Химический состав сплавов

Интенсивное испарение металлов, происходящее при наличии разрежения над жидкой ваппой, оказывает определенное влияние на химический состав сплава. Поэтому при плавке в вакууме существенное значение имеет воспроизводимость химического состава сплава от одной плавки к другой. В работе [43] был проведен ряд анализов сплава удимет-500 па образцах, взятых до и после переплавления сплава в вакууме 10^-3 мм рт. ст. при продолжительности цикла плавки и заливки 25 мин. Исследованием установлено, что изменение химического состава отливок из переплавленного в вакууме сплава находится в пределах точности лабораторного анализа. Типичные результаты полученных химических анализов приведены в табл. 4. Анализы других сплавов, переплавленных в вакууме, показали примерно те же результаты. Данные химического анализа сплава на никельхромовой основе, содержащего в своем составе алюминий, титан, кобальт и другие элементы, переплавленного в широком диапазоне вакуума с 10 ¹ по Ю^-5 мм рт. ст,, показывают следующее. Содержание алюминия и хрома практически не изменяется при переплаве в вакууме до 10~² мм рт. ст. и незначительной выдержке под этим разрежением. При разрежении 10^-3 лш рт. ст. и выдержке 40—50 мин. уменьшение содержания алюминия и хрома становится ощутимым. С дальнейшим увеличением разрежения содержание алюминия и хрома продолжает уменьшаться (фиг. 6 и 7), Содержание титана практически не изменяется при переплаве сплава в диапазоне разрежений с 10^-! по IO-⁶ мм рт. ст. (фиг. 7). Содержание углерода уменьшается в среднем па 0,05% при переплаве сплава под разрежением 10~³ мм рт. ст. и на 0,1% в случае переплава в вакууме 10^-5 мм рт. ст. Па содержание углерода в сильной степени влияют температура и время выдержки расплавленного металла в вакууме (табл. 5). В целях компенсации уменьшившегося содержания углерода его- обычно вводят в расплав в виде графитового боя за несколько минут до слива металла в форму. Вольфрам, молибден и кобальт, имеющие высокие температуры плавления и низкие упругости паров, не изменяют существенно своего содержания при переплаве сплава под разрежением 10^-3 л.и рт. ст. и выше (фиг. 8). Известно, что в жаропрочных сплавах па никельхромовой основе присутствие таких элементов, как железо, марганец, кремний, медь, является нежелательным, так как наличие их снижает свойства сплава.

Таблица 5

Влияние температуры и времени выдержки расплавленного металла в вакууме 5-10—³ мм рт. ст. па угар углерода

Таким образом, жаропрочные сплавы и стали, содержащие хром, никель, алюминий, титан, молибден, вольфрам и кобальт, можно переплавлять в вакууме до Ю^-3 мм рт. ст. при продолжительности цикла плавки около 20 мин. без изменения химического состава. Исключение составляет углерод, уменьшение содержания которого необходимо компенсировать. Как показывает практика работы заводов, при отработке режима плавки по температуре, времени выдержки и величине вакуума сплав получается с заданным содержанием углерода и других элементов без каких-либо затруднений. Одним из важных качеств вакуумной плавки является то обстоятельство, что опа дает возможность уменьшить колебание процентного содержания таких химически активных элементов, как алюминий и титан.

По данным отечественных и зарубежных исследователей, при выплавке жаропрочных сплавов в вакууме содержание алюминия и титана может быть выдержано с точностью ±0,1% и даже с более узкими пределами. Если при выплавке сплава в атмосфере воздуха для алюминия устанавливается разница в верхнем и нижнем пределах процентного содержания 1,3% и для титана 0,8%, то при выплавке в вакууме она составляет для обоих элементов 0,2%; это означает, что отклонение содержания алюминия и титана от расчетного состава будет составлять ±0,1% (фиг. 10). Это обстоятельство имеет немаловажное значение, так как известно, что жаропрочность сплавов, содержащих алюминий и титан, зависит от строго регулируемого соотношения этих элементов. Вторым качеством вакуумной плавки, положительно влияющим на химический состав и свойства сплава, является удаление примесей. Наиболее чистым по примесям сплав получается при выплавке его из исходных компонентов высокой чистоты непосредственно в вакууме.