) или в 1,3 раза больше (42,6 %), чем в среднем по сплаву.
Для устранения химической неоднородности сплава и повышения его качества по содержанию и размеру неметаллических включений слитки подвергали рафинирующему электрошлаковому переплаву (ЭШП). Технология ЭШП выбрана при сравнительном анализе с техно-
логиями вакуумно-дугового (ВДП) и электронно-лучевого переплавов (ЭЛП) благодаря высокой экономичности процесса, гибкости варьирования технологических параметров, возможности высокой степени очистки материала от газовых и неметаллических включений.
Способ электрошлаковой выплавки слитков заключается в переплаве расходуемого электрода под слоем высокореакционного рабочего шлака (флюса) специального состава и кристаллизации жидкого металла в охлаждаемом медном кристаллизаторе. Рафинирование металла от неметаллических включений и вредных газовых примесей идет на всехстадияхпроцес-са - оплавление электрода, прохождение капель жидкого металла через слой флюса, взаимодействие переплавляемого металла с флюсом на границе жидкий металл -шлак.
Режимы процесса электрошлакового переплава отработаны на установке ЭШП ГНЦ РФ ОАО «НПО ЦНИИТМАШ» в кристаллизаторе диаметром 110 мм: сила тока 2,3-2,5 кА, напряжение 38-40 В, скорость плавления слитка 0,60,75 кг/мин под флюсом марки АНФ-1П [16] с добавкой до 15 % ТЮ2 в инертной атмосфере, создаваемой подачей аргона в кристаллизатор для предотвращения потерь легирующих элементов в процессе плавки. Установка позволяет контролировать окислительно- восстановительные процессы и управлять формированием слитка за счет применения при переплаве, как тока промышленной частоты, так и тока пониженной частоты 0,1-10 Гц. В качестве расходуемого электрода использовали механически обработанный слиток сплава Х65НВФТ- ВИ диаметром 90 мм, подача электрода в зону плавки осуществлялась автома-
4*
тически (рис. 6, а). После окончания плавки слитки выдерживали в кристаллизаторе с включенной системой водяного охлаждения в течение 20-30 мин до полной кристаллизации металла и шлака.
Полученные слитки массой 17,1-19 кг, высотой около 250 мм не имели усадочных дефектов на боковой поверхности (рис. 6, б).
Технология вакуумной выплавки и электрошлакового переплава (ВИ + ЭШП) обеспечила равномерное распределение химического состава по объему слитка, высокую чистоту металла по неметаллическим включениям и газовым примесям (табл. 6). Содержание титана в процессе ЭШП за счет угара снизилось практически в 2 раза, что подтвердило правильность выбранного превышения содержания титана при шихтовке.
Структура слитков ЭШП плотная, однородная с относительно равномерным распределением неметаллических включений по сечению слитка (рис. 7, а). Основная часть включений имеет размер менее 5 мкм , средний размер включений в большинстве случаев не превышает 10 мкм, максимальный размер включений 1235 мкм (табл. 7). Включения представляют собой сложные оксиды алюминия, магния, титана и хрома (рис. 7, б, табл. 8).
а б
Рис. 6. Процесс электрошлакового переплава (а), слитки ЭШП (б)
Таблица 6 Химический состав слитка ЭШП сплава Х65НВФТ
Слиток Содержание элементов, % мас. Примеси
Сг Ы1 W V Т1 С N О
1 2 3 4 Основа 33 32.4 32.5 32,4 1,9 2,1 2,2 2,15 0,4 0,4 0,3 0,27 0,25 0,23 0,2 0,29 оооо 0000 01 00 О! О! 0,026 0,02 0,015 0,01 0,013 0,033 0,027 0,032
15-Н 0343
х200 500 нм
500 мкм ' Е1ес1гоп Image 1 б
Рис. 7. Структура слитков ЭШП сплава Х65НВФТ (а), включения (б)
Таблица 7
Число и размер неметаллических включений в слитке ЭШП
Номер слитка Число включений размером не более Средний размер включений, мкм Максимальный размер
1 мкм на мм включении, мкм
1 2 3 4 60 121 92 89 17 9 8 8 35 12 12 30
Таблица 8
Химический анализ неметаллических включений сплава Х65НВФТ
Объект анализа Содержание элементов, %
O Al Si Ti V Cr Ni W
Spectrum 1 35,68 3,86 0,49 52,22 0,53 5,71 1,29 0,23
Spectrum 2 39,63 2,60 0,51 51,48 0,44 4,95 0,75 -
Spectrum 3 41,06 6,70 0,29 45,98 0,43 4,49 0,78 0,27
Spectrum 4 1,51 - 0,97 - 0,33 37,89 58,08 1,26
Spectrum 5 2,90 0,26 0,67 0,09 0,20 62,46 31,40 2,02
Изготовление прутка
Технология изготовления прутков диаметром 18-28 мм из слитков, полученных выплавкой ВИ + ЭШП, разработана совместно со специалистами ОАО «Высокотехнологический научно-исследовательский институт неорганических материалов им. акад. А.А. Боч-вара» (ОАО ВНИИНМ) применительно к прессованию на вертикальных гидравлических трубопрофильных прессах П8439 усилием
МПа 5, % у, %
д _
N^B // "
X— - v/N ----""^...У / -
. . T50,
1000- 160 и 100
600 - 120- 75
400 - 80 - 50
200 - 40 - 25
200 400 600 800 1000
г, °е
Рис. 8. Механические характеристики сплава Х65НВФТ в интервале температур 500—1100 °С и внешний вид образцов после испытаний при 20 (а), 900 (б), 1000 (в), 1100° С (г) [17]
Рис. 9. Внешний вид выходного конца прутка
при прямом прессовании (а) и прутка, изготовленного прессованием в капсуле (б)
6-8 МН. Прессование осуществляли в два перехода: на первом переходе с 0 100 мм на 0 60 мм, на втором с 0 60 мм на 0 18-28 мм, исходя из предельно возможной степени деформации за один переход.
Температура прессования 1100-1150 °С определена по результатам испытаний механических характеристик материала в интервале температур 500-1100 °С (рис. 8), являющемся интервалом сверхпластичности - значения относительного удлинения превышают 150 %, а прочностных характеристик ниже 60 МПа. В Прямое прессование прут-
ка из слитка привело к образованию на поверхности полуфабриката трещин и надрывов (рис. 9) на длине более половины длины прутка.
Для улучшения напряженно-деформированного состояния и уменьшения трения материала в очаге деформации, а также защиты материала от окисления предложена технологическая схема прессования с использованием специальной капсулы из конструкционной стали. Геометрические параметры и материал капсулы определены из условия обеспечения формирования бездефектного выходного конца прутка, минимизации утяжины и образования плакирующего слоя толщиной менее 1 мм на внешней поверхности прутка.
4*
а
-Ф-
-Ф-
ЛИТЬЕ, КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ, ОБРАБОТКА ДАВЛЕНИЕМ, СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЛЕГКИХ СПЛАВОВ
Таблица 9
Химический состав прутка из сплава Х65НВФТ
Содержание основных элементов и примесей, % мас.
слитка Сг Ы1 W V Т1 С О N Ре Б1 + А1
1 31,5 2,00 0,35 0,30 0,024 0,050 0,005 <0,10 <0,2
2 33,0 1,90 0,4 0,25 0,055 0,026 0,013 <0,35 <0,2
3 32,7 2,00 0,3 0,40 0,010 0,040 0,008 <0,20 <0,2
3 32,9 1,91 0,36 0,30 0,014 0,030 0,010 <0,20 <0,2
ТУ Основа 31,0-35,0 1,0-3,0 0,1-0,4 0,05-0,3 0,080 0,080 Не более 0,2
0,040 0,50
Полученные по данной схеме прутки имеют удовлетворительную поверхность при полном отсутствии трещин и надрывов (см. рис. 9, б).
Химический состав сплава (табл. 9) по содержанию основных легирующих элементов материала прутков соответствует требованиям ТУ и практически соответствует химическому составу слитка ЭШП (см. табл. 6).
Прутки из сплава Х65НВФТ в состоянии поставки (отжиг при температуре 900 °С в течение 16 ч) имеют двухфазную структуру зерен твердого раствора никеля в хроме (а-фаза на основе хрома) и хрома в никеле (у-фаза на основе никеля), соответствующую диаграмме фазового равновесия (рис. 10). Зерна имеют вытянутую форму вдоль направления горячей пластической деформации (см. рис. 10, б). Твердость основных фаз существенно различается и составляет, соответственно, 577 ± 40 (а-фаза) -433 + 27 ИУ10 (у- фаза). В структуре имеются также неметаллические включения (см. рис. 10, а) в основном, по результатам МРСА, это сложные оксиды титана, алюминия, кремния и хрома, имеющие твердость свыше 1500 ИУю.
Механические характеристики (табл. 10) имеют ста-
бильные значения и превышают требования технических условий по прочности более чем на 14 %, по относительному удлинению в 1,32,2 раза.
Критичные элементы, изготовленные из прутка сплава Х65НФВТ поставки ОАО «Композит» (ТУ1850-540-56897835-2012 [19]), выдержали в полном объеме стендовые испытания в составе термокаталитического двигателя разработки ФГУП ОКБ «Факел».
Рис. 10. Структура прутка из сплава Х65НВФТв состоянии поставки
Таблица 10 Механические свойства прутков из сплава ВХ4
Номер слитка ств, МПа ст02, МПа 8, %
1 2 3 4 Требования ТУ 1164-1152 1141-1155 1117-1151 1134-1138 > 980 1018-1033 955-1010 931-1011 963-977 22,3-22,8 16,0-23,0 13,0-14,0 13,5-16,0 > 10
Заключение
В ОАО «Композит» освоен технологический процесс выплавки слитков из высокохромистого сплава Х65НВФТ методами вакуум-но-индукционного и электрошлакового переплавов, который обеспечивает изготовление прутков с требуемыми свойствами и качеством по химическому составу и неметаллическим включениям, соответствующими техническим условиям на полуфабрикаты, предназначенные для изготовления ответственных деталей термокаталитических двигателей космических аппаратов.
Химический состав сплава соответствует заданному содержанию основных легирующих компонентов. Содержание газовых примесей азота и кислорода, а также примесей железа существенно ниже предельных значений, предъявляемых требованиями технической документации. Размер включений, в основном, не превышает 10 мкм, имеются отдельные включения размером до 35 мкм. Включения преимущественно являются сложными оксидами титана и хрома.
Механические свойства прутков имеют стабильные значения: ств = 1117-1164 МПа, ст02 = 931-1033 МПа, 8 = 13,0-22,3 % при требованиях ТУ: ств 1 980 МПа, 8 1 10 %.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Хаузнер Г.Г., Волковиц В. Требования к материалам для космической техники. Тугоплавкие металлические материалы для космической техники / Пер. с англ. и нем. - М.: Мир, 1966. - 420 с.
2. Панасюк И.О. Хром и его сплавы. Обзор зарубежной и некоторой отечественной литературы за 1950-1960 гг. - М.: ОНТИ ВИПМ, 1961. - 40 с.
3. Колачев Б.А., Ливанов В.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов: учеб. для вузов. 2-е изд. -М.: Металлургия, 1981. - 416 с.
4. Салли А., Брендз Э. Хром. - М.: Металлургия, 1971. - 360 с.
5. Савицкий Е.М., Бурханов Г.С. Металловедение тугоплавких металлов и сплавов. - М.: Наука, 1967. - 323 с.
6. Материалы в машиностроении. Справ. в 5 т. Т. 3. Специальные стали и сплавы / Под общ. ред. Кудрявцева И.В. - М.: Машиностроение, 1968. -448 с.
7. Панасюк И.О., Воронин Г.М., Баранова О.А.
Вопросы технологии изготовления и эксплуатации изделий новой техники из сплава хрома. Свойства и применение сплавов хрома // В сб. науч. тр.: Конструкционные сплавы хрома. - Киев: Наукова думка, 1986. С.76-81.
8. ТУ 1-809-321-87. Сплавы хромовые и высокохромистые. Марки. - М.: ВИЛС, 1987.
9. ТУ 1-809-358-79. Прутки прессованные из сплавов ВХ4, ВХ4Ш, ВХ4А. - М.: ВИЛС, 1979.
10. Ракицкий А.Н. и др. Газонасыщение сплавов хрома при плавке и разработка способов его уменьшения // В сб. науч. тр.: Конструкционные сплавы хрома. Металлургия. - Киев: Наукова думка, 1988. С. 107-116.
11. Панасюк И.О., Воронин Г.М., Фирсов В.С. Выплавка сплавов хрома в вакууме // В сб. науч.
тр.: Конструкционные сплавы хрома. Металлургия. - Киев: Наукова думка, 1988. С. 105-107.
12. Ракицкий А.Н. Возможности и технологии выплавки пластичных малолегированных сплавов хрома // В сб. науч. тр.: Конструкционные сплавы хрома. - Киев: Наукова думка, 1986. С. 82-98.
13. Воронин Г.М. Влияние некоторых металлургических факторов на механические свойства хромовых сплавов // В кн.: Жаропрочные и тугоплавкие сплавы. - М.: ВИЛС, 1977. Вып. 3. С. 219-223.
14. Пат. 2070228 Российская Федерация, МПКС21С 5/52. Способ выплавки высокохромистого никелевого сплава / Богданов С.В., Сисев А.А., Оль-хович Ю.В. и др., заявитель и патентообладатель Электрометаллургический завод «Электросталь» им. И.Ф. Тевосяна; опубл. 10.12.1996.
15. Бутрим В.Н., ГаврилюкВ.В., Дембицкий А.М. и др. Проблемы и опыт производства прутков из высокохромистого сплава ВХ4Ш // Перспективные материалы. - М.: Интерконтакт, Наука, 2008. Декабрь. Спецвыпуск 6. Ч. 2. С. 271-275.
16. ГОСТ 30756-2001. Флюсы для электрошлаковых технологий. Общие технические условия. Введ. 01.07.2005. - Минск: Изд- во стандартов, 2005. -8 с.
17. Адаскин А.М., Бутрим В.Н., Каширцев В.В., Сапронов И.Ю. Характер разрушения жаропрочного сплава Х65НВФТ на основе хрома // Металловедение и термическая обработка металлов. 2013. № 8 (698). С. 12-17.
18. Адаскин А.М., Бутрим В.Н., Сапронов И.Ю. Фазовые превращения, структура и свойства сплава Х65НВФТ на основе хрома // Металлофизика иновейшие технологии. 2013. ИМФ НАНУ. Т. 35. С. 1475-1486.
19. ТУ1850-540-56897835-2012. Прутки прессованные из сплава Х65НВФТ (ВХ4Ш). - Королев: ОАО «Композит», 2012.
