7.2.1. Плавка чистого никеля

В большинстве случаев для плавки чистого никеля выбирают индукционные тигельные или канальные печи, которые обеспечивают высокую скорость нагрева и плавления. Никель для вакуумной техники необходимо плавить в вакуумных индукционных печах.

Футеровка индукционных печей должна быть основная или нейтральная. Набивная футеровка выполняется из плавленого магнезита и 2 % буры или борной кислоты. Можно использовать пластичную массу состава: 80 % магнезита, 8 % жидкого стекла и 12 % воды. Можно использовать графитовые или графитошамотные тигли. Поверхность таких тиглей рекомендуется покрыть магнезитовой обмазкой, чтобы избежать насыщения расплава углеродом и образования карбидов легирующих элементов.

В качестве шихты используют катодный никель марок Н-0 и Н-1 и крупный собственный возврат в количестве до 50 %. Катоды режут на куски с размерами 150 × 150 мм. Листы с шишковатыми наростами, указывающими на повышенное содержание водорода, должны быть отбракованы.

На дно тигля сначала загружают отходы и плавят их под слоем флюса (бой стекла, плавиковый шпат, известь, магнезит). Расход флюсов от 3 до 5 % от массы шихты. При этом толщина слоя составляет 10 – 15 мм. После расплавления отходов начинают вводить катодный никель. Температуру расплава доводят до 1500 -1600 ^оС и приступают к раскислению и десульфурации. Основным раскислителем является углерод. Его вводят с первой порцией шихты в виде графита (бой, стружка и др.) или лигатуры никель-углерод (1,5 – 2 % С). Избыток углерода придает никелю хрупкость. Поэтому при помощи углерода удаляют основное количество кислорода, а его остаток – кремнием, марганцем, магнием. Углерод вводят в количестве 0,05 – 0,1 %, кремний 0,07 – 015 %, марганец 0,05 – 0,2 %, магний 0,05 – 0,1 %. На практике удобнее использовать комплексные раскислители, содержащие все четыре раскислителя в соотношении 1:1,5:1,5:1. Общее количество такого комплексного раскислителя принимают в количестве 0,18 – 0,22 % от массы расплава.

После раскисления металл перемешивают никелевой мешалкой, выдерживают и после небольшой выдержки разливают по формам при температуре 1550 – 1650 ^оС.

Если для плавки используют загрязненную шихту с большим количеством отходов, то примеси удаляют путем окисления. Для этого сдвигают флюс и в расплав вводят закись никеля. После окисления примесей необходимо раскислить расплав комплексным раскислителем. Степень раскисления определяют при помощи технологической пробы. В графитовую форму заливают слиток диаметром 20 мм и наблюдают за его затвердеванием. Если он дает усадку, то металл раскислен. Если наблюдается рост поверхности слитка, то необходимо дополнительное раскисление.

7.2.2. Плавка жаростойких и коррозионно-стойких никелевых сплавов

Эти сплавы можно выплавлять в открытых печах, поэтому технология плавки аналогична технологии плавки чистого никеля. При плавке сплавов в контакте с воздухом происходит окисление расплава и насыщение водородом. Как следствие, металл загрязняется твердыми нерастворимыми включениями оксидов легирующих элементов (TiO₂, Cr₂O, BeO и др.), образуются газовые раковины и пористость в отливках. Для получения наиболее ответственных отливок рекомендуется плавка в вакуумных печах. Для всех прочих сплавов можно использовать открытые индукционные тигельные, индукционные канальные и электродуговые печи

Для предохранения взаимодействия с газами применяют флюсы в количестве от 2 до 5 % от массы расплава. Состав наиболее употребительных флюсов приведен в таблице 16.

Флюсы не дают полной защиты от насыщения расплава водородом. С этой целью можно вести плавку под окислительным шлаком (MnO₂ + CuO + Na₂CO₃ + SiO₂) с последующим раскислением до введения легкоокисляющихся легирующих компонентов. Перед разливкой рекомендуется проведение дегазации продувкой нейтральными или инертными газами.

Таблица 16

Состав флюсов для плавки никелевых сплавов

Номер	Состав, % (по массе)	Назначение
1 2 3 4 5	100 СаО 50 СаО; 50 CaF2 70 CaO; 30 CaF2 50 CaF2;50 Mg F2 42 СаО; 25 SiO2;33 CaF2	Покровно-рафинирующие
6 7	100 бой бутылочного стекла 30 MnO2; 30 NiO; 20 Fe2O3;20 SiO2	Покровные

Для измельчения зерна отливок и повышения уровня эксплуатационных свойств некоторые жаропрочные сплавы подвергают модифицированию присадками бора (0,01 – 0,03 %) и циркония (0,03 – 0,1 %).

При плавке в любых печах сначала загружают никель и крупные кусковые отходы и плавят их под флюсами 1, 2 или 3 (см. табл. 16). Флюсы в дуговые печи вводят отдельными порциями, чтобы уменьшить науглераживание расплава. После полного расплавления вводят лигатуры и чистые металлы и нагревают расплав до полного растворения тугоплавких элементов. Затем проводят рафинирование и раскисление марганцем (0,25 %), алюминием (0,3 – 0,5 %), титаном (0,01 – 0,15 %). Модифицирующие присадки циркония и бора вводят перед разливкой.