Получение ориентированной структуры в отливках из жаропрочного никелевого сплава, легированного рением
Проведены экспериментальные исследования, которые наряду с составом ингредиентов позволили выделить основную группу факторов, влияющих на фазово-структурные параметры ориентированной макро- и микроструктуры отливок, а именно: теплофизические свойства сплава (TS, TL) и технологические режимы процесса...
Saved in:
| Published in: | Процессы литья |
|---|---|
| Date: | 2012 |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2012
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131102 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Получение ориентированной структуры в отливках из жаропрочного никелевого сплава, легированного рением / Г.Ф. Мяльница, И.И. Максюта, Ю.Г. Квасницкая, Е.В. Михнян, А.В. Нейма // Процессы литья. — 2012. — № 6. — С. 54-61. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859750243455729664 |
|---|---|
| author | Мяльница, Г.Ф. Максюта, И.И. Квасницкая, Ю.Г. Михнян, Е.В. Нейма, А.В. |
| author_facet | Мяльница, Г.Ф. Максюта, И.И. Квасницкая, Ю.Г. Михнян, Е.В. Нейма, А.В. |
| citation_txt | Получение ориентированной структуры в отливках из жаропрочного никелевого сплава, легированного рением / Г.Ф. Мяльница, И.И. Максюта, Ю.Г. Квасницкая, Е.В. Михнян, А.В. Нейма // Процессы литья. — 2012. — № 6. — С. 54-61. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Процессы литья |
| description | Проведены экспериментальные исследования, которые наряду с составом ингредиентов позволили выделить основную группу факторов, влияющих на фазово-структурные параметры ориентированной макро- и микроструктуры отливок, а именно: теплофизические свойства сплава (TS, TL) и технологические режимы процесса кристаллизации (градиент температуры G и скорость кристаллизации Vкр). Проанализированы корреляционные связи между технологическими параметрами процесса кристаллизации, макро-, микроструктурой и эксплуатационными характеристиками, что дает возможность определить оптимальную композицию жаропрочного коррозионностойкого сплава для лопаток ГТУ и условия получения регулярной структуры в отливках разработанного состава.
Проведено експериментальні дослідження, які поряд з складом інгредієнтів дозволили виділити основну групу факторів, що впливають на фазово-структурні параметри орієнтованої макро- і мікроструктури виливків, а саме: теплофізичні властивості сплаву (TS, TL) і технологічні режими процесу кристалізації (градієнт температури G і швидкість кристалізації Vкр). Проаналізовано кореляційні зв’язки між технологічними параметрами процесу кристалізації, макро-, мікроструктурою і експлуатаційними характеристиками, що дає можливість визначити оптимальну композицію жароміцного корозійностійкого сплаву для лопаток ГТУ та умови отримання регулярної структури у виливках розробленого складу.
Conducted by the authors experimental studies have highlighted the main group of factors, along with the composition of the ingredients that affect the structural parameters of the phase-oriented macro-and microstructure of the cast, namely, thermal properties of the alloy (TS, TL), and the crystallization process conditions (temperature gradient G and the rate of crystallization Vkr). Analyzed the correlation between the process parameters of the crystallization process, macro-, micro-structure and operating characteristics. This makes it possible to determine the optimal composition of high-temperature corrosion-resistant alloy for gas turbine blades and conditions of regular structure in the casting of the developed formulation.
|
| first_indexed | 2025-12-01T23:46:27Z |
| format | Article |
| fulltext |
54 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 6 (96)
Новые литые материалы
1. Смирягин А. П. Промышленные цветные металлы и сплавы. − М.: Металлургия, 1956. − 559 с.
2. Сучков. Д. И. Медь и ее сплавы. − М.: Металлургия, 1967. − 248 с.
3. Журавлева Л. В. Электроматериаловедение. − М.: Изд-во «Академия», ИРПО, 2000. − 312 с.
4. Захаров М. В., Захаров А. М. Жаропрочные сплавы. − М.: Металлургия, 1972. − 383 с.
5. Портной К. И., Бабич Б. Н. Дисперсноупрочненные материалы. − М.: Металлургия, 1974.
− 200 с.
6. Двойные и многокомпонентные системы на основе меди / Под ред. Н. Х. Абрикосова. – М.:
Наука, 1979. − 248 с.
7. Диаграммы состояния двойных металлических систем / Под ред. Н. П. Лякишева. − М.:
Машиностроение, 1997. − Том 2. − 1023 с.
8. Шуміхін В. С., Плітченко В. В., Лахненко В. Л. Фазовий склад легованих латуней у литому
стані та після термообробки // Металознавство та термічна обробка металів. − 2007. −
№ 3. − С. 41-45.
Поступила 11.07.2012
УДК 669.245:536.421.4
Г. Ф. Мяльница, И. И. Максюта*, Ю. Г. Квасницкая*,
Е. В. Михнян*, А. В. Нейма*
ГП НПКГ «Зоря» − «Машпроект», Николаев
*Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
ПОЛУЧЕНИЕ ОРИЕНТИРОВАННОЙ СТРУКТУРЫ В
ОТЛИВКАХ ИЗ ЖАРОПРОЧНОГО НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА,
ЛЕГИРОВАННОГО РЕНИЕМ
Проведены экспериментальные исследования, которые наряду с составом ингредиентов
позволили выделить основную группу факторов, влияющих на фазово-структурные пара-
метры ориентированной макро- и микроструктуры отливок, а именно: теплофизические
свойства сплава (TS, TL) и технологические режимы процесса кристаллизации (градиент
температуры G и скорость кристаллизации Vкр). Проанализированы корреляционные связи
между технологическими параметрами процесса кристаллизации, макро-, микроструктурой
и эксплуатационными характеристиками, что дает возможность определить оптимальную
композицию жаропрочного коррозионностойкого сплава для лопаток ГТУ и условия полу-
чения регулярной структуры в отливках разработанного состава.
Ключевые слова: жаропрочный сплав, легирующий комплекс, ориентированная структура,
температурно-временные зависимости, механические характеристики.
Проведено експериментальні дослідження, які поряд з складом інгредієнтів дозволили ви-
ділити основну групу факторів, що впливають на фазово-структурні параметри орієнтованої
макро- і мікроструктури виливків, а саме: теплофізичні властивості сплаву (TS, TL) і техноло-
гічні режими процесу кристалізації (градієнт температури G і швидкість кристалізації Vкр).
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 6 (96) 55
Новые литые материалы
Проаналізовано кореляційні зв’язки між технологічними параметрами процесу кристалізації,
макро-, мікроструктурою і експлуатаційними характеристиками, що дає можливість визна-
чити оптимальну композицію жароміцного корозійностійкого сплаву для лопаток ГТУ та умови
отримання регулярної структури у виливках розробленого складу.
Ключові слова: жароміцний сплав, легуючий комплекс, орієнтована структура, температур-
но-часові залежності, механічні характеристики.
Conducted by the authors experimental studies have highlighted the main group of factors, along
with the composition of the ingredients that affect the structural parameters of the phase-oriented
macro-and microstructure of the cast, namely, thermal properties of the alloy (TS, TL), and the
crystallization process conditions (temperature gradient G and the rate of crystallization Vkr).
Analyzed the correlation between the process parameters of the crystallization process, macro-,
micro-structure and operating characteristics. This makes it possible to determine the optimal
composition of high-temperature corrosion-resistant alloy for gas turbine blades and conditions
of regular structure in the casting of the developed formulation.
Keywords: heat-resistant alloy, alloying complex, oriented structure, temperature and time de-
pendence, the mechanical characteristics.
Введение
Практикой современного газотурбостроения установлено, что использование
лопаток ГТУ с ориентированной структурой дает возможность повысить ра-
бочую температуру двигателей на 50-60 0С с экономией топлива, достигающей
1-3 % (по массе) [1]. Естественно, что улучшения эксплуатационных характери-
стик ГТУ следует добиваться, совершенствуя легирующие комплексы жаропроч-
ных сплавов введением элементов, способствующих формированию ориентиро-
ванной структуры при соответствующем подборе температурно-скоростных пара-
метров процесса кристаллизации.
Состояние вопроса. Современные никелевые жаропрочные сплавы являются
многокомпонентными системами, которые кроме традиционных алюминия, тита-
на, хрома, молибдена, вольфрама и ниобия включают в свой состав также такие
перспективные, с точки зрения повышения прочностных характеристик и стойко-
сти к высокотемпературной коррозии (ВК), элементы, как рений, тантал, рутений
[1-4]. При выборе легирующего комплекса для сплавов этого типа разработчики
реализуют три основных термодинамически возможных вида упрочнения: твер-
дорастворное, дисперсионное − за счет выделения в процессе кристаллизации и
старения дисперсных частиц γ′-фазы на основе стехиометрического соединения
Ni
3
(Al,Ti), а также карбидное.
Исследования последних лет показали, что из всех элементов легирующего
комплекса, входящих в жаропрочные сплавы рассматриваемого типа, наибольшей
растворимостью в γ-фазе и наименьшей в γ′-фазе обладает рений, имеющий ко-
эффициент распределения легирующих элементов между γ′- и γ-фазами К/Кс = 0,1
[5, 6]. Следует отметить, что преимущественное растворение рения в аустенитной
матрице сплава понижает скорость диффузионных процессов, контролирующих
процессы разупрочнения металла в условиях высокотемпературной ползучести.
Кроме того, поскольку у рения атомный радиус больше, чем у никеля (соотношение
1,063), его присутствие увеличивает период кристаллической решетки твердого
раствора. Следовательно, этот элемент положительно влияет на несоответствие
периодов кристаллических решеток γ- и γ′-фаз (так называемый мисфит − ∆а γ - γ′ =
=(а γ - а γ′)/а γ), что является определяющим фактором длительной прочности поли-
и монокристаллов жаропрочных сплавов при высоких температурах. Следует особо
отметить, что при введении в сплавы рения содержание хрома может быть снижено,
поскольку рений относится к элементам, повышающим сопротивление ВК. Однако,
повышенная ликвационная способность рения, которая не устраняется полностью
56 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 6 (96)
Новые литые материалы
даже при длительной высокотемпературной гомогенизации, при наличии в составе
высокого содержания тугоплавких металлов хрома, вольфрама, молибдена, ниобия
способствует образованию охрупчивающих топологически плотно упакованных фаз
(ТПУ-фаз) [1-4, 6]. Эти фазы образуются, как правило, в осях дендритов и представ-
ляют собой пластины, выделяющиеся параллельно плоскостям октаэдра {111}. В
ренийсодержащих сплавах 2 и 3-го поколений могут образовываться три типа ТПУ-
фаз: ромбоэдрическая μ-фаза, тетрагональная σ-фаза, орторомбическая Р-фаза,
причем последняя может содержать до 50 % Re и до 20 % W [1-4, 6]. Выделения такого
типа могут образовываться как непосредственно после процесса НК и одно- либо
двухстадийной термической обработки (гомогенизация, гомогенизация+закалка),
так и при длительном (> 500 ч) воздействии температуры и напряжений. Отрица-
тельное влияние этих фаз на жаропрочные свойства сплавов проявляется в том,
что они служат источником преждевременного зарождения и распространения
микротрещин. Кроме того, ТПУ-фазы связывают значительное количество туго-
плавких металлов и тем самым обедняют ими γ- и γ′-фазы, снижая эффективность
концентрационного твердорастворного и дисперсионного упрочнений.
Учитывая вышеперечисленные факторы благоприятного влияния легирования
рением на служебные характеристики жаропрочных никелевых сплавов, авторы
работы использовали экспериментально-расчетные методы определения темпе-
ратурно-временных интервалов выделения ТПУ-фаз после длительной высоко-
температурной выдержки на модельных сплавах, применяя в качестве базового
серийную марку ЧС-104 [7, 8].
Подробный анализ структурно-фазового состояния модельных сплавов с контро-
лем кратковременной и длительной прочности, стойкости к ВК в литом и термооб-
работанном состояниях, позволил определить состав дополнительного легирующего
комплекса и приступить к коррекции технологических параметров получения лопаток
ГТУ требуемого типа из нового состава жаропрочного коррозионностойкого сплава.
Цели и задачи исследования. Известно, что к основной группе факторов, влияю-
щих на фазово-структурные параметры ориентированной макро- и микроструктуры
отливок и определяющих уровень эксплуатационных характеристик, относятся
(наряду с составом ингредиентов) теплофизические свойства сплава (TS, TL ) и
технологические режимы процесса кристаллизации (градиент температуры G на
фронте кристаллизации и скорость кристаллизации Vкр). Проанализированные
корреляционные связи между технологическими параметрами процесса кристал-
лизации, макро-, микроструктурой и эксплуатационными характеристиками дают
возможность для оптимизируемой композиции сплава, легированного рением,
отработать технологический процесс получения лопаток ГТУ определенного типо-
размера с регулярной структурой, обладающих повышенной стойкостью к высоко-
температурной ползучести и коррозионному разрушению.
Выбор объекта и методики исследования. Как наиболее перспективная с точки
зрения обеспечения термической стабильности в условиях длительной эксплуата-
ции при T = 850-900 0С и воздействия агрессивных сред, при оптимизации состава
рассматривалась базовая композиция на основе марки ЧС 104 (%, массовая доля
здесь и далее): Ni основа - 0,10 С-20,0 Cr − 2,5 Al − 3,5 Ті – 10,2 Со - 0,05 Zr − 0,5 Fe, в
которую, с целью повышения эксплуатационных характеристик, вводились элементы
дополнительного легирующего комплекса (0,20-0,60) Мо – (2,0-5,0) W – (0,10-0,40)
Nb − (1,0-3,0) Та − (1,0-3,0) Re.
Цилиндрические заготовки для модельных сплавов выплавляли в ФТИМС
НАНУ из первичной шихты на литейных агрегатах УППФ-2 и УППФ-3М (Россия,
Ржев) по разработанной для сплавов этого класса технологической карте (давле-
ние в печи составляет 1,2-2,5 Па, температура заливки в формы − 1560-1580 0С,
температура формы − 800 0С). Отработку температурно-скоростных параметров
процесса получения отливок с образцами-свидетелями проводили в условиях
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 6 (96) 57
Новые литые материалы
комбинированного (радиационного и конвективного) охлаждения формы (жидкий
алюминий) при вариациях скоростей кристаллизации Vкр = 5, 10 мм/мин на высоко- 5, 10 мм/мин на высоко-5, 10 мм/мин на высоко- 10 мм/мин на высоко-0 мм/мин на высоко-
градиентной установке для направленной кристаллизации УВНК-8П совместно с ГП
НПКГ “Зоря”-“Машпроект”, Николаев.
Для выплавки первичных заготовок использовали основные шихтовые материалы:
кобальт электролитический К0, К1 (ГОСТ 123-98); никель электролитический НО,
катодный марки Н1 (ГОСТ 849-80); хром электролитический рафинированный ЭРЖ
либо хром металлический ХО; молибден в штабиках технически чистый; алюминий
марки А99 (ГОСТ 1405-83); тантал пруток 99,9 %мас.; рений – сплав Ре 0, Ре 1.
Литые заготовки опытных образцов и лопаток подвергали двухступенчатой тер-
мической обработке в вакууме. Температуры основных фазовых превращений (TS,
TL, Tп. р −
полного растворения γ′-фазы) определяли методом высокотемпературного
дифференциального термического анализа (ВДТА) на установке ВДТА-8М с точ-
ностью 5 0С.
Количество основных компонентов сплавов и примесей определяли химическим
методом по стандартным методикам, микролегирующие добавки контролировали
химико-спектральным методом с точностью ±0,001 %.
Для исследования макро- и микроструктуры применяли световой «Neofot 2» и
электронный «ЭМВ-100ЛМ» микроскопы. Фазовый анализ сплавов осуществляли
электрохимическим изолированием интерметаллидных и карбидных фаз в мета-
нольном травителе с последующим рентгеноструктурным и химическим анализами
анодных осадков. Распределение легирующих элементов между фазами изучали
на микроанализаторах JXA8600 фирмы JEOL (Япония) и Саmeca − MS46 фирмы
CAMECA (Франция). Содержание газов (кислорода, азота, водорода), углерода и
серы в твердом металле определяли на анализаторах фирмы “Леко” (США): RO-17,
TN15, RH2, CS-144 соответственно.
Механические испытания образцов на кратковременную прочность проводили
на стандартных цилиндрических образцах с рабочей частью диаметром 5 и длиной
25 мм по ГОСТу 9651-84 при температурах 20, 700-950 °С на разрывной машине
марки УМЭ-10ТМ. Испытания на длительную прочность осуществляли по ГОСТу
10145-81 на разрывных машинах марки АИМА-5-2 при параметрах, предусмотрен-
ных для сплавов нормативной документацией.
В качестве материала форм использовали многослойную керамику на основе
электрокорундовой суспензии с модификаторами, повышающими термическую
прочность форм [9]. В качестве стержней для формирования внутренней полости
лопатки были опробованы как стержни на основе корунда, так и циркона, модифи-
цированного кремнием и комплексным модификатором Al+Si [9].
Проведение экспериментов и обсуждение результатов
Применение ВДТА позволило установить смещение уровня значений для кри-
тических точек (TL, Tп. р) в сторону повышения при введении рения в количестве
1,5-3,0 %, а именно, до 1245, 1350 и 1255, 1365 0С соответственно (рис. 1). Таким
образом, наиболее важным подтверждением факта положительного влияния
рения является возможность увеличения температурного уровня работоспособ-
ности разрабатываемой композиции за счет повышения температурного порога
растворения γ′-фазы.
Учитывая ранее установленные авторами данной статьи [8] «безопасные» сум-[8] «безопасные» сум- «безопасные» сум-
марные уровни введения в разрабатываемую композицию комплекса тугоплавких
металлов, при которых не происходит выделения охрупчивающих ТПУ-фаз, коли-
чество рения в модельных сплавах при отработке технологического процесса полу-
чения отливок составляло 1,5 %.
Для определения влияния температурно-временных параметров процесса кри-
сталлизации на формирование дендритной структуры, карбидов МеС, эвтектической
и вторичной γ′-фаз (дисперсность, химический состав в осях 1 и 2-го порядков,
междендритное пространство) на 1-м этапе исследования особое внимание уде-
58 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 6 (96)
Новые литые материалы
ляли методике определения локальных
значений градиента температуры G
на фронте кристаллизации и скорости
перемещения фронта роста Vкр. Скорость
кристаллизации при получении отливок
из модельных сплавов варьировали на
3-х уровнях: 2…5…10 мм/мин, градиент
температур на фронте кристаллизации
составлял 15-20 0С/см.
Следует отметить, что локальные
значения параметров процесса НК в
течение всей плавки рассчитывали по
распределению температуры в объеме
кристаллизуемой отливки, измеренной
экспериментально в 4-х точках вдоль
оси отливки с помощью вольфрам-ре-
ниевых термопар (тип ВР 5/20, диаметр
электродов 0,30 мм). Построенные
по результатам экспериментальных
замеров термокинетические кривые
позволяют определить распределение
температуры в объеме металла в любой
момент времени по методике, пред-
ложенной в работе [10]. Это дает воз-
можность находить положение фронта
кристаллизации ХS, используя то, что
в определенный момент времени τі
оно соответствует точке пересечения
кривых распределения температуры
вдоль оси слитка изотермой солидуса ТS. Градиент температуры на фронте кристал-
лизации определяется при этом по наклону касательной к кривой Т(x) в точке XS .
Междендритное расстояние λ рассчитывали как среднестатистическое между
дендритными осями первого порядка, измеренное в кратчайшем направлении, то
есть <001>, и определяемое графически с помощью среднего расстояния λ на по-
перечном сечении слитка произвольной ориентации соотношением
λ ⋅ αп = cos ,ne (1)
где α – угол между плоскостью {001}, образовавшей след, и осью слитка [1, 10].
Величину
ne рассчитывали по плотности дендритных рядов, укладывающихся в
линейный ряд на микрофотографиях в направлении, перпендикулярном рядам, в
соответствии с методикой авторов [10]. Для статистической достоверности рассма-
тривали не менее 3-х полей зрения в 5-ти зернах, сos α измеряли по продольному
разрезу, рассекающему тело зерна на поперечном шлифе. Количественное изме-
рение объемной доли и размера фазовых составляющих проводили на анализаторе
«Квантимет-720», совмещенном с растровым микроскопом JSM-840. Относитель-JSM-840. Относитель--840. Относитель-
ная точность определения указанных величин составила 5-10 %. Для измерения
коэффициентов ликвации легирующих элементов использовали количественный
поэлементный анализ, проводимый методом МРСА.
В данной работе, как и в предыдущих, посвященных исследованию сплавов типа
ЧС 88 [11], экспериментально подтверждали, что с увеличением скорости кристал-
Рис. 1. Температуры основных фазовых превра-
щений (Т
S
, Т
L
, Т
п.р
) сплава оптимального состава,
определенные методом ВДТА
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 6 (96) 59
Новые литые материалы
лизации от 5 до 10 мм/мин измельчается дендритная структуры отливки, умень-
шаются размеры частиц упрочняющей γ′-фазы, эвтектической составляющей γ-γ′, а
также карбидов МеС, меняется и объемное содержание этих фаз, (рис. 2, таблица).
Это объясняется тем, что скорость кристаллизации влияет не только на меж-
дендритные расстояния, но и на любые диффузионно контролируемые процессы,
в том числе на процессы зарождения и роста фаз в твердом и жидком состояниях,
в данном случае первичной и вторичной γ′-фазы. При этом следует отметить, что
степень дисперсности фазовых составляющих более чувствительна к химическому
составу сплава, чем размер дендритной ячейки, так как, прежде всего, определяется
диффузией в твердом состоянии, существенно зависящей от соотношения леги-
рующих элементов в сплаве, в отличие от коэффициента диффузии в расплаве [1,
6, 10]. При этом степень дисперсности эвтектической γ′-фазы, располагающейся
в межосных пространствах в виде «островков» неправильной формы (рис. 2), зави-
сит как от скорости охлаждения в твердожидкой области, где возникают зародыши
эвтектики, так и от диффузии в твердом состоянии, контролирующей гетерогенный
рост этих зародышей, причем последние служат подложкой для выделяющихся
частиц. Металлографический анализ подтвердил, что в осях и межосных простран-
ствах форма и размеры частиц γ′-фазы существенно различаются (рис. 2). Следует
а б
Рис. 2. Выделения γ′-фазы при различных скоростях кристаллизации в
модельном сплаве с 1,5 % Re: а − Vкр
– 5 мм/мин; б − Vкр – 10 мм/мин, x5000
Влияние скорости кристаллизации на параметры структурных составля-
ющих сплава с 1,5 % Re
Параметры структурных
составляющих
Скорость кристалли-
зации, мм/мин
5 10
Междендритное расстояние λп , мкм 250 200
Средний размер островков эвтектической γ′-фазы, мкм 10 7
Средний размер частиц вторичной γ′-фазы в межосных про-
странствах, мкм
0,6 0,4
Средний размер частиц карбидов МС-типа, мкм 2 1,5
Средний размер частиц вторичной γ′-фазы в осях дендритов, мкм 0,7 0,3
60 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012. № 6 (96)
Новые литые материалы
также отметить, что объемная доля эвтектической γ′-фазы увеличивается с ростом
скорости кристаллизации, что свидетельствует о неравновесном характере этой
фазы, но точное количественное определение объемной доли частиц γ′-фазы в
осях дендритов и межосных пространствах затруднено из-за очень малых размеров
этих частиц.
Так как основная масса карбидов МеС в исследуемом сплаве выделяется из
расплава вблизи температуры солидуса (см. рис. 1), располагаясь в межосных
пространствах, то и размеры карбидов, подобно островкам эвтектической γ′-фазы,
уменьшаются с ростом скорости кристаллизации, согласованно с размером ден-
дритной ячейки (таблица).
Более выраженную зависимость размера частиц вторичной γ′-фазы в осях
дендритов от скорости кристаллизации можно, вероятно, объяснить усилением
ликвационной неоднородности в изученном диапазоне скоростей кристаллизации.
Особенно это касается тугоплавких металлов, входящих в состав сплава, прежде
всего, рения. Так, поскольку оси дендритов (данные МРСА) в большей степени
обогащаются рением, который наиболее эффективно тормозит распад твердого
раствора и замедляет диффузию, то это и способствует выделению упрочняющих
частиц меньшего размера округлой формы. Количество вторичной γ’-фазы в осях
также уменьшается в связи с высоким коэффициентом ликвации рения в межден-
дритные пространства.
Для сплава с гарантированно «безопасным» содержанием ТМ (ΣТМ = 24,4 %,мас.)
относительно выделения охрупчивающих ТПУ-фаз при 1,5 % Re определены фи-
зико-механические свойства при комнатных и высоких температурах, в том числе
длительная прочность в литом и термообработанном состояниях (рис. 3).
Выводы
• Увеличение скорости кристаллизации от 5 до 10 мм/мин для разработанного
состава приводит к смещению фронта кристаллизации в сторону холодильника,
условия кристаллизации дестабилизируются, в отливках наблюдаются обширные
зоны с ячеисто-дендритной кристаллизацией, происходит интенсивное развитие
дендритных осей второго порядка. Таким образом, с учетом морфологических
параметов структурных составляющих и степени регулярности структуры опти-
мальный уровень скорости кристаллизации для отливок требуемого типоразмера
составляет 5 мм/мин.
Рис. 3. Механические характеристики сплава разработанного состава
с 1,5 % Re
Температура испытания, 0С
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2012 № 6 (96) 61
Новые литые материалы
• Уровень механических характеристик для разрабатываемого сплава в состоянии
после НК и термообработки соответствует требованиям технической документа-
ции на данный вид изделия. Подтверждена повышенная коррозионная стойкость
образцов сплава в солевых расплавах и продуктах сгорания тяжелого топлива по
сравнению с изделиями из серийных марок аналогичного назначения.
• Вопросы взаимовлияния состава ингредиентов легирующего комплекса на
диффузионные характеристики элементов, а значит, на коэффициенты ликвации
и, как следствие, морфологические особенности структурных составляющих,
являются задачей дальнейших исследований, позволяющих выявить степень
комплексного влияние легирования рением, танталом и другими перспективными
элементами (в частности, рутением) на физико-механические свойства разраба-
тываемых систем сплавов.
1. Каблов Е. Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей. − М.: МИСИС, 2001. − 632 с.
2. Симс Ч. Т., Столофф Н. С., Хагель У. К. Суперсплавы ІІ: Жаропрочные материалы для
аэрокосмических и промышленных энергоустановок. − М.: Металлургия, 1995. − Т. 1.
− 384 с.
3. Яцык С. И. Производство высокотемпературных литых лопаток авиационных ГТД. − М.:
Машиностроение, 1995. − 256 с.
4. Жаропрочность литейных никелевых сплавов и защита их от окисления / Б. Е. Патон,
Г. Б. Строганов, С. Т. Кишкин и др. − Киев: Наук. думка, 1987. − 256 с.
5. Монокристаллические никелевые ренийсодержащие сплавы для турбинных лопаток /
Е. Н. Каблов, В. Н. Толораия, Н. Г. Орехов и др. // Металловедение и терм. обраб. метал-
лов. − 2002. − № 7. − С. 2-5.
6. Каблов Е. Н. Физико-химические и технологические особенности создания жаропочных
сплавов содержащих рений // Вестн. Моск. ун-та. Химия. − 2005. − Т. 46, № 3. − С. 155-157.
7. Инструкция И ЖАКИ. 105,509-2001: Сплавы жаропрочные литейные для лопаток газовых
турбин (Паспорт сплава ЧС 104ВИ).
8. Обеспечение фазово-структурной стабильности высокохромистых жаропрочных спла-
вов для лопаток ГТУ / И. И. Максюта, Ю. Г. Квасницкая, Е. В. Михнян и др. // Металл и литье
Украины. − 2012. − №11. − С. 16-20.
9. Сімановський В. М. Теорія та технологія модифікування формувальних сумішей для вилив-
ків зі спеціальних сплавів: Автореф. дис. ... д-ра техн. наук. − Київ, 2008. − 36 с.
10. Влияние направленной кристаллизации на фазовый состав и дисперсность структуры
никелевых сплавов / И. Л. Светлов, Е. А. Кулешова, В. П. Монастырский и др. // Металлы.
− 1990. − № 1. − С. 86-93.
11. Теплофизические особенности формирования структуры отливок, полученных методом
направленной кристаллизации / В. М. Симановский, И. И. Максюта, Ю. Г. Квасницкая и др.
// Процессы литья. − 2010. − № 6. − С. 8-13.
Поступила 01.10.2012
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-131102 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0235-5884 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-01T23:46:27Z |
| publishDate | 2012 |
| publisher | Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Мяльница, Г.Ф. Максюта, И.И. Квасницкая, Ю.Г. Михнян, Е.В. Нейма, А.В. 2018-03-13T16:10:26Z 2018-03-13T16:10:26Z 2012 Получение ориентированной структуры в отливках из жаропрочного никелевого сплава, легированного рением / Г.Ф. Мяльница, И.И. Максюта, Ю.Г. Квасницкая, Е.В. Михнян, А.В. Нейма // Процессы литья. — 2012. — № 6. — С. 54-61. — Бібліогр.: 11 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131102 669.245:536.421.4 Проведены экспериментальные исследования, которые наряду с составом ингредиентов позволили выделить основную группу факторов, влияющих на фазово-структурные параметры ориентированной макро- и микроструктуры отливок, а именно: теплофизические свойства сплава (TS, TL) и технологические режимы процесса кристаллизации (градиент температуры G и скорость кристаллизации Vкр). Проанализированы корреляционные связи между технологическими параметрами процесса кристаллизации, макро-, микроструктурой и эксплуатационными характеристиками, что дает возможность определить оптимальную композицию жаропрочного коррозионностойкого сплава для лопаток ГТУ и условия получения регулярной структуры в отливках разработанного состава. Проведено експериментальні дослідження, які поряд з складом інгредієнтів дозволили виділити основну групу факторів, що впливають на фазово-структурні параметри орієнтованої макро- і мікроструктури виливків, а саме: теплофізичні властивості сплаву (TS, TL) і технологічні режими процесу кристалізації (градієнт температури G і швидкість кристалізації Vкр). Проаналізовано кореляційні зв’язки між технологічними параметрами процесу кристалізації, макро-, мікроструктурою і експлуатаційними характеристиками, що дає можливість визначити оптимальну композицію жароміцного корозійностійкого сплаву для лопаток ГТУ та умови отримання регулярної структури у виливках розробленого складу. Conducted by the authors experimental studies have highlighted the main group of factors, along with the composition of the ingredients that affect the structural parameters of the phase-oriented macro-and microstructure of the cast, namely, thermal properties of the alloy (TS, TL), and the crystallization process conditions (temperature gradient G and the rate of crystallization Vkr). Analyzed the correlation between the process parameters of the crystallization process, macro-, micro-structure and operating characteristics. This makes it possible to determine the optimal composition of high-temperature corrosion-resistant alloy for gas turbine blades and conditions of regular structure in the casting of the developed formulation. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Процессы литья Новые литые материалы Получение ориентированной структуры в отливках из жаропрочного никелевого сплава, легированного рением Article published earlier |
| spellingShingle | Получение ориентированной структуры в отливках из жаропрочного никелевого сплава, легированного рением Мяльница, Г.Ф. Максюта, И.И. Квасницкая, Ю.Г. Михнян, Е.В. Нейма, А.В. Новые литые материалы |
| title | Получение ориентированной структуры в отливках из жаропрочного никелевого сплава, легированного рением |
| title_full | Получение ориентированной структуры в отливках из жаропрочного никелевого сплава, легированного рением |
| title_fullStr | Получение ориентированной структуры в отливках из жаропрочного никелевого сплава, легированного рением |
| title_full_unstemmed | Получение ориентированной структуры в отливках из жаропрочного никелевого сплава, легированного рением |
| title_short | Получение ориентированной структуры в отливках из жаропрочного никелевого сплава, легированного рением |
| title_sort | получение ориентированной структуры в отливках из жаропрочного никелевого сплава, легированного рением |
| topic | Новые литые материалы |
| topic_facet | Новые литые материалы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/131102 |
| work_keys_str_mv | AT mâlʹnicagf polučenieorientirovannoistrukturyvotlivkahizžaropročnogonikelevogosplavalegirovannogoreniem AT maksûtaii polučenieorientirovannoistrukturyvotlivkahizžaropročnogonikelevogosplavalegirovannogoreniem AT kvasnickaâûg polučenieorientirovannoistrukturyvotlivkahizžaropročnogonikelevogosplavalegirovannogoreniem AT mihnânev polučenieorientirovannoistrukturyvotlivkahizžaropročnogonikelevogosplavalegirovannogoreniem AT neimaav polučenieorientirovannoistrukturyvotlivkahizžaropročnogonikelevogosplavalegirovannogoreniem |