Никелевыми электродами

У очень многих никелевых суперсплавов, а в общем-то и многих суперсплавов на основе Со и на основе Ni, стойкость к окислению обеспечивают посредством образования окалины из Сг2О3. Поэтому сейчас мы рассмотрим окисление двойных сплавов с хромом. По особенностям окисления никель-хромовые сплавы можно подразделить на 3 группы [8]. Группа I - разбавленные сплавы (<10 % Сг). Картина их окисления подобна представленной на рис. 11.3,в — наружная окалина образована соединением NiO, а внутреннее окисление приводит к образованию выделений Сг2О3. В этой

где А!2О3 растворяется в областях расплава с высокой активностью МоО3 и выделяется там, где она мала, например, вблизи поверхности расплава, откуда МоО3 уходит в газовую фазу. При кислом флюсовании сам осадок может стать кислым, как, например, в случае осадка Na2SO4 с повышенным содержанием Na2MoO4; Na2SO4 может полностью перейти в Na2MoO4 с увеличением количества МоО3 в Na2MoO4 [39]. При твердофазном кислом флюсовании обычные защитные оксиды могут уничтожаться путем их необратимого или обратимого, с последующим выпадением в осадок уже в виде незащищающих оксидов, растворения в расплаве. Мисра [40] исследовал коррозию никелевых суперсплавов с молибденом под слоем Na2SO4 при 950 °С и пришел к выводу, что твердофазное кислое флюсование в этом случае протекает по механизму, близкому к предложенному Лутра [31—34], согласно которому в кислом расплаве происходит образование ионов Ni2+ и выделение NiO на границе раздела расплава с газом. Формирование сплошных пленок А12О3 и Сг2О3 на поверхности сплава в этом случае невозможно из-за обеднения сплава никелем.

Металлургические реакции. Процесс электрошлакового переплава ведут под шлаковым покрывалом в воздушной или какой-нибудь другой газовой среде. Взаимодействие между расплавленным металлом, шлаком и газовой средой делает процесс более сложным, чем в условиях вакуумно-дугового переплава. Так, конечный продукт возникает при более активном воздействии внешних факторов. Надо учитывать это потенциальное взаимодействие и в том числе такие факторы, как химический состав шлака и его физические характеристики, — вязкость, удельное электросопротивление, теплопроводность; тогда станет ясно, что процесс электрошлакового переплава гораздо сложнее вакуумно-дугового, и, стремясь получить продукт удовлетворительного качества, следует тщательно соблюдать все необходимые правила и требования. Это предостережение особенно уместно в случае переплава никелевых суперсплавов, упрочняемых старением. Однако этот процесс не только более сложный, но и более гибкий, "податливый". Для выплавки суперсплавов твердо-растворного типа и различных сталей имеется широкий выбор шлаков различного состава, а также параметров самого процесса переплава. По сравнению с вакуумно-дуговым переплавом процесс электрошлакового переплава оказывает влияние на большее количество элементов и более сильное. Наибольшая разница в этом влиянии относится к элементам, отличающимся высоким сродством к кислороду, таким как Al, Ti и 81.Только в результате самого тщательного управления процессом удается получать слиток, по всему объему которого содержание этих элементов соответствовало бы заданному [7]. Менее активные элементы, — Ni, Mo и Wo, — особому влиянию не подвержены. Процесс электрошлакового переплава обладает способностью выталкивать из суперсплавов некоторые малые примеси. В наибольшей степени это относится к примесям S. Благоприятная роль электрошлакового переплава для устранения S может быть обеспечена с помощью шлаков, содержащих большое количество извести.

Рис.16.3. Иллюстрация склонности к превращению поверхностной волнистости в складки или "закаты" у заготовок никелевых суперсплавов повышенной жесткости (типа Rene 95), *38

Рис.1.7. Панорама развития микроструктуры никелевых суперсплавов; приведены и полезные и вредные фазы [7] (РВ — равновесные выделения Т)-фазы; ДУ — при дисперсном упрочнении оксидными частицами; НК — при направленной кристаллизации; МК — в монокристалле; КК — фаза в виде "кирпичной" кладки; В — волокна ТаС; ИВ — игольчатые выделения М23С6

В присутствии частиц второй фазы кажущаяся энергия активации ползучести намного выше, чем энергия активации ползучести (или самодиффузии) матрицы. Например, энергия активации установившейся ползучести сплава MAR-M 200 и других никелевых суперсплавов больше в два раза, чем у нелегированного никеля и значительно выше, чем у твердых растворов на его основе. Эти несоответствия можно устранить либо учетом температурной зависимости Е [62], либо заменой величины с в уравнении (45) на разность #-#„, где #„ - напряжение трения в решетке [63]. И в том, и в другом случае энергия активации ползучести приобретает значение, близкое к энергии активации самодиффузии. Аналогичные различия в энергии активации ползучести многокомпонентного сплава и энергии самодиффузии в его матрице замечены у дисперсно упрочненных сплавов типа TD—Ni или Al—А12О3. Похоже, что у этих сплавов существенную роль играет показатель вытянутости зерен (ПВЗ), поскольку с его ростом увеличиваются и Q, и п. Правда, разброс данных в этом случае очень велик (см. рис. 3.7) [38]. В последующих работах показали, что пороговое напряжение #„ у нескольких сплавов, упрочненных дисперсными оксидными частицами, линейно возрастало с увеличением ПВЗ [64]. Сделано предположение, что для сплавов такого рода величина #„ — более приемлемый критерий, чем напряжение, вызывающее определенную деформацию в течение заданного времени.

Прочность сложных никелевых суперсплавов можно проанализировать в терминах основных механизмов упрочнения. Это механизмы, которые действуют в двойных сплавах системы никель—алюминий, но изменены разделением легирующих элементов между у- и у '-фазами для воздействия на кинетику укрупнения выделений, энергию антифазных границ и размерное несоответствие.

На рис. 4.2 показано, как в процессе службы сплавов происходит эволюция их микроструктуры [3]. К основным фазам сплавов, представленных на рис. 4.2, и других никелевых суперсплавов относятся следующие фазы.

Рис.4.2. Эволюция микроструктуры у ряда типовых никелевых суперсплавов по мере их появления. Ис-а- "General Electric"; б - "Special Metals"; е- "Henry Wiggin"; г- "Martin Metals"; d, e -

Фазовый анализ сложных никелевых суперсплавов [7]-[9], показывает, что в твердом растворе матрицы обычно присутствуют Со, Fe, Cr, Mo, W, Ti и А1. На рис. 4.1 показано, что по атомному диаметру эти элементы отличаются от Ni на 1-13 %, а по числу Nv — на 1-7 %. Ранее уже сообщали [2], что упрочнение можно связать с превосходством в атомном диаметре, которое определяют по увеличению параметров кристаллической решетки.

Рис.4.11. Характер микроструктуры деформируемых (верхний ряд) и литейных, (нижний ряд) и литейных (нижний ряд) никелевых суперсплавов:

При горячем способе С. ч. применяют электродуговую и газовую сварку с использованием электродов и присадочного материала из чугуна, а также заварку жидким чугуном (литейную сварку); при полугорячем способе — электродуговую сварку стальными или чугунными электродами; при холодном способе — электродуговую сварку стальными, медными с железной оболочкой, медножелезными или железо-никелевыми электродами, а также пучком медных и стальных электродов, газовую сварку, пайку чугунными прутками и пайку припоями, электрошлаковую сварку чугунными прутками или пластинами. Чугуном можно заваривать любые дефекты в отливках, в т. ч. ответств. назначения. При горячем способе равнопрочность металла шва и осн. металла достигается при сварке чугуном всеми видами сварки. При полугорячей электродуговой сварке стальными электродами св-ва металла шва близки к св-вам осн. металла, однако твердость по сечению шва неравномерная. Применение при холодной электродуговой С. ч. электродов, содержащих медь и никель, предотвращает отбеливание металла шва, т. к. медь и никель способствуют выделению свободного графита.

Электродуговая сварка чугуна и бронзы применяется в основном для исправления дефектов литья. Для сварки серого чугуна с предварительным нагревом до температуры 400—500° С применяются электроды ОМЧ-1, обеспечивающие хорошую механическую обрабатываемость наплавленного металла. Стержни электродов ОМЧ-1 изготовляются из чугуна по ГОСТ 2671-44 (прутки чугунные сварочные). Электроды из монель-металла и медножелез-ные позволяют сваривать серый чугун без предварительного подогрева и дают обрабатываемый шов, прочность которого составляет 50—60% прочности основного металла. Небольшие дефекты отливок из высокопрочного чугуна могут заплавляться железо-никелевыми электродами ЦЧ-3, обеспечивающими 50—75% прочности основного металла. При сварке отливки должны быть подогреты до температуры 300—350° С. ~

При ручной дуговой сварке переходные прослойки не образуются из-за кратковременного воздействия высокой температуры. В противоположность этому в сварных соединениях, выполненных электрошлаковой или автоматической сваркой под слоем флюса, получают большое развитие диффузионные процессы. Для предупреждения диффузии углерода рекомендуется сваривать разнородные соединения электродами с повышенным содержанием никеля (например, сталь типа Х16Н26М6) или никелевыми электродами.

Такие трещины могут возникать как из-за нарушения режима предварительного и сопутствующего подогрева при наплавке стеллита на ВАЗ, так и из-за резких теп-лосмен, .которые не исключаются в процессе эксплуатации. Коэффициенты линейного расширения аустенитного подслоя,- выполненного электродами ЦТ-1, и стеллита сильно различаются. Деформационная способность металла наплавки очень низка. Поэтому представляется целесообразным опробовать наплавку подслоя никелевыми электродами ЦТ-28, дающими наплавленный металл с коэффициентом линейного расширения, весьма близким к коэффициенту расширения стеллита.

При сварке чугуна медно-никелевыми электродами получают легкообрабатываемый слой, так как медь и никель не растворяют углерод и не образуют с ним соединений. Величина и характер переходных зон при сварке электродами из цветных металлов существенно отличаются от величины и характера зон, образующихся при сварка стальными электродами. Основное различие состоит в отсутствии диффузии углерода из основного металла в шов.

— медно-никелевыми электродами 116, 117

В качестве топлива для ТЭ наиболее часто используется водород, а окислителя — кислород и в качестве электролита концентрированная щелочь КОН, заполняющая пространство между никелевыми электродами. Удельная мощность таких ТЭ может достигать 0,12—0,13 кВт/ г.

телыми цилиндрическими никелевыми электродами с приваренной внутри

Металлический тории применяется при изгоювлении ламп бактерицидного действия с холодными катодами. Эти лампы обычно снабжены пустотелыми цилиндрическими никелевыми электродами с приваренной внутри электрода точечной сваркой торцевой пластинкой. Торий распыляется и осаждается на никеле, образуя поверхность с меньшей работой выхода н пониженным пусковым напряжением. Другие возможности применения тория в электроламповой промышленности описаны Бярнсом -2], а также FVCTIIHOM и Фрнменом [30].

Водород для производства чистого вольфрамового порошка получают электролизом воды в электролизерах с железными и никелевыми электродами, разделенными перегородками. Электролитом служит раствор щелочи. Катодный и анодный процессы при электролитическом разложении воды описываются следующими электрохимическими реакциями:

При холодной сварке чугун сваривают без подогрева стальными, медно-железны-ми, медно-никелевыми электродами и электродами из никелевого аустенитного чугуна. В случае применения стальных электродов валики наплавляют низкоуглеродистыми электродами небольшого диаметра со стабилизирующим или качественным покрытием. Применяют также стальные электроды со специальным покрытием, содержащим большое количество карбидообразующих элементов, дающим наплавленный металл с мягкой основой и вкраплениями карбидов. Эти способы не исключают образования отбеленных и закалочных структур в з. т. в., но они просты и обеспечивают мягкий, хорошо обрабатываемый шов. ^_