Металлургия прецизионных сплавов

Грацианов Ю.А., Путимцев Б.Н., Молотилов Б.В.
Металлургия, 1975 г.

Ссылка доступна только зарегистрированным пользователям.
Грaцианов Ю.А., Путимцев Б.Н., Молотилов Б.В. Металлургия прецизионных сплавов

ВЛИЯНИЕ КАЧЕСТВА ШИХТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА СВОЙСТВА ПРЕЦИЗИОННЫХ СПЛАВОВ

Основными примесями, ухудшающими технологиче­скую пластичность и физические свойства большинства прецизионных сплавов, являются кислород, углерод, азот, сера и фосфор. Являясь примесями внедрения, дан­ные элементы имеют, как правило, ограниченную растворимость в железе, никеле, кобальте и в сплавах на их основе в твердом состоянии и значитель­ную — в металлических расплавах, поэтому раствори­мость данных примесей резко снижается в процессе кри­сталлизации и последующего  охлаждения металлов и сплавов. Следствием понижения растворимости приме­сей внедрения в металлах и сплавах является их выделе­ние в металлической матрице или по границам зерен в виде окислов, сульфидов, нитридов, карбидов, фосфидов или их комплексов (оксисульфиды, карбонитриды и т. д.).
В никеле, кобальте и в сплавах на их основе с желе­зом в отсутствие сильных карбидообразующих элемен­тов (например, хрома, ванадия, алюминия, вольфрама) углерод не образует карбидные фазы при медленных скоростях охлаждения, а выделяется в виде свободного графита. Азот в отсутствие нитридообразующих элемен­тов (титана, хрома и др.) может выделяться при кри­сталлизации металла в элементарном состоянии, форми­руясь в крупные пузыри и образуя вместе с водородом газовые поры и раковины в отливках.
Вредное действие примесей внедрения проявляется в металлах и в сплавах в двух направлениях: ухудшает­ся технологическая пластичность металла при металлур­гическом переделе (ковка, прокатка, волочение) и сни­жается уровень характерных для каждого класса сплава физических свойств и служебных характеристик.
Механизм взаимодействия примесей внедрения с ме­таллической матрицей (образование дефектов в кри­сталлической решетке, создание внутренних напряжений, изменение магнитной структуры и т. д.) весьма сложен и достаточно подробно разобран применительно к маг­нитным сплавам (см. гл. II).
В настоящей главе рассматривается влияние примес­ных элементов на некоторые технологические и физиче­ские свойства сплавов для обоснования выбора исходных шихтовых материалов для выплавки сплавов высокого качества.
Для прецизионных сплавов, характеризующихся мак­симальным уровнем физических свойств и служебных характеристик в узком интервале химического состава поосновным легирующим элементам, характерна боль­шая чувствительность свойств к различного рода дефек­там и к примесям. Поэтому потенциальные возможности сплавов в значительной мере закладываются в процессе ихвыплавки и кристаллизации, когда формируются основнаямасса примесей и вид примесей.
Наиболее чувствительными характеристиками фер­ромагнитных материалов к примесным элементам явля­ются магнитная проницаемость и коэрцитивная сила. Например, для железа максимальные значения магнит­ной проницаемости и самые низкие значения коэрцитив­ной силы достигаются только после длительного высоко­температурного отжига в водороде (табл. 23), когда ме­талл наиболее полно рафинируется от   таких примесей, как кислород, азот, углерод и сера.
Высокий уровень магнитных свойств железоникеле­вых сплавов типа 50Н и 79НМ также обеспечивается при их окончательной термообработке в водороде [93].
Свойства прецизионных сплавов и электротехниче­ских сталей сильно зависят от чистоты исходной метал­лической шихты, что в значительной мере связано с ме­тодом производства шихтовых материалов. Уровень маг­нитных свойств технически чистого железа, используе­мого для выплавки прецизионных сплавов, зависит, по данным [36, с. 252—257], от общего содержания приме­сей и от характера примесей, вносимых с исходной ших­той; поэтому улучшение свойств при снижении содержа­ния примесных элементов четко прослеживается только для родственных по методу изготовления видов шихты железа. Аналогично изменяются и свойства некоторых других магнитных сплавов на основе железа, например 16ЮХ.
Применение при выплавке сплавов сопротивления различных по методу изготовления марок никеля и хро­ма сильно сказывается на сроке службы нагревателей в условиях циклического нагрева. Лучшими свойствами обладают сплавы, выплавленные на карбонильном нике­ле (никель марки «Монд») и на алюмотермическом хроме (табл. 24).
Более низкие показатели службы нагревателей из сплавов Х20Н80 и Х20Н70МЮ, приготовленных на элек­тролитическом хроме, связаны, по-видимому, с несовер­шенством технологии рафинирования хрома от кислоро­да и серы. Электролитический рафинированный хром при современном уровне производства является наиболее чистым материалом по содержанию примесей.
Стабильное воспроизведение прецизионных сплавов с высоким уровнем физических свойств и служебных ха­рактеристик при хорошей их технологичности на всех стадиях металлургического передела обеспечивается только при заданном низком содержании примесей в чи­стой металлической шихте и в оборотном металлоломе из сплавов аналогичных марок. Исследуя пластичность хромоникелевых сталей, авторы работы [139] установи­ли, что высокий уровень механических свойств металла достигается при применении наиболее чистых по приме­сям шихтовых материалов, в частности никеля HIи феррохрома ФХ0000, а также при использовании в плавке до 50% отходов стали из тех же шихтовых ма­териалов. Применение отборного электропечного метал­лолома вместо рядового при производстве электротехни­ческих сталей позволяет значительно снизить брак ме­талла на всех стадиях металлургического передела.