RU2425167C2 - Способ контроля лигатур для титановых сплавов - Google Patents
Способ контроля лигатур для титановых сплавов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2425167C2 RU2425167C2 RU2009137685/02A RU2009137685A RU2425167C2 RU 2425167 C2 RU2425167 C2 RU 2425167C2 RU 2009137685/02 A RU2009137685/02 A RU 2009137685/02A RU 2009137685 A RU2009137685 A RU 2009137685A RU 2425167 C2 RU2425167 C2 RU 2425167C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- alloy
- inclusions
- ligature
- titanium
- control
- Prior art date
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 17
- 239000003870 refractory metal Substances 0.000 claims abstract description 10
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 5
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims description 5
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 abstract description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 abstract description 7
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003556 assay Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 8
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 8
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 6
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 5
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 4
- 238000003908 quality control method Methods 0.000 description 4
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000004125 X-ray microanalysis Methods 0.000 description 2
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 2
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000002601 radiography Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к универсальной технологии контроля наличия в лигатуре для титановых сплавов включений, представляющих собой частицы интерметаллидных соединений, обогащенных тугоплавкими элементами, либо входящих в состав лигатуры нерастворенных в расплаве чистых тугоплавких металлов. Изготавливают пробы путем выплавки опытного слитка из шихты, содержащей лигатуру для титанового сплава и дополнительного компонента в виде губчатого титана, который образует с лигатурой гомогенный сплав, при этом количество контролируемой лигатуры в сплаве составляет от 10 до 50 мас.%, изготавливают из опытного слитка образец и проводят рентгенографический контроль на наличие входящих в состав лигатуры включений, содержащих тугоплавкие металлы, и осуществляют по результатам рентгенографического контроля микрорентгеноспектральный анализ состава выявленных включений. Изобретение позволяет проводить более качественный контроль лигатуры для титановых сплавов.
Description
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для эффективного контроля лигатур для титановых сплавов. В настоящее время во многих отраслях промышленности, таких как биомедицинская или авиационно-космическая, детали конструкций находятся в тяжелых условиях работы и поэтому их часто выполняют из сплавов титана. При изготовлении деталей ответственных частей конструкции значительную роль играет контроль качества, поскольку отказ таких частей конструкции может привести к катастрофическим разрушениям сложной системы, а также к иным потерям. При контроле качества одной из наиболее важных проблем для сплавов являются включения, связанные с процессом плавки.
Наиболее распространенным способом выплавки титановых сплавов на сегодняшний день является вакуумная дуговая плавка (ВДП) (Плавка и литье титановых сплавов / Андреев А.Л., Аношкин Н.Ф., Бочвар Г.А. и др. - М.: "Металлургия", 1994 г. стр.224-230). Процесс ВДП заключается в переплаве расходуемых электродов на слиток в водоохлаждаемом кристаллизаторе электрической дугой при давлении 0,06-0,6 Па. Расплав, который образуется в глухом кристаллизаторе при сплавлении расходуемого электрода, рафинируется от газовых и летучих включений за счет поддержания вакуума.
Основным недостатком при плавке расходуемого электрода в глухой кристаллизатор является возможность появления в слитках включений, образовавшихся из кусочков шихты, имеющих более высокую плотность и температуру плавления, чем основной металл. К ним, помимо газонасыщенных (с высоким содержанием азота и кислорода) включений губки, относятся и отдельные обогащенные тугоплавкими элементами (вольфрам, молибден, ниобий) частицы лигатур. Несмотря на тщательную подготовку и контроль качества шихтовых материалов, при нарушении нормального технологического процесса такие кусочки могут оказаться в шихте. Попадая в зону действия электрической дуги, они частично расплавляются и растворяются в основном металле, а нерастворившаяся их часть попадает в ванну жидкого металла и под воздействием разницы плотностей погружается на дно ванны, вмерзая в кристаллизующийся металл и образуя включения в слитке.
Таким образом, совмещение в кристаллизаторе зон расплавления и затвердевания металла при использовании расходуемого электрода, обеспечив простоту конструктивного оформления процесса плавки, обусловило одновременно возникновение одной из негативных сторон процесса - отсутствие гарантии получения слитков без включений. Для повышения надежности устранения дефектов такого вида слитки, предназначенные для изготовления, например, роторных деталей изготавливают тройным переплавом. Однако и это не дает 100%-ную гарантию отсутствия тугоплавких включений в изделиях.
При вакуумно-дуговой выплавке титана введение легирующих элементов осуществляется на стадии изготовления расходуемых электродов. Шихта вводится в виде сыпучих компонентов и равномерно распределяется по всему объему прессованного электрода.
В промышленности получили широкое распространение две технологии изготовления многокомпонентных лигатур, включающие тугоплавкие компоненты. Первая осуществляется за одну стадию - алюминотермия, вторая включает две стадии - алюминотермия + сплавление компонентов в плавильном агрегате.
Самопроизвольное протекание процесса алюминотермии возможно при условии более высокой термодинамической прочности окисла Аl по сравнению с окислами восстанавливаемых металлов, а тепловой эффект восстановления превышает то количество тепла, которое необходимо для расплавления продуктов реакции, нагрева жидкого расплава до требуемой температуры и компенсации тепловых потерь от начала до окончания процесса формирования слитка. Этот процесс не стабилен и при восстановлении окислов тугоплавких металлов существует достаточно большая вероятность образования в полученной лигатуре включений, представляющих собой частицы интерметаллидных соединений, обогащенные тугоплавкими элементами, либо входящие в состав лигатуры нерастворенные в расплаве чистые тугоплавкие металлы, такие как Мо, W, Та, Nb.
Распознать эти включения в лигатуре рентгенконтролем чрезвычайно затруднительно, так как плотность основной массы материала компонентов лигатуры и вышеуказанных включений близки между собой и их идентификация не представляется возможной. На сегодняшний день не существует других методов неразрушающего контроля лигатур на наличие частиц чистого тугоплавкого металла.
Известен способ подготовки порошкообразной пробы для рентгеноспектрального анализа, включающий сплавление исследуемой пробы с флюсом в тигле, после чего полученный расплав формуют с помощью соответствующей формы и подвергают рентгенконтролю (патент РФ № 2152018, МПК G01N 1/44, опубл. 27.06.2000).
Способ позволяет значительно повысить точность рентгеноспектрального анализа.
Способ имеет узкую специфику, предназначен для проведения рентгеноспектрального анализа горных пород и не может быть использован для контроля лигатур для титановых сплавов.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является создание единой гибкой универсальной технологии контроля на наличие в лигатуре для титановых сплавов включений, представляющих собой частицы интерметаллидных соединений, обогащенных тугоплавкими элементами, либо входящих в состав лигатуры нерастворенных в расплаве чистых тугоплавких металлов.
Техническим результатом данного способа является приобретение возможности проведения контроля качества лигатуры для титановых сплавов.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе контроля наличия и состава включений, содержащих тугоплавкие металлы в лигатуре для титановых сплавов, характеризуется тем, что изготовление пробы путем выплавки опытного слитка из шихты, содержащей лигатуру из титанового сплава и дополнительного компонента в виде губчатого титана, который образует с лигатурой гомогенный сплав, при этом количество контролируемой лигатуры в сплаве составляет от 10 до 50 мас.%, изготовление из опытного слитка образца и проведение рентгенографического контроля на наличие входящих в состав лигатуры включений, содержащих тугоплавкие металлы, и проведение по результатам рентгенографического контроля микрорентгеноспектрального анализа состава выявленных включений.
Сущность изобретения состоит в том, что титан образует с лигатурой гомогенный сплав, плотность которого гораздо ниже плотности лигатуры. В полученном расплаве нерастворенные твердые частицы лигатуры надежно идентифицируются рентгеноконтролем. Изготовление образцов с содержанием в сплаве лигатуры ниже 10% экономически нецелесообразно. При содержании лигатуры в сплаве более 50% возможно ее неполное растворение в расплаве, при этом нерастворенные частицы лигатуры будут определены как тугоплавкие включения, что приведет к дополнительным затратам времени на исследование индикаций и установление их природы.
Пример конкретного выполнения.
В соответствии с изобретением были проведены исследования лигатуры для титанового сплава состава Al-Sn-Zr-Mo (содержание Мо>35%). Двойным ВДП были выплавлены 2 лабораторных слитка массой 17 кг. В шихту слитков вовлекалась лигатура в количестве 25% от массы слитка и титановая губка в количестве 75% от массы слитка. Титан губчатый проконтролировали на наличие молибденовых включений. Контроль установил отсутствие включений молибдена в титановой губке. Из опытных слитков ковкой были изготовлены шайбы толщиной менее 30 мм для последующего рентгенографического контроля на наличие включений высокой плотности. Шайбы подвергали рентгенографическому контролю на наличие включений повышенной плотности. На первой шайбе зафиксировано 5 индикаций, на второй шайбе 3 индикации. По результатам рентгеноконтроля на шайбах были отмечены места расположения включений и изготовлены образцы.
Из вырезанных образцов изготовили микрошлифы для проведения микрорентгеноспектрального анализа. Микрорентгеноспектральный анализ включений установил, что среди них есть частицы (включения) размерами от 1 до 3 мм. Включения состоят из молибдена (100%), а также незначительного количества титана (< 0,1), алюминия (< 0,1) и железа (< 0,1).
Следует иметь в виду, что приведенный пример конкретного исполнения не ограничивает объем изобретения и что различные вариации использования предложенного способа контроля очевидны для специалиста и охватываются данным изобретением, объем которого определяется формулой изобретения.
Предлагаемое изобретение эффективно для контроля наличия в лигатуре для титановых сплавов включений, представляющих собой частицы интерметаллидных соединений, обогащенных тугоплавкими элементами, либо входящих в состав лигатуры нерастворенных в расплаве чистых тугоплавких металлов.
Claims (1)
- Способ контроля наличия и состава включений, содержащих тугоплавкие металлы, в лигатуре для титановых сплавов, характеризующийся тем, что изготавливают пробы путем выплавки опытного слитка из шихты, содержащей лигатуру для титанового сплава и дополнительного компонента в виде губчатого титана, который образует с лигатурой гомогенный сплав, при этом количество контролируемой лигатуры в сплаве составляет от 10 до 50 мас.%, изготавливают из опытного слитка образец, проводят рентгенографический контроль на наличие входящих в состав лигатуры включений, содержащих тугоплавкие металлы, и осуществляют по результатам рентгенографического контроля микрорентгеноспектральный анализ состава выявленных включений.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009137685/02A RU2425167C2 (ru) | 2009-10-12 | 2009-10-12 | Способ контроля лигатур для титановых сплавов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009137685/02A RU2425167C2 (ru) | 2009-10-12 | 2009-10-12 | Способ контроля лигатур для титановых сплавов |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2009137685A RU2009137685A (ru) | 2011-04-20 |
| RU2425167C2 true RU2425167C2 (ru) | 2011-07-27 |
Family
ID=44050935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009137685/02A RU2425167C2 (ru) | 2009-10-12 | 2009-10-12 | Способ контроля лигатур для титановых сплавов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2425167C2 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2614023C1 (ru) * | 2015-11-05 | 2017-03-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ неразрушающего контроля термодеформационной обработки полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов на перегрев методом рентгеноструктурного анализа |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1279982A (en) * | 1969-11-09 | 1972-06-28 | Stanelco Thermatron Ltd | Improved crucible |
| DE3141312C2 (ru) * | 1981-10-17 | 1989-08-10 | Leybold Ag, 6450 Hanau, De | |
| RU2152018C1 (ru) * | 1999-02-09 | 2000-06-27 | Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им. Н.М. Федоровского | Способ подготовки порошкообразной пробы для рентгеноспектрального анализа |
| RU2288287C2 (ru) * | 2005-01-21 | 2006-11-27 | ОАО "Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение" (ВСМПО) | Вакуумная дуговая гарнисажная печь |
| RU2317343C2 (ru) * | 2005-10-14 | 2008-02-20 | ОАО "Корпорация ВСМПО-АВИСМА" | Способ получения слитков |
-
2009
- 2009-10-12 RU RU2009137685/02A patent/RU2425167C2/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1279982A (en) * | 1969-11-09 | 1972-06-28 | Stanelco Thermatron Ltd | Improved crucible |
| DE3141312C2 (ru) * | 1981-10-17 | 1989-08-10 | Leybold Ag, 6450 Hanau, De | |
| RU2152018C1 (ru) * | 1999-02-09 | 2000-06-27 | Всероссийский научно-исследовательский институт минерального сырья им. Н.М. Федоровского | Способ подготовки порошкообразной пробы для рентгеноспектрального анализа |
| RU2288287C2 (ru) * | 2005-01-21 | 2006-11-27 | ОАО "Верхнесалдинское металлургическое производственное объединение" (ВСМПО) | Вакуумная дуговая гарнисажная печь |
| RU2317343C2 (ru) * | 2005-10-14 | 2008-02-20 | ОАО "Корпорация ВСМПО-АВИСМА" | Способ получения слитков |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| АНДРЕЕВ А.Л. и др. Плавка и литье титановых сплавов. - М.: Металлургия, 1994, с.224-230. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2614023C1 (ru) * | 2015-11-05 | 2017-03-22 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" | Способ неразрушающего контроля термодеформационной обработки полуфабрикатов из двухфазных титановых сплавов на перегрев методом рентгеноструктурного анализа |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2009137685A (ru) | 2011-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Gomes et al. | Induction melting of γ-TiAl in CaO crucibles | |
| RU2463365C2 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКА ПСЕВДО β-ТИТАНОВОГО СПЛАВА, СОДЕРЖАЩЕГО (4,0-6,0)% Аl, (4,5-6,0)% Мo, (4,5-6,0)% V, (2,0-3,6)% Cr, (0,2-0,5)% Fe, (0,1-2,0)% Zr | |
| BR112017027935B1 (pt) | Métodos de fusão e refino de liga | |
| CN105886807B (zh) | 一种高强度耐磨合金Cu‑15Ni‑8Sn的制备方法 | |
| Gao et al. | Investigation on the formation mechanism of non-metallic inclusions in high-aluminum and titanium-alloyed Ni-based superalloy | |
| Duan et al. | Investigation of desulfurization of Inconel 718 superalloys by ESR type slags with different TiO2 content | |
| Moshtaghi et al. | Effect of vacuum degree in VIM furnace on mechanical properties of Ni–Fe–Cr based alloy | |
| RU2673589C2 (ru) | СПОСОБ РАСКИСЛЕНИЯ СПЛАВА Ti-Al | |
| RU2425167C2 (ru) | Способ контроля лигатур для титановых сплавов | |
| Sidorov et al. | Removal of a sulfur impurity from complex nickel melts in vacuum | |
| Chang et al. | Evolution of inclusions in Inconel 718 superalloy during vacuum induction melting with 30% Inconel 625 revert | |
| JPH09241767A (ja) | 超耐熱合金の消耗電極式再溶解法 | |
| RU2576288C1 (ru) | Способ получения интерметаллидных сплавов на основе алюминида титана с повышенным содержанием ниобия | |
| RU2860206C2 (ru) | Способ получения заготовок из прецизионного мартенситно-стареющего сплава 21нкмт на основе железа | |
| RU2851153C1 (ru) | Способ получения слитка из жаропрочного сплава ВЖ 718 диаметром более 400 мм | |
| JP2021095620A (ja) | チタン合金鋳塊 | |
| Zaviar et al. | Effect of grain refiner (0 to 1 wt.% Al-5Ti-B) addition on the microstructural and hardness characteristics of Al 336 alloy | |
| RU2288287C2 (ru) | Вакуумная дуговая гарнисажная печь | |
| Friedrich et al. | Recycling of titanium-aluminide scrap | |
| RU2837322C1 (ru) | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКА ИЗ ТИТАНОВОГО СПЛАВА Ti-6Al-4V | |
| RU2154683C1 (ru) | Способ получения слитков вакуумной дуговой гарнисажной плавкой | |
| RU2317343C2 (ru) | Способ получения слитков | |
| Reitz et al. | Fundamentals of desoxidation behaviour of Ti-alloys by chamber ESR with Ca-reactive slags | |
| RU2238992C1 (ru) | Способ получения ниобиевых слитков | |
| RU2675010C1 (ru) | Способ получения слитков сплава на основе титана |