ВИГОТОВЛЕННЯ Ni-W ЛІГАТУРИ ДЛЯ ЛЕГУВАННЯ СТОПІВ НА ОСНОВІ НІКЕЛЮ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

УДК: 620.22: 620.282

О. А. Глотка, А. Д. Коваль

ВИГОТОВЛЕННЯ N1^ Л1ГАТУРИ ДЛЯ ЛЕГУВАННЯ СТОП1В НА ОСНОВ1 Н1КЕЛЮ

До^джено лiгaтури зразним вмiстом важкотопкого брухту, в складi якого быя 80 % (мас.) вольфраму. Наведено типовi мжроструктури стотв та результати 1х рентге-носпектрального i рентгеноструктурного до^джень. Зроблено рекомендацИ щодо по-дальшого використання лiгатури.

В металургп для введения легувального елемен-та в стоп, широко використовують лтатури (стоп, що застосовуеться тшьки для введения легувальних елемеипв у рщкий метал [1]). Така методика дае можлив^ь бiльш рiвномiрно розподiлити введений елемент по перетину виливнищ. Окрiм цього, температура плавлення лiгатури, в бiльшостi випадшв, значно нижча вiд температури плавлення самого легувального елемента. Це е суттевою перевагою, якщо в стоп необхщно ввести такий легуючий елемент, як вольфрам з температурою плавлення 3655 К[2].

Бiльшiсть жаромщних стопiв на нiкелевiй основi мютять в своему складi вольфрам, що вводиться для тдвищення жаромiцностi. Але шльшсть цього елемента обмежують 5-6 % внаслщок негативного впливу на отр корозп .[3]

Метою роботи е виготовлення та дослвдження Ni-W лiгатур, з рiзним вмютом вольфраму, для по-дальшого використання при витоплент жаромiцних нiкелевих стотв.

Матерiали та методика дослiдження

Для виготовлення Ni-W лiгатури використову-вався важкотопкий брухт (системи W-Ni-Fe), що мютить в своему складi б™ 80 % (мас.) вольфраму [4] та катодний нiкель. Витоплення лiгатури проводилось в ^4i ОКБ 862 на повiтрi в графитовому тиглi, нагрiвання здiйснювали до повного розтоп-лення компонентiв. Було витоплено 9 злившв ма-сою по 200 грамiв кожний, з вмiстом брухту 30, 50 та 70 % (мас.) (по 3 плавки вщповщно).

Дослвдження мшроструктури проводили на мiкроскопi М1М-8М, обладнаним цифровою фотокамерою «Olympus». Зразки травили в реактивах «Марбль» (100 мл HCl, 20 гр CuSO4 , 100 мл H2O) та «МуракамЬ (10 гр. NaOH, 10 гр. K3[Fe(CN)6], 100 мл H2O) впродовж 5-8 секунд в кожному роз-чинi.

Дослiдження фазового складу стотв виконано на дифрактометрi ДРОН-1 у мiдному випромiню-ванш з монохроматизацiею дифракцiйних променiв.

Природу фаз визначали, порiвнюючи експеримен-тальш значення мiжплощинних вiдстаней

^нкь = Ш ¿з табличними даними [5]. Похибка при п

вимiрюваннi не перебшьшувала 1,36х 10-4 нм.

Шкротвердють дослвджувалась вiдповiдно ГОСТ 9450-76 на прилащ ПМТ-3 при навантаженнi в 0,5 Н. Зразки для вимiрювання мжро-твердосп шлiфу-вали, полiрували i травили так само, як i для досль дження мiкроструктури.

Рентгеноспектральний аналiз виконували на при-лад САМЕСА типу М846, при напрузi 20 кВ i силi струму 30 мА, з лiнiйним перемщенням електрон-ного зонда по поверхш зразка. Дослiдження проводили на зразках з розмiрами 25х20х8 мм, яш були прополiрованi i протравлен тепловим методом (зразки назвали в окисному середовищi при температурi 150-200 °С впродовж 35 хвилин). Вщ кожного стопу виготовляли по три зразка. Вмют елементiв розраховувався при порiвняннi iнтенсив-ностей еталона та зразка.

Результати дослвдження та 1х обговорення

При виготовленш Ni-W лiгатури фiксувалася маса шихти та отриманого зливка. Рiзниця мiж ними не перебiльшувала 5 % для вах виготовлених стопiв.

Мшроструктура зразкiв дослiджувалася при рiзних збшьшеннях, найбiльш типовi види мiкрост-руктур представлено на рис. 1.

В стоп з 30 % (мас.) брухту спостертаеться однородна структура по всьому перетину зливка (рис. 1, а). Вишряна мiкротвердiсть склала 6630 МПа. Визна-чення хiмiчного складу рентгеноспектральним методом (рис. 2) та фазового складу за даними рентгено-структурних дослвджень (табл. 1) дало змогу стверд-жувати, що структура складаеться лише з однорщно-го твердого розчину на основi нiкелю.

Дослiдження стотв iз вмiстом 50 та 70 % (мас.) важкотопкого брухту виявило присуттсть однако-вих дiлянок структури (рис. 1, б). Дiлянки з евтек-тичною складовою поеднуються iз зонами твердого

© О. А. Глотка, А. Д. Коваль, 2008

ISSN 1727-0219 Вестникдвигателестроения№ 1/2008

- 131 -

розчину, що пiдтверджуeться подальшими дослщ-женнями (табл. 1). Евтектична складова мае плас-тинчату морфолопю, поеднуючи чергування пластинок а твердого розчину на основi вольфраму та а твердого розчину на основi шкелю (рис. 3). О^м вказаних фаз в стот присутня iнтерметалiдна спо-лука Nil7Wз (що наближаеться за стехiометрiею до хiмiчноl сполуки Ni4W). При варшванш збшьшен-ня мiкроскопа вказана фаза не спостерiгаеться, це пояснюеться тим, що видiлення найчастiше мають дископодiбну форму i складаються з дешлькох до-менiв, як1 можливо виявити лише на електронному мжроскош по отриманому контрасту [6].

Особливютю стопа з вмiстом 70 % (мас.) важ-котопкого брухту е присутшсть в структурi глобу-лярних включень (рис. 1, в). При цьому рентгено-структурним методом було отримано вдентичт ре-зультати зi стопом, який мiстигь 50 % (мас.) брухту. Розглянувши хiмiчний склад фази, за результатами рен-тгеноспектральних дослвджень (рис. 4), можна зроби-ти висновок, що сферичнi включения е частинками а твердого розчину на основi вольфраму, як1 по-трапили з важкотопкого брухту [4].

5ЙО % алк к а й I ! 59

1 1 а! Л,

зос Ч' . ! < 1 ■ " I' ? 1 1 1 I1»Г

т Ик™

1...... ; • я 70 ^ | Я

I I И!;; 1

I 900

б х 520

Рис. 2. 1нтенсивност1 випромшювання W, N1, Fe (а) вздовж лшп перемщення зонду (б) вщ стопу 1з 30 % (мас.) брухту

Рис. 1. Типов1 мжроструктури стошв з р1зним вмятом брухту: а - 30 % (мас.); б - 50 % (мас.); в - 70 % (мас.) (х 520)

1

51 | 42 л-:

£

£

34 Й О- ■е-

Л 1 ш

? 28 В ■ 27

■ы

& и

19 20 ад

Рис. 3. 1нтенсивност1 випромшювання W, N1, Fe (а) вздовж лшп перемщення зонду (б)

в1д стопу 1з 50 % (мас.) брухту

х 420

а

б

■■■■

*

s

л

'S

1 -g î£ as Щ & ^

Vt T?

•3 X

! I * .6

s g S S i i il Ш 1 1

g g

•f s « « w *

g S z ¡i-: -JT¡ S É s 1

W s s

M

I ^ S

a щЪ is

?? 36 ^ V

Sí >■ >■

Ч; >■„ sí т»: %

se S

il^II:» Э 3 £ £ $ ?

i î p g cg i* fi it >2 g S Я su S S 2 s s H Й s*

1 £ s 1 i J 1 s g i « Î> —< > « > g g к ее 1 » 2 i I 1 S I s

.a ей 1 »J A » «e s s SS 5; й A Л 4 i s S C' î£ os Я W- § S Й % •S 3Í 4

/ ■1

I S &

Ä i

,g ъ

i. И

II

SÄ

s a

i §

8

« s S S

Si

я

Ш

ISSN 1727-0219 Вестникдвигателестроения№ 1/200S - 133 -

-I s

I*

riiï.n ]>(1>^>ПМ

б х 280

Рис. 4. 1нтенсивност випромшювання W, Ni, Fe (а) вздовж лшп перемщення зонду (б) вщ стопу i3 70 % (мас.) брухту

Висновки

1. Виготовлено Ni-W лiгатури з використанням важкотопкого брухту, який мiстить бiля 80 % (мас.) вольфраму.

2. Дослвджено структуру, фазовий склад та

хiмiчний BMicT елементiв у фазах. Встановлено на-явшсть трьох фаз: а твердого розчину на 0CH0Bi вольфраму, а твердого розчину на основi шкелю та терметалщне з'еднання Ni1?W3.

3. Стоп з 70 % (мас.) важкотопкого брухту в струюуи мютить нерозчиненi частинки шихти, тсда як стопи з 30 та 50 % не мають вказаних недолЫв.

4. Отже для виготовлення стопiв на нiкелевiй основi рекомендовано використовувати лтатури з 30 i 50 % (мас.) важкотопкого брухту.

Перелж посилань

1. Мiжнародна шженерна енциклопедiя. Термь нологiчний словник. Метали. I том /Щд нау-ковою редакщею проф. Б.О. Прусакова, проф. М.С. Блантера, проф. В.Я. Кершенбаума, проф. В.О. Богуслаева, проф. С.Б. Белшова, проф. А. Д. Коваля. - Москва-Запор1жжя, 2005. - 511 с.

2. Colin J. Smithells Tungsten. - London. Chapman & Hall LTD, 1952. - 414 с.

3. Коваль А. Д., Санчугов С. Л., Гайдук Г. В. Алюмшш, титан, вольфрам та молiбден в жаро-мщному стот на основi шкелю з вмютом хрому 30 % мас. // Новi матерiали в металургп та машинобудуванш - 2000. - №2. - С. 27-29.

4. Глотка О.А., Коваль А.Д., Степанова Л.П. Дос-лвдження важкотопкого брухту, що мютить вольфрам // Нош матерiали та технологи в металургп та машинобудуванш - 2007. - № 1. - С. 17 - 20.

5. Миркин Л.И. Справочник по рентгеноструктур-ному анализу - М.: Металлургия, 1978. - 678 с.

6. The formation of multi-domain precipitates in a Ni-W alloy /Zhao H., Weatherly G. C. // Acta Met. Et mater. - 1990. - 38, №11. - C. 2253-2260.

Поступила в редакцию 20.09.2007

Исследованы Ni-W лигатуры с различным содержанием тугоплавкого лома, который содержит около 80 % (масс.) вольфрама. Приведены типовые микроструктуры сплавов, результаты рентгеноспектрального и рентгеноструктурного исследований. Сделаны рекомендации по дальнейшему использованию лигатуры.

Investigated are Ni-W alloys with different content of a heat-proofscrap 80 % (by mass) tungsten-bearing. Alloys microstructures, results of X ray spectroscopy and the structure are given. Recommendations on further use of alloys are shown.