Высокотемпературные сплавные материалы и серия продуктов

Современные процессы подготовки высокотемпературных лигатур

Высокотемпературные сплавы, также называемые «суперсплавами», представляют собой класс металлических материалов, основанных преимущественно на железе, никеле или кобальте. Они способны к длительной эксплуатации при температурах выше 600 °C и под действием определенных нагрузок. Эти сплавы демонстрируют исключительно высокую температурную прочность, стойкость к окислению и горячей коррозии, а также благоприятные усталостные свойства, вязкость разрушения и другие комплексные эксплуатационные характеристики. «Мастер-сплав» (лигатура) — это очищенный материал (обычно поставляемый в виде прутков) с точно подобранным составом, предназначенный для процессов переплавки и литья.

В настоящее время для получения высокотемпературных лигатур широко применяется процесс вакуумной плавки и литья в металлические формы, как показано на схеме ниже. В существующем процессе литья в формы расплавленный металл сначала плавится, затем протекает через разливочный желоб и, наконец, поступает в металлическую форму, где затвердевает и приобретает заданную форму. Этот процесс подготовки позволяет производить высокотемпературные лигатуры с точным химическим составом. С помощью таких методов, как управление режимом плавки, керамическая фильтрация и проектирование пресс-форм, можно получать заготовки с превосходным металлургическим качеством и эксплуатационными характеристиками.

Высокотемпературные лигатуры обладают превосходной высокотемпературной прочностью и сопротивлением ползучести. В качестве примера рассмотрим высокотемпературную лигатуру К418: после точного контроля состава и очистной плавки ее химический состав должен соответствовать требованиям, указанным в таблице 1 (согласно стандартам GB/T 14992, GJB 5512.1 и HB 7763). После переплавки основного сплава в прецизионные литые испытательные прутки его механические свойства должны удовлетворять требованиям, изложенным в таблице 2.

Технические преимущества вакуумной плавки и литья высокотемпературных лигатур

В последние годы, чтобы соответствовать основной стратегической схеме Китая по энергетическому развитию авиационной, аэрокосмической двигательной и наземной газотурбинной промышленности, а также участвовать в быстром развитии применения автомобильных турбокомпрессоров — направленном на достижение энергосбережения, сокращение выбросов и улучшение экологической ситуации — требования к качеству материалов из высокотемпературных сплавов становятся все более строгими. Число производителей высокотемпературных сплавов в Китае ограничено, а уровень производства высокотемпературных легированных материалов отстает от уровня США и европейских стран, что создает высокий спрос на поставку экономически эффективных высокотемпературных лигатур.

Чтобы удовлетворить эту потребность, в 2016 году наша компания объединилась с китайской технологической фирмой для создания производственной линии VIM (вакуумно-индукционная плавка) для высокотемпературных лигатур, отличающейся формой, близкой к заданной, коротким технологическим циклом и низкими затратами. Линия оснащена вакуумными плавильными печами производительностью 500 кг, 300 кг и 50 кг соответственно. Благодаря компактной конструкции плавильной камеры и горизонтальной компоновке печей система обеспечивает точное управление рабочим вакуумом. Одновременно трехфазная электромагнитная система перемешивания обеспечивает плавное движение расплавленной ванны, обеспечивая равномерное растворение добавляемых элементов сверху вниз при поддержании практически постоянной температуры ванны.

Благодаря точному контролю давления и температуры на стадии нагрева изменчивость процесса сводится к минимуму, что обеспечивает стабильное распределение элементов и ограничивает содержание летучих компонентов в узком диапазоне. Кроме того, большая площадь поверхности расплавленной ванны (с соотношением диаметра ванны к глубине D/H > 1), обеспечиваемая печами VIM, повышает эффективность дегазации материала. Оборудование также оснащено трехфазным низкочастотным электромагнитным перемешивающим устройством, которое равномерно перемешивает расплав, ускоряет равномерное растворение легирующих элементов, поддерживает стабильную температуру ванны и снижает изменчивость состава между партиями.

Кроме того, для контроля качества продукции наша компания внедрила спектрометр прямого считывания SPECTROMAXx немецкого производства, который позволяет в режиме онлайн проверять состав сплава, контролировать содержание вредных элементов и азота, тем самым гарантируя качество эталонных сплавов. Наша компания также оснащена лабораторией механических характеристик, способной быстро тестировать сопротивление ползучести при высоких температурах, свойства на растяжение при высоких температурах и свойства на растяжение материалов при комнатной температуре.

Работы по вводу в эксплуатацию были полностью завершены в марте 2017 года, что позволило наладить серийное производство в промышленных масштабах. В настоящее время компания сертифицирована по системе менеджмента качества ISO9001, ее годовая производственная мощность составляет около 5000 метрических тонн высокотемпературных лигатур. Все технические показатели продукции проверены Национальным центром испытаний стальных материалов и соответствуют соответствующему стандарту металлургической промышленности YB/T 5248-93. По сравнению с традиционными процессами подготовки высокотемпературные лигатуры, полученные с помощью процесса VIM, обладают такими преимуществами, как превосходное металлургическое качество и низкое содержание включений.