CC BY
147
/тг:тгг^ г: гшт^тита
-3 (67), 2012
/169
It is shown that PSc «UKRNIIO them. A.S.Berezhnogo « has developed technologies for a wide range of induction melting temperature alloys and started commercial production of crucibles of different composition.
в. в. примаченко, в. в. мартыненко, и. г. шулик С. в. чаплянко, л. в. грицюк,
Л. П. ТКАЧЕНКО, ПАО «УКРНИИО им. А. С. Бережного»
УДК 666.186.2:669.01
вибролитые тигли различного состава
для индукционной плавки жаропрочных сплавов
В Украине для индукционной плавки жаропрочных сплавов на основе никеля и кобальта широко применяют вибролитые тигли муллитокорун-дового, корундошпинельного, корундопериклазо-вого и периклазошпинельного составов производства ПАО «УКРНИИО им. А. С. Бережного» [1, 2]. В результате исследований, направленных на дальнейшее совершенствование тиглей, разработаны тигли нового состава - корундооксидцирконийси-ликатного, которые в настоящий момент переданы на испытания. Выбор состава плавильного тигля для каждого конкретного места применения осуществляют исходя из химического состава выплавляемого сплава, параметров плавки (температуры плавления и перегрева сплава, наличия и глубины вакуума и т. д.) и требований к качеству отливок (в том числе в зависимости от их структуры). Способ вибролитья обеспечивает получение тиглей любой массы, размеров и конфигурации с равномерными свойствами по всему объему тигля. Внешний вид тиглей, наиболее часто применяемых типоразмеров, показан на рисунке. Показатели свойств тиглей приведены в табл.
60 мм
Тигли индукционных печей: 1, 2 - тигли плавильные; 3 -тигель охранный
Свойства муллитокорундовых (МКТ), корундошпинельных (КШТ), корундопериклазовых
(КПТ), периклазошпинельных (ПШТ) и корундооксидцирконийсиликатных (КОЦСТ) тиглей
Наименование свойств Показатели свойств для тиглей марки
МКТ КШТ КПТ ПШТ КОЦСТ
Массовая доля, %:
SiO2 6,6 - - 0,7 11,6
А12Оз 93,0 93,0 92,8 22,7 63,3
MgO нет 5,8 5,7 75,8 нет
ZrO2 нет нет нет нет 25,1
Fe2Oз 0,1 0,2 0,3 0,8 0,1
Пористость открытая, % 12,3 16,8 22,8 17,3 16,5
Предел прочности 133 185 50 35,9 218
при сжатии, МПа
Термостойкость, теплосмен: при 950 °С - вода при 1300 °С - вода > 20 > 20 > 20 4-8 > 20 3-6 > 20 ~ 2 > 20 > 20
Как видно из таблицы, отличительной особенностью всех тиглей является их высокая термостойкость.
Тигли муллитокорундового состава (МКТ) предназначены для индукционной плавки жаропрочных никелевых сплавов при температурах расплава до 1650°С. Высокая термостойкость этих тиглей обусловлена микротрещиноватой структурой огнеупора, образующейся вследствие различных коэффициентов термического расширения материала тигля (корунда и муллита), а также армированием структуры игольчатыми зернами муллита. Зерна муллита представляют собой прочный сросток длиннопризматических разноориентиро-ванных кристаллов, длина которых в 2 - 5 раз превышает его размеры в поперечнике. Содержание AI2O3 в муллите составляет 71,8 - 78,0 %, т. е. от стехиометрии до твердого раствора корунда в муллите. С повышением содержания AI2O3 в твердом
Ш1 ктппт™
I 3 (67), 2012-
растворе постепенно меняются физические свойства (например, увеличивается плотность и эрозионная стойкость) и размер элементарной ячейки при сохранении кристаллической формы.
Тигли корундошпинельного состава (КШТ) предназначены для индукционной плавки никелевых и кобальтовых жаропрочных сплавов при температурах расплава до 1800°С. Отличительной особенностью тиглей КШТ является наряду с хорошей термостойкостью их способность адсорбировать оксидные плены сплава, а также высокая стойкость к инфильтрации компонентов сплава в огнеупор. Такое сочетание свойств достигается за счет введения в состав огнеупора алюмомагне-зиальной шпинели с избыточным содержанием А12О3. Высокая термостойкость тиглей КШТ объясняется как образованием микротрещин на границах зерен при распаде твердых растворов, так и дополнительным армированием структуры выделившимся тонкокристаллическим корундом [3, 4]. Шпинель с избытком А^Оз и активный тонкокристаллический корунд вступают в реакцию с компонентами сплава, уплотняя рабочую поверхность и образуя буферный шпинельный слой. Благодаря этому, с одной стороны, увеличивается стойкость к инфильтрации окисленных компонентов сплава в огнеупор, а с другой - имеет место адсорбция оксидных плен сплава. Последнее обусловлено неупорядоченной структурой высокотемпературной шпинели (половина атомов алюминия и атомы магния распределены в октаэдрических позициях статистически [5]). Присутствие вакансий в решетке обусловливает способность шпинели с избытком А^Оз захватывать и включать в состав своей кристаллической решетки без существенных изменений ее параметров оксиды металлов.
Тигли корундопериклазового состава (КПТ) также предназначены для индукционной плавки никелевых и кобальтовых жаропрочных сплавов при температурах расплава до 1800°С. Главным достоинством тиглей данного состава является более высокая по сравнению с тиглями КШТ адсорбционная способность, благодаря которой значительно увеличивается выход годных дорогостоящих отливок. Высокая адсорбция достигается за счет особой микротрещиноватой структуры огнеу-пора и образующейся в огнеупоре от «плавки к плавке» посредством прямой твердофазовой реакции тонкокристаллической алюмомагнезиальной шпинели с избытком А^Оз различного состава [6]. Тонкокристаллическая шпинель за счет своей большей активности способствует лучшей адсорбции, а микротрещиноватая структура дополнитель-
но обеспечивает хорошую термостойкость огнеу-пора.
Тигли периклазошпинельного состава (ПШТ) предназначены для индукционной плавки широкой номенклатуры сплавов, не восстанавливающих MgO, с высоким содержанием агрессивных компонентов. Отличительной особенностью тиглей ПШТ являются их повышенная термостойкость и высокая стойкость к расплавам многих металлов (железа, меди, алюминия, никелевых, кобальтовых, хромовых специальных сплавов и др.) за счет основного характера периклаза и способность к адсорбции оксидных плен сплава как за счет свойств перикла-за, так и алюмомагнезиальной шпинели с избытком А12О3.
Тигли корундооксидцирконийсиликатного состава (КОЦСТ) предназначены для индукционной вакуумной плавки жаропрочных сплавов при температурах до 1650°С. Отличительной особенностью этих тиглей также является их повышенная термостойкость, которая обусловлена микротрещиноватой структурой огнеупора, образующейся вследствие различных коэффициентов термического расширения материала тигля (корунда, алюмооксидцирконийсиликатного материала и циркона), а также армированием структуры огнеупора зернами алюмооксидцирконий-силикатного материала. Алюмооксидцирконий-силикатный материал содержит 52,1 % А^Оз, 34,2 % 2гО2, 13,7 % SiO2 [7]. Фазовый состав материала представлен участками мелких кристаллов (<2 мкм) муллита и бадделеита (60 - 70 %), участками крупных кристаллов (до 30 мкм) бадделеита (20- 25 %) и участками кристаллов (преобладающий размер < 4 мкм, максимальный -30 мкм) корунда (10-15 %). Бадделеит капле-, шаро-, игло- и шестовидной формы относительно равномерно распределен в удлиненно-призматических, шесто- и планковидных кристаллах муллита.
Таким образом, в ПАО «УКРНИИО им. А. С. Бережного» для индукционной (вакуумной и открытой) плавки широкой номенклатуры жаропрочных сплавов разработаны технологии и освоено производство тиглей различного состава, которые имеют высокие физико-химические показатели свойств, служебные характеристики и соответствуют лучшим мировым аналогам. Разработанные тигли полностью соответствуют высоким требованиям потребителей, поскольку обеспечивают повышение эффективности плавки, высокую стойкость, надежность эксплуатации и увеличение выхода годной продукции.
ггм^гг/^штгггг: /171
-3 (67), 2012 I If I
Литература
1. P r i m a c h e n k o V., U s t i c h e n k o V., C h a p l i a n k o S. Corundum based crucibles for induction melting of heat-proof alloys // Stahl und Eisen, Aachen. 2006. P. 52-54 (49th International Colloquium on Refractories. Refractories for Metallurgy, Aachen, 7-8 November).
2. Studying of high-alumina and Al2O3-MgO refractory crucibles interaction with high-temperature ferroniobium alloy / V. V Primachen-ko, V. V Martynenko, I. G. Shulik et al. // Stahl und Eisen, Aachen. 2010. P. 135-138 (53rd International Colloquium on Refractories. Refractories for Metallurgy, Aachen, 8-9 September).
3. П р и м а ч е н к о В. В., У с т и ч е н к о В. А., Ч а п л я н к о С. В. Исследование влияния плавленой шпинели с содержанием Al2O3 более 72% на свойства корундошпинельных огнеупоров // Вест. Нац. Техн. Ун-та «ХПИ». Харьков: НТУ «ХПИ», 2004. № 33. С. 120-126.
4. Исследование влияния температуры отжига на распад твердых растворов в плавленом алюмомагнезиальном шпинель-ном материале / В. В. Примаченко , В. А. Устиченко, С. В. Чаплянко и др. // Сб. науч. тр. ОАО «УкрНИИОгнеупоров им. А. С. Бережного». Харьков: Каравелла, 2005. № 105. С. 26-30.
5. Минералы. Справ. Т. II. Вып. 3. Сложные окислы, титанаты, ниобаты, танталаты, антимонаты / Под ред. Ф. В. Чухро-ва. М.: Наука, 1967. С. 18-33.
6. Исследование по разработке корундопериклазовых тиглей на основе плавленых материалов / В. В. Примаченко,
B. А. Устиченко, С. В. Чаплянко, А. И. Комарова, В. В. Варганов // Сб. науч. тр. ОАО «УкрНИИОгнеупоров им. А. С. Бережного». Харьков: Каравелла, 2003. № 103. С. 49-57.
7. Получение способами спекания и электродуговой плавки алюмооксидцирконийсиликатного материала / В. В. Примаченко, В. В. Мартыненко, И. Г. Шулик и др. // Тез. докл. Междунар. науч.-техн. конф. «Технология и применение огнеупоров и технической керамики в промышленности», 24-25 апреля 2012 г. Харьков: ПАО «УКРНИИО им. А. С. Бережного», 2012.
C. 6-7.
