11 Технология получения хромистых лигатур
Лигатура – сплав, применяемый для введения в жидкий металл легирующих элементов. Лигатуры можно получать сплавлением отдельных металлов (ферросплавов), это обычно делается на заводах-потребителях. Однако целесообразно вспомогательные сплавы выплавлять на ферросплавных заводах путем восстановления комплексных шихт алюминием или кремнием (металлотермическим или электропечным методами) по реакциям:
Ме'О + Ме"О + Al → (Me'-Me") + А12О3;
Ме'О + Ме"О + Si → (Me' - Me") + SiО2.
Номенклатура потребляемых лигатур постоянно расширяется, что обусловлено ростом сортамента сложнолегированных сталей и сплавов. При выплавке сложнокомпозиционных жаропрочных сплавов и сталей (например, ХН56ВМТЮ, ХН68ВМТЮК, ХН73МБТЮ) тугоплавкие и активные металлы сплавляют в индукционных или дуговых печах, что сопровождается увеличением продолжительности плавки, большим угаром элементов и переходом азота и кислорода в сплав. Анализ диаграмм состояния широко используемых металлов (Cr-Mo, Cr-W, Cr-Nb, Cr-Ni-Mo, Cr-Ni-W, Cr-Ni-Nb и др.) свидетельствует о том, что имеются такие области составов этих элементов, в которых температура плавления сплавов на десятки и даже сотни градусов ниже температуры плавления чистых металлов.
Товарные жаропрочные и другие сложнолегированные сплавы подвергают вакуумно-дуговому переплаву, поэтому, чем ниже будет содержание газов в переплавленных сплавах (электродах), тем устойчивее должен идти процесс рафинирующего переплава и тем ниже будет концентрация газов в слитках. При производстве лигатур на ферросплавных заводах, как отмечалось выше, используют в основном металлотермические процессы восстановления шихт алюминием. В таблице 11.1 приведены примеры нескольких составов хромсодержащих лигатур с молибденом, алюминием и другими элементами.
11.1 Хромомолибденовая лигатура
Диаграмма состояния Сr-Мо приведена на рисунке 11.1. Система характеризуется наличием областей непрерывных растворов в жидком и твердом состояниях. Минимум на кривых ликвидуса и солидуса по совокупности данных определен при температуре 1820°С и содержании 12,5% (ат.) Мо.
Хромомолибденовую лигатуру, применяемую обычно вместо дорогостоящих металлического хрома и молибдена, получают из шихты, состоящей из Cr2О3, молибденового концентрата гидрометаллургического обогащения, порошка первичного алюминия и флюсов (извести, плавикового шпата). Для удаления вредных примесей молибденовый концентрат перед обжигом можно обрабатывать раствором аммиака и хлорида магния. Расчетная температура процесса для шихты, обеспечивающей получение лигатуры 45-50% Мо, 30-40% Cr, составляет 2280°С. Молибден и хром извлекаются в количестве 93-95% и 80-82%, соответственно. При получении лигатуры тугоплавких металлов, в составе которой предусмотрено высокое содержание алюминия, шихту составляют с избытком восстановителя (алюминия). Чем выше концентрация алюминия в лигатуре, тем больше извлечение каждого элемента в сплав. Извлечение ведущих элементов зависит от концентрации их в лигатуре, с понижением содержания элемента в лигатуре растет его извлечение в сплав.
Рисунок 11.1 – Диаграмма состояния системы Cr-Mo
Таблица 11.1 – Химический состав лигатур на основе хрома, %
Марка |
Cr |
Mo |
Nb |
Fe |
Si |
Al |
Al-Cr-Mo-Fe |
||||||
АХМ-1 |
23-27 |
30-34 |
- |
4-6 |
2 |
30-40 |
АХМ-3 |
20-27 |
32-36 |
- |
5-7 |
3,0-5,5 |
30-40 |
Nb-Cr-Al |
||||||
НбХ-1 |
33-35 |
- |
60-65 |
1,0 |
- |
0,5-1,0 |
НбХ-3 |
17-20 |
- |
77-78 |
1,0 |
- |
0,5-1,0 |
Ti-Cr |
||||||
ТХТ |
64-70 |
18-23 |
- |
1,8 |
0,6 |
9-12 |
Cr-W |
||||||
ХВ-1 |
50-60 |
2,5-4,0 |
30-40 |
2,0 |
0,8 |
2,0 |