Вакуумная металлургия

сразу указывали на допущенные ошибки. В настоящем исследовании полу­ чены исчерпывающие результаты по методике подготовки образцов дефор­ мированного металла.

Весьма полезным оказалось исследование поверхности металла с помощью красной краски. На поверхности полированных образцов часто выступают крупные неметаллические включения, не окрашиваемые красной краской. Обычно считается, что наличие 4 или менее точек, беспорядочно расположенных на поверхности образца после снятия краски, указывает на незначительность дефектов в образце.

Такая проверка поверхности образцов, полученных из кованого металла, оказалась весьма полезной.

Механические свойства литого сплава

Данные о свойствах литого сплава подверглись статистической обработке; ниже сравниваются свойства литого и деформированного металла. На фиг. 7 показаны предел прочности при растяжении, попе­ речное сужение и относительное удлинение в зависимости от температуры

для сплава юдимет-500, отлитого в вакууме. Сравнивая фиг. 4 и 7, можно заметить, что предел прочности при растяжении литого сплава значитель­ но ниже предела прочности кованого сплава, однако пластичность их примерно одинакова, что является довольно неожиданным.

Общий вид кривых одинаков для обоих материалов, включая нижнюю часть кривых пластичности в интервале температур 705—870°.

При рассмотрении полученных результатов необходимо иметь в виду, что для литого и деформируемого металлов применялась ра личная термическая обработка. Кованые прутки подвергались стандартной термообработке: закалка с 1080° и старение при 895° в течение 24 час. и при 760° в течение 16 час. Литой металл подвергался закалке с 1150° с выдержкой в течение 4 час. и старению при 1080° в течение 4 час. и при 760° в течение 16 час. Во всех случаях охлаждение проводилось на воздухе.

На ряде графиков (фиг. 8—14) представлены данные о свойствах сплава юдимет-500 при кратковременном растяжении и испытании на длительную прочность. На фиг. 8 представлен предел прочности при растяжении (температура испытания — 650°). На фиг. 9 дано изменение предела ползучести при 650°. На фиг. 10 показано относительное удлине­ ние литого сплава юдимет-500 при 650°. На фиг. 11 показано поперечное сужение образца при 650°. На фиг. 12 представлены результаты испытаний на длительную прочность при температуре 927° и напряжении 17,5 кг/ммг. Термообработка: 1150°, выдержка 4 часа, охлаждение на воздухе 1080°,

Ф и г.' 14. Кривые удлинение — время, полученные путем измерения общего удлинения механическим индикатором, смонтированным с помощью рычажного механизма на разрывной машине. Условия проведения опыта: темпе­ ратура 927°, напряжение 17,5 кг/мма.

выдержка 4 часа, охлаждение на воздухе 760°, выдержка 16 час., охлаж­ дение на воздухе. На фиг. 13 показано поперечное сужение образца при испытании на длительную прочность. Условия термообработки те же, что и для фиг. 12. На фиг. 14 представлены кривые удлинение — время при испытании на длительную прочность образца из сплава юдимет-500, отлитого в вакууме.

Данные, полученные в настоящем исследовании, показывают, что температура термической обработки на твердый раствор литого образца несколько выше, чем кованых прутков. Кроме того, установлено, что более высокая температура заливки форм по сравнению с температурой разливки деформируемого сплава не вызывает образования грубозерни­ стой структуры. Опытами установлено, что старение отливок возникает при температуре 1080°, т. е. при температуре термической обработки на твердый раствор кованых образцов. Исследования показали, что пред­ положение о повышении длительной прочности за счет увеличения разме­ ров зерна является несостоятельным, так как среднее значение времени до разрыва образцов одинаково как для мелкозернистой, так и для грубо­ зернистой структуры.

Таким образом, литая структура для данного сплава (а возможно, и большинства подобных сплавов) является лучшей при испытаниях на длительную прочность по сравнению со структурой деформирован­ ного металла при условии примерно одинаковых размеров зерна.

Ковка сплава юдимет-500 должна проводиться в узком интервале температур (1095—1150°). Температура начала плавления 1250°. При умеренных напряжениях изделия из сплава хорошо работают при 955°, а в случае литой структуры — при температуре около 1000°. Очевидно, что в данном сплаве весьма полно используются его потенциальные возможности.

В настоящее время имеются и другие сплавы с подобными свойствами, рассмотрение которых здесь не приводится. Разрабатываются также сплавы с еще большими потенциальными возможностями. За последние 5 лет кривая повышения температуры жаропрочных сплавов несколько идет вверх. Надо полагать, что температура устойчивой работы сплава в 1065° не является пределом. Причиной, вызывающей улучшение всех свойств сплава юдимет-500 при выплавке его в вакууме, является упрочне­ ние границ зерна.

Трудно оценить роль, которую играет вакуумная плавка в улучше­ нии свойств сплавов. Одно лишь ясно: вакуум является хорошим сред­ ством контроля плавки. Необходимо заметить, однако, что вакуумная плавка не может служить панацеей от всех неполадок технологического процесса получения сплава. Параллельно необходимо использовать и другие возможные средства.

В настоящее время трудно сказать, что является наиболее перспектив­ ным процессом — вакуумная индукционная или вакуумная дуговая плавка с расходуемым электродом. Трудно решить этот вопрос еще и пото­ му, что его экспериментальное исследование связано с капитальными затратами.

Применение вакуумной индукционной или вакуумной дуговой плавки зависит от ряда особенностей, например температуры плавления сплава, его использования для деталей, работающих при статических или динами­ ческих нагрузках, основы сплава и т. д.

Для решения вопроса о применении того или иного вида плавки в каждом конкретном случае необходимы дополнительные исследования. Можно утверждать, однако, что оба вида плавки в будущем получат распространение, причем вес плавок может быть самым различным.

СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА

А. А к с о й

Потребность в металлах и сплавах с улучшенными свойствами в настоящее время непрерывно возрастает. Для производства, на­ пример, подшипников, работающих в специальных условиях, требу­ ется чрезвычайно чистая сталь. Одни авиаконструкторы изыскивают стали с хорошей пластичностью в поперечном направлении и вяз­ костью, а также пределами прочности от 180 до 210 кг/мм2. Другие интересуются сплавами с высокой ударной вязкостью, с лучшими сопротивлением коррозии и обрабатываемостью для некоторых при­ менений, например для пружин авиационных клапанов, штампов, шестерен, частей оружия и т. д. Наиболее эффективным процессом, удовлетворяющим этим требованиям, в последние годы является ваку­ умная плавка.

При производстве сплавов на основе железа вакуумная плавка поло­ жительно решает следующие основные проблемы технологического процесса :

1)понижение содержания газов;

2)повышение чистоты;

3)получение структуры слитка, относительно свободной от сегре­

гации;

4)осуществление контроля состава в очень узких пределах;

5)получение сплавов, которые практически невозможно выплавить или прокатать после плавки обычными методами.

Вредное влияние газов и других включений, а также сегрегация в металлах и сплавах хорошо известны. Наибольшее значение в про­ изводстве сплавов на основе железа имеют водород, кислород и азот. Водород вызывает появление хрупкости и флокенов. Кислород повышает температуру перехода из хрупкого в пластичное состояние и образует различные типы включений в зависимости от способа раскис­ ления. Азот неблагоприятно действует на старение, усталость и проч­ ность. Такие свойства, как усталость и ударная вязкость, очень сильно зависят от наличия включений. Осевая сегрегация влияет на механи­ ческие свойства металла.

Для некоторых сплавов, таких как эвар (Avar) и сильвак (Sealvac), состав должен контролироваться в очень узких пределах для достижения желаемых характеристик теплового расширения. В дру­ гих случаях потеря активных легирующих элементов в процессе вы­ плавки должна предотвращаться для сохранения постоянствахими­ ческого состава или повышения воспроизводимости необходимых свойств материала.

Одним из преимуществ выплавленных в вакууме сплавов является их хорошая обрабатываемость. Такие сплавы, как J-1300, альфенол, терменол и нержавеющая сталь с высоким содержанием бора, не поддаются механической обработке, если они выплавлены методами обычной техно-

Сравнение результатов плавки

логии. Можно достичь решения в той или иной степени одной или нескольких перечисленных выше проблем при использовании следующих операций технологического процесса:

1)дегазация в вакууме;

2)вакуумная индукционная плавка;

3)вакуумный дуговой переплав (плавка с расходуемым электродом). В табл. 1 дается сравнение результатов плавки металла в вакууме и

на воздухе. Цель этой таблицы — показать преимущества материалов, выплавляемых в вакууме, по сравнению с материалом, выплавляемым на воздухе. Следует отметить, что отсутствие сегрегации в результате дуго­ вого переплава в вакууме нельзя приписать непосредственно применению вакуума — его следует отнести скорее к особенностям кристаллизации в вакуумной дуговой печи. Металлурги в течение долгого времени стара­ лись получить более чистую сталь, улучшить ее механические свойства, достичь воспроизводимых результатов и, тем самым, обеспечить не­ прерывный прогресс в этой отрасли промышленности. Многие процессы были усовершенствованы в прошлом, но ни один из них не давал той степени чистоты металла, которая обеспечивается выплавкой в вакууме. Это выражается увеличением сопротивления усталости, одинаковыми свойствами в продольном и поперечном направлениях, улучшением об­ рабатываемости и т. д.

Мур [1] сообщил о допустимом содержании газа в различных техни­ ческих сплавах, выплавленных в вакууме. Эти данные приведены в табл. 2. О влиянии содержания газов уже упоминалось, но в дальнейшем этот вопрос будет рассмотрен подробнее. Степень важности каждого фак­ тора пока еще является спорной, и прежде чем сделать окончательные

выводы, по-видимому, потребуются серьезные исследования. Как упоми­ налось ранее, многие свойства сплавов на основе железа улучшаются в случае выплавки их в вакууме. Не вдаваясь в специфику решения этого вопроса в целом, рассмотрим каждое свойство сплава в отдельности.

Таблица 2

Среднее содержание газов в промышленных плавках