Процессы формирования ориентированной структуры литых деталей в жаропрочных сплавах на никелевой основе
Показана возможность управления такими фазово-структурными характеристиками, как степень регулярности структуры, дендритный параметр, дисперсность и объемная доля упрочняющих интерметаллидных и карбидных фаз отливок из жаропрочного коррозионностойкого сплава типа ХН6ОКМЮВТ (базового без гафния и мод...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Процессы литья |
|---|---|
| Datum: | 2010 |
| Hauptverfasser: | , , , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2010
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49784 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Процессы формирования ориентированной структуры литых деталей в жаропрочных сплавах на никелевой основе / В.М. Симановский, И.И. Максюта, Ю.Г. Квасницкая, А.С. Притуляк, Е.В. Михнян // Процессы литья. — 2010. — № 3. — С. 69-75. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-49784 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Симановский, В.М. Максюта, И.И. Квасницкая, Ю.Г. Притуляк, А.С. Михнян, Е.В. 2013-09-28T00:32:33Z 2013-09-28T00:32:33Z 2010 Процессы формирования ориентированной структуры литых деталей в жаропрочных сплавах на никелевой основе / В.М. Симановский, И.И. Максюта, Ю.Г. Квасницкая, А.С. Притуляк, Е.В. Михнян // Процессы литья. — 2010. — № 3. — С. 69-75. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0235-5884 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49784 669.245: 536.421.4 Показана возможность управления такими фазово-структурными характеристиками, как степень регулярности структуры, дендритный параметр, дисперсность и объемная доля упрочняющих интерметаллидных и карбидных фаз отливок из жаропрочного коррозионностойкого сплава типа ХН6ОКМЮВТ (базового без гафния и модельного с 0,2 % Hf), полученных путем направленной кристаллизации на промышленной установке УВНК-8П (ГП НПКГ «Зоря» - «Машпроект», г. Николаев) в условиях регулируемого теплоотвода при скоростях Vкр = 5 и 10 мм/мин. проведен также выбор температурно-временного режима термической обработки деталей (рабочих лопаток ГТД) с целью повышения их эксплуатационных характеристик. Показана можливість управління такими фазово-структурними характеристиками, як ступінь регулярності структури, дендритний параметр, дисперсність та об'ємна частка зміцнюючих інтерметалідних і карбідних фаз виливків з жароміцного корозійоностійкого сплаву типу ХН6ОКМЮВТ (базового без гафнію, та модельного з 0,2 % Hf), отриманих шляхом спрямованої кристалізації на промисловій установці УВНК-8П (ДП НВ КГ «Зоря-Машпроєкт», м. Миколаїв) в умовах регульованого тепловідводу при швидкостях Vкр = 5 і 10 мм/мін. проведено також вибір температурно-часового режиму термічної обробки деталей (робочих лопаток ГТД) з метою підвищення їх експлуатаційних характеристик. The possibility of management by phase-structural descriptions is shown, such how the degree of regularity of structure, dendrite- parameter, dispersion and by a volume stake of consolidating intermetallidnih and carbide phases of founding, is from the superalloy of the type 6O Ni-Сr-Co-Al-Ti-Mo-W (base, without hafnium, and model, with 0,2 % Hf), got by the directed crystallization on the industrial setting UVNK-8Р (GTR&PC «Zorya»- «Mashproekt», Nikolaev) in the conditions of the managed taking of heat at the speeds Vkr = 5 and 10 mm/min. The choice of the temperaturetemporal mode of heat treatment of details (blades of gas turbine engine) with the purpose of rise of their operating descriptions is also conducted. ru Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України Процессы литья Новые литые материалы Процессы формирования ориентированной структуры литых деталей в жаропрочных сплавах на никелевой основе Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Процессы формирования ориентированной структуры литых деталей в жаропрочных сплавах на никелевой основе |
| spellingShingle |
Процессы формирования ориентированной структуры литых деталей в жаропрочных сплавах на никелевой основе Симановский, В.М. Максюта, И.И. Квасницкая, Ю.Г. Притуляк, А.С. Михнян, Е.В. Новые литые материалы |
| title_short |
Процессы формирования ориентированной структуры литых деталей в жаропрочных сплавах на никелевой основе |
| title_full |
Процессы формирования ориентированной структуры литых деталей в жаропрочных сплавах на никелевой основе |
| title_fullStr |
Процессы формирования ориентированной структуры литых деталей в жаропрочных сплавах на никелевой основе |
| title_full_unstemmed |
Процессы формирования ориентированной структуры литых деталей в жаропрочных сплавах на никелевой основе |
| title_sort |
процессы формирования ориентированной структуры литых деталей в жаропрочных сплавах на никелевой основе |
| author |
Симановский, В.М. Максюта, И.И. Квасницкая, Ю.Г. Притуляк, А.С. Михнян, Е.В. |
| author_facet |
Симановский, В.М. Максюта, И.И. Квасницкая, Ю.Г. Притуляк, А.С. Михнян, Е.В. |
| topic |
Новые литые материалы |
| topic_facet |
Новые литые материалы |
| publishDate |
2010 |
| language |
Russian |
| container_title |
Процессы литья |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| format |
Article |
| description |
Показана возможность управления такими фазово-структурными характеристиками, как степень регулярности структуры, дендритный параметр, дисперсность и объемная доля упрочняющих интерметаллидных и карбидных фаз отливок из жаропрочного коррозионностойкого сплава типа ХН6ОКМЮВТ (базового без гафния и модельного с 0,2 % Hf), полученных путем направленной кристаллизации на промышленной установке УВНК-8П (ГП НПКГ «Зоря» - «Машпроект», г. Николаев) в условиях регулируемого теплоотвода при скоростях Vкр = 5 и 10 мм/мин. проведен также выбор температурно-временного режима термической обработки деталей (рабочих лопаток ГТД) с целью повышения их эксплуатационных характеристик.
Показана можливість управління такими фазово-структурними характеристиками, як ступінь регулярності структури, дендритний параметр, дисперсність та об'ємна частка зміцнюючих інтерметалідних і карбідних фаз виливків з жароміцного корозійоностійкого сплаву типу ХН6ОКМЮВТ (базового без гафнію, та модельного з 0,2 % Hf), отриманих шляхом спрямованої кристалізації на промисловій установці УВНК-8П (ДП НВ КГ «Зоря-Машпроєкт», м. Миколаїв) в умовах регульованого тепловідводу при швидкостях Vкр = 5 і 10 мм/мін. проведено також вибір температурно-часового режиму термічної обробки деталей (робочих лопаток ГТД) з метою підвищення їх експлуатаційних характеристик.
The possibility of management by phase-structural descriptions is shown, such how the degree of regularity of structure, dendrite- parameter, dispersion and by a volume stake of consolidating intermetallidnih and carbide phases of founding, is from the superalloy of the type 6O Ni-Сr-Co-Al-Ti-Mo-W (base, without hafnium, and model, with 0,2 % Hf), got by the directed crystallization on the industrial setting UVNK-8Р (GTR&PC «Zorya»- «Mashproekt», Nikolaev) in the conditions of the managed taking of heat at the speeds Vkr = 5 and 10 mm/min. The choice of the temperaturetemporal mode of heat treatment of details (blades of gas turbine engine) with the purpose of rise of their operating descriptions is also conducted.
|
| issn |
0235-5884 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/49784 |
| citation_txt |
Процессы формирования ориентированной структуры литых деталей в жаропрочных сплавах на никелевой основе / В.М. Симановский, И.И. Максюта, Ю.Г. Квасницкая, А.С. Притуляк, Е.В. Михнян // Процессы литья. — 2010. — № 3. — С. 69-75. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT simanovskiivm processyformirovaniâorientirovannoistrukturylityhdetaleivžaropročnyhsplavahnanikelevoiosnove AT maksûtaii processyformirovaniâorientirovannoistrukturylityhdetaleivžaropročnyhsplavahnanikelevoiosnove AT kvasnickaâûg processyformirovaniâorientirovannoistrukturylityhdetaleivžaropročnyhsplavahnanikelevoiosnove AT pritulâkas processyformirovaniâorientirovannoistrukturylityhdetaleivžaropročnyhsplavahnanikelevoiosnove AT mihnânev processyformirovaniâorientirovannoistrukturylityhdetaleivžaropročnyhsplavahnanikelevoiosnove |
| first_indexed |
2025-11-24T15:57:58Z |
| last_indexed |
2025-11-24T15:57:58Z |
| _version_ |
1850849692488826880 |
| fulltext |
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 3 (81) 69
Новые литые материалы
Шероховатость поверхности готового проката Ra составляла 0,258-0,551 мкм.
Качество проката по другим параметрам также отвечает техническим требова-
ниям. Размеры ленты и рулона, мм: толщина –1,7±0,04; ширина – 88-0,5; диаметр
рулона внешний – 390-420; диаметр рулона внутренний – 300; удельная электро-
проводность – 17,8 ±0,4 % IACS.
На рис. 2 представлено изменение макро- и микроструктуры сплава из образцов,
вырезанных из слитка перед прокаткой. При травлении концентрированной HNO
3
обнаружили типичную однофазную структуру полиэдрического типа с разным раз-
мером зерен, что характерно для литого состояния промышленных латуней.
Микроструктура лент (рис. 3) в твердом, полутвердом и мягком состояниях сви-
детельствует, что при отжиге и по следующей прокатке структура остается одно-
родной, образования вторичных фаз не обнаружили, наблюдается удвоение зерен,
типичное для низколегированных латуней.
Микрорентгеноспектральный анализ распределения легирующих элементов
в структуре лент в отожженном состоянии (рис. 4) показал удовлетворительное
распределение элементов – усредненная их концентрация отвечает заданному
химическому составу сплава в пределах погрешности измерений.
Таким образом, специальная лента из сплава с заданной удельной электропро-
водностью может быть изготовлена на ОАО «АЗОЦМ» по заказам в необходимом
количестве, при этом качество ленты будет отвечать техническим условиям на ленту
(ТУ У 27.4-05417153-002:2009), разработанным по результатам данной работы.
1. Плітченко В. В. Розробка економнолегованого багатокомпонентного сплаву на основі
міді для монет середніх номіналів: Автореф дис. ... канд. техн. наук. – Київ, 2008. – 18 с.
Поступила 05.10.2009
УДК 669.245: 536.421.4
В. М. Симановский, И. И. Максюта, Ю. Г. Квасницкая,
А. С. Притуляк, Е. В. Михнян
Физико-технологический институт металлов и сплавов НАН Украины, Киев
ПроцЕССы форМИроВАНИя орИЕНтИроВАННой
СтрУКтУры лИтых ДЕтАлЕй В жАроПрочНых СПлАВАх
НА НИКЕлЕВой оСНоВЕ
Показана возможность управления такими фазово-структурными характеристиками, как
степень регулярности структуры, дендритный параметр, дисперсность и объемная доля
упрочняющих интерметаллидных и карбидных фаз отливок из жаропрочного коррози-
онностойкого сплава типа ХН6ОКМЮВТ (базового без гафния и модельного с 0,2 % Hf),
полученных путем направленной кристаллизации на промышленной установке УВНК-8П
(ГП НПКГ «Зоря» - «Машпроект», г. Николаев) в условиях регулируемого теплоотвода при
70 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 3 (81)
Новые литые материалы
скоростях Vкр = 5 и 10 мм/мин. Проведен также выбор температурно-временного режима
термической обработки деталей (рабочих лопаток ГТД) с целью повышения их эксплуата-
ционных характеристик.
Ключевые слова: жаропрочные сплавы, газотурбинный двигатель, литые детали, направ-
ленная кристаллизация, регулируемый теплоотвод, ориентированная структура.
Показана можливість управління такими фазово-структурними характеристиками, як ступінь
регулярності структури, дендритний параметр, дисперсність та об'ємна частка зміцнюючих
інтерметалідних і карбідних фаз виливків з жароміцного корозійоностійкого сплаву типу
ХН6ОКМЮВТ (базового без гафнію, та модельного з 0,2 % Hf), отриманих шляхом спрямованої
кристалізації на промисловій установці УВНК-8П (ДП НВ КГ «Зоря-Машпроєкт», м. Миколаїв)
в умовах регульованого тепловідводу при швидкостях Vкр = 5 і 10 мм/мін. Проведено також
вибір температурно-часового режиму термічної обробки деталей (робочих лопаток ГТД) з
метою підвищення їх експлуатаційних характеристик.
Ключові слова: жароміцні сплави, газотурбінний двигун, литі деталі, спрямована кристалізація,
регульований тепловідвід, орієнтована структура.
The possibility of management by phase-structural descriptions is shown, such how the degree
of regularity of structure, dendrite- parameter, dispersion and by a volume stake of consolidating
intermetallidnih and carbide phases of founding, is from the superalloy of the type 6O Ni-Сr-Co-
Al-Ti-Mo-W (base, without hafnium, and model, with 0,2 % Hf), got by the directed crystallization
on the industrial setting UVNK-8Р (GTR&PC «Zorya»- «Mashproekt», Nikolaev) in the conditions of
the managed taking of heat at the speeds V
kr
= 5 and 10 mm/min. The choice of the temperature-
temporal mode of heat treatment of details (blades of gas turbine engine) with the purpose of rise
of their operating descriptions is also conducted.
Keywords: superalloys, gas turbine engine, cast details, directed crystallization, the managed
taking of heat, oriented structure.
Существующие технологии литья деталей газотурбинных двигателей (ГТД) из
жаропрочных сплавов с равноосной структурой вакуумной выплавки уже не по-
зволяют получать требуемую в настоящее время пластичность, термостойкость и
длительную прочность, которые являются важнейшими показателями работоспо-
собности материала. Следовательно, разработка новой технологии и активного
способа управления процессом формирования ориентированной структуры ли-
тых деталей в жаропрочных сплавах на никелевой основе с матрично-карбидно-
интерметаллидным упрочнением является актуальной.
Следует отметить, что в таких элементах ГТД, как рабочие лопатки компрессоров,
динамические нагрузки приложены вдоль продольной оси деталей. Значительно
меньшая протяженность поперечных границ зерен в сплавах с ориентированной
структурой уменьшает вероятность образования в процессе ползучести локальных
зернограничных дефектов, а повышенная пластичность облегчает релаксацию
напряжений в материале. Поэтому любое ослабление границ зерен больше про-
является в сплавах с равноосной стуктурой [1, 2].
Кроме того, анализ показывает, что при направленном затвердевании примеси
частично могут оттесняться движущимся фронтом кристаллизации в верхнюю часть
оливки, поэтому их концентрация на границах будет ниже, чем в случае равноосной
кристаллизации.
Известно также, что с целью понижения температуры поверхности лопаток в
процессе эксплуатации разработаны их конструкции с внутренней полостью слож-
ной геометрии (так называемые газовые тракты), при этом метод направленной
кристаллизации позволяет не только повысить прочность деталей, но и получать
бесприпусковые по газовому тракту поверхности лопатки, а также увеличить ко-
эффициент использования материала за счет сокращения литниково-питающей
системы [1-3].
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 3 (81) 71
Новые литые материалы
Обобщение основных теоретико-экспериментальных особенностей влияния ле-
гирующих элементов на уровень физико-механических свойств сплавов для литых
деталей с ориентированной структурой, полученных методом направленной кри-
сталлизации (НК), позволило сформулировать ряд принципов многокомпонентного
легирования такого рода сплавов, а именно:
– обеспечение устойчивости плоского фронта кристаллизации, являющегося
залогом формирования наиболее совершенной регулярной структуры, что дости-
гается за счет сужения температурного интервала плавления сплава;
– повышение термической стабильности матрицы γ/γ ′, достигаемое увеличени-
ем температур полного растворения γ ′-фазы в γ-твердом растворе и температуры
затвердевания сплава.
В процессе НК, в зависимости от температурно-скоростных условий ее прове-
дения, в слитках формируется монокристальная либо ориентированная структура,
каждое зерно которой имеет дендритно-ячеистое строение. Причем, рост кристалла
при ориентированном теплоотводе начинается с образования одной дендритной
ветви, сопряженной с зародышем, либо с затравки – в случае монокристального
роста, и в процессе кристаллизации происходит заполнение межосного простран-
ства разрастающимися ветвями второго порядка с последующим сращиванием
дендритных колонн. Ниже температуры полного растворения γ ′-фазы начинается
ее выделение в междендритных пространствах, а также формируются включения
карбидов, преимущественно МС-типа. Известно также, что дисперсность фазовых
составляющих более чувствительна к химическому составу сплава, чем размер
дендритной ячейки, так как она определяется диффузией в твердом состоянии,
существенно зависящей от соотношения легирующих элементов в сплаве, в от-
личие от коэффициента диффузии в расплаве [3, 4].
В представленной работе с применением современных методов металловедче-
ского анализа показана возможность управления фазово-структурными характери-
стиками (степенью регулярности структуры, дендритного параметра, дисперсности
упрочняющих интерметаллидных и карбидных фаз) жаропрочного коррозионностой-
кого сплава типа ХН6ОКМЮВТ с ориентированной структурой. Сплавы получали
путем вакуумно-индукционного переплава чистых шихтовых материалов в слиток в
печи УППФ-2 с последующим переплавом методом направленной кристаллизацией
отливок в промышленной печи УВНК-8П. В качестве материала оболочковых форм
применялась многослойная керамика на основе электрокорундовой суспензии с
модификаторами, повышающими термическую прочность форм. Для формирования
внутренней полости лопатки в качестве стержней были опробованы как стержни
на основе корунда, так и на основе циркона, модифицированного кремнием и ком-
плексным модификатором Al+Si. Термопрочностные характеристики у них примерно
одинаковые и их термостойкость при температуре обжига керамических вставок
(стержней) 1200 0С достаточна для получения качественных отливок [5].
Известно, что температурно-скоростные условия процесса кристаллизации, которые
определяются скоростью перемещения фронта кристаллизации (Vкр, мм/мин) и гради-
ентом температуры на фронте роста (G, К/мм), существенным образом влияют на
внутризеренную структуру, дисперсность и фазовый состав сплава.
С целью установления влияния технологических параметров процессов кристалли-
зации на вышеприведенные характеристики сплавов проведены серии экспериментов
с варьированием скорости кристаллизации отливок на 2-х уровнях: 5 и 10 мм/мин и
градиентом температур на фронте кристаллизации 15-20 0С/см.
Количественные характеристики дендритной структуры – расстояние λ между
дендритными осями 1 и 2-го порядка, связанные со скоростью охлаждения рас-
плава на фронте кристаллизации, изменились при варьировании значений ско-
ростей – от λ = 180-150 мкм при Vкр
= 5 мм/мин (30 см/ч) до λ = 180-120 мкм при
Vкр= 10 мм/мин (60 см/ч).
Отметим, что поскольку сплавы на основе никеля имеют ГЦК-решетку, то форми-
72 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 3 (81)
Новые литые материалы
рование ветвей дендритов 1-го порядка происходит вдоль кристаллографических
направлений <001>, причем тех, которые образуют минимальный угол с вектором
температурного градиента G в процессе НК. При этом ветви первого порядка в про-
цессе НК выстраиваются параллельными рядами вдоль плоскостей {001}, декорируя
тем самым пространственное положение этих плоскостей в отливке. Междендритное
расстояние λ в рассматриваемом случае – это среднестатистическое расстояние
между дендритными осями первого порядка, измеренное в кратчайшем направле-
нии, то есть <001>, и определяемое графически с помощью среднего расстояния λ
на поперечном сечении слитка произвольной ориентации соотношением λ
n
= e
n
. cos α,
где α – угол между плоскостью {001}, образовавшей след, и осью слитка [3, 4, 6].
Поскольку увеличение скорости кристаллизации влечет значительное повышение
уровня ликвации элементов в сплаве, в структуре наблюдается появление обширных
областей эвтектической высокотемпературной γ ′
эвт
-фазы (рис. 1, а). Количество ее,
определенное с помощью статистической металлографии по 10-ти полям зрения, со-
ставило 2-4 объемных % (%об.) при Vкр = 5 мм/мин и 6-8 %об. – при Vкр = 10 мм/мин. При
повышении скорости кристаллизации заметно уменьшилось количество вторичной
дисперсной γ ′-фазы, локализованной в междендритных пространствах. Она измель-
чается, сохраняя преимущественно форму, близкую к сферической, меняя размеры
от 0,4-0,6 до 0,2-0,3 мкм. Увеличение Vкр сопровождается появлением в структуре
большого количества частиц карбидной фазы шрифтовой морфологии МС-типа
на основе титана, являющихся, как известно, термически менее устойчивыми по
сравнению с дисперсными ограненными МС-карбидами (рис. 1, б). Все вышепе-
речисленные фиксируемые металлографически количественные и морфологиче-
ские изменения структурных элементов при повышении скорости кристаллизации
являются следствием усиления степени неравновесности сплава, что, как показали
испытания механических свойств, влечет за собой снижение уровня как длительной
прочности, так и пластичности.
Решающая роль в формировании макро-, микроструктуры и фазового состава
сплавов как в равноосном виде, так и особенно в НК-состоянии, принадлежит сте-
пени ликвационной способности элементов, составляющих легирующий комплекс.
Согласно многочисленным литературным данным, из легирующих элементов основ-
ного комплекса модельного сплава максимальный коэффициент ликвации проявляет
гафний (k может менять значение от 4,1 до 1,1 в зависимости от условий кристалли-4,1 до 1,1 в зависимости от условий кристалли-
зации сплава и термообработки) [4, 6]. Согласно этим экспериментальным данным,
приведенным в работе [6], объясняется тот факт, что, например, в жаропрочных
сплавах, аналогичных базовому, но с более низким содержанием хрома, предназна-
ченых для авиадвигателестроения (сплавы типа ЖС), количество выделяющейся при
кристаллизации дисперсной упрочняющей γ ′-фазы эвтектического состава (интер-
металлидная фаза типа Ni3(Al, Ti)) при равноосной кристаллизации больше, чем при
направленной. При этом установлено, что гафний не только сам сильно ликвирует в
никелевых сплавах, но при этом еще изменяет направление ликвации молибдена
на обратное и значительно усиливает отрицательную ликвацию кобальта и хрома,
что может снизить термическую стабильность структуры сплава [4, 6].
Однако, учитывая многочисленные факты положительного влияния гафния
на структуру и уровень свойств ряда отечественных и зарубежных жаропрочных
сплавов (упрочнение твердого раствора, увеличение количества упрочняющих
фаз, повышение температуры полного растворения (Тп.р)
γ ′-фазы, возрастание
высокотемпературной пластичности и т. п.), установленных, главным образом, для
случаев равноосной кристаллизации, воздействие гафния на фазово-структурные
характеристики исследуемых коррозионностойких модельных сплавов с высоким
содержанием хрома, полученных в процессе НК, представляет особый интерес.
Важное значение имеет то обстоятельство, что легирование гафнием сужает тем-
пературный интервал кристаллизации сплава, способствуя уменьшению протяжен-
ности твердо-жидкой зоны кристаллизующегося слитка [4, 6, 7].
Металлографический анализ базового (без гафния) и модельных (с 0,2 % Hf)
сплавов показал, что при изучении микроструктуры после процесса НК можно
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 3 (81) 73
Новые литые материалы
Рис. 1. Микроструктура модельного сплава с гафнием после
НК (Vкр=10 мм/мин): а – эвтектические выделения матрица/
карбид М
23
С
6
; б – карбид МС–типа на основе титана (угольные
реплики с экстракцией)
×500
×3000
а
×3000
б
74 ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 3 (81)
Новые литые материалы
выделить несколько типов субзерен, а именно: субзерна, представляющие собой
отдельные дендритные ветви в пределах одной колонии, размеры которой кор-
релируют с размерами последних, а разориентация составляет 0,5-1,0 градусов;
субзерна, принадлежащие к различно ориентированным группам дендритных ветвей
одного направления, имеющие размеры, сопоставимые с размерами отливки и с
разориентацией между ними 1-3 градуса и, наконец, наиболее мелкие субзерна с
размерами 20-30 мкм и разориентацией 20-30 градусов.
Сравнительно дисперсная (0,5-0,8 мкм) разновеликая γ′-фаза округлой формы,
представляющая интерметаллид Ni3(Al, Ti, W, Mo), заполняет междендритные про-
странства (рис. 2). Суммарное ее количество составляет 45-46 % (по массе) для обо-
их вариантов легирования. Количество карбидной фазы, представленное, главным
образом, дисперсными ограненными частицами (1-2 мкм) МС–карбидов в виде
“китайских иероглифов” на основе титана, гафния и ниобия, возрастает от 1,1 в
сплавах без гафния до 1,4-1,6 %мас. в образцах с 0,2 % Hf. Достаточно высокий
коэффициент ликвации гафния (kHf = 1,2-2,4) способствовал, как показали микрорент-
геноспектральные исследования, пересыщению междендритных объемов сплава
γ′-образующими элементами, что должно приводить к значительному упрочнению
межосных участков. Определили также, что введение гафния сопровождается
некоторым уменьшением расстояния между осями дендритов. Возможно, это
происходит за счет транскристаллитного роста дендритов. Так, в области кон-
тролируемого роста при Vкр
= 5 и 10 мм/мин степень регулярности дендритной
структуры удовлетворительная и на поперечном шлифе можно наблюдать, что
дендриты представляются в виде «мальтийского креста» с расстоянием между
осями дендритов λ ≈ 130-150 мкм (рис. 2).
Таким образом, гафний в исследуемом сплаве способствует улучшению работо-
способности материала как за счет повышения температуры полного растворения
γ′-фазы, так и благодаря упрочнению межосных участков матрицы большим объ-
емным количеством стабильных дисперсных выделений МС-карбидов. Кроме того,
было обнаружено, что введение гафния в базовый сплав приводит к образованию
сложных карбидов типа М
6
С, которые по данным микрорентгеноспектрального
анализа содержат до 10 % Cr и до 2 % Hf. Появление этой фазы может снизить
вероятность выделения в твердом растворе при длительном высокотемпературном
воздействии на сплав охрупчивающих фаз типа σ и µ, что, по-видимому, связано с
уменьшением растворимости элементов VI группы таблицы Менделеева.
Проведенный анализ влияния технологических параметров процесса направ-
ленного затвердевания и выбор оптимальной скорости кристаллизации, обеспе-
чивающей формирование регулярной ориентированной структуры на модельных
сплавах типа ХН6ОКМЮВТ без гафния и с 0,2% Hf, позволил перейти к выбору
режима термической обработки сплавов с целью повышения их эксплуатационных
характеристик.
Рис. 2. Выделения упрочняющей γ′-фазы Ni
3
(Al, Ti) (электронная микроскопия,
угольные реплики с экстракцией) в модельном сплаве с гафнием после НК до
(а) и после (б) гомогенизации, ×7000
а б
ISSN 0235-5884. Процессы литья. 2010. № 3 (81) 75
Новые литые материалы
Учитывалось, что время термической обработки, требуемое для растворения
эвтектик γ/γ′, зависит от дендритных расстояний в сплаве – чем меньше λ и чем
менее объемны островки γ/γ′, тем меньший промежуток времени требуется для
гомогенизации, способствующей также частичному снижению уровня ликвационной
неоднородности дендритных сегрегаций [4, 6]. В рассматриваемом случае, при
λ =150-180 мкм и среднем поперечном сечении островков γ/γ′ – эвтектики
18-25 мкм в исходном состоянии до термообработки, оптимальное время гомо-
генизации составило 3 ч. Выбранный режим термической обработки приводил к
растворению значительной части γ/γ′ эвтектики. Так, до термообработки объемная
доля эвтектики составляла 2,5-3,0 % объемных в сплавах с гафнием, после термо-
обработки – 1,5-2,0 %, а средний диаметр островков γ/γ′-фазы уменьшался до
15-20 мкм. Одновременно повышалась и объемная доля дисперсной γ′-фазы, со-
провождаемая измельчением ее частиц до 0,2-0,5 мкм (рис. 2, б).
Выводы
С целью установления влияния технологических параметров процессов кристал-
лизации на такие характеристики сплавов, как внутризеренная структура, состав и
морфология упрочняющих фаз, связанные с коэффициентами ликвации элементов
в равноосном и направленно закристаллизованном состояниях, проведены серии
экспериментов с варьированием скорости кристаллизации на 2-х уровнях: 5 и
10 мм/мин и градиентом температур на фронте кристаллизации 15-20 0С / см для
базового (без гафния) и модельного (с 0,2 % Hf) сплавов типа ХН60КМЮВТ.
Показано, что с увеличением скорости кристаллизации отливок от 5 до
10 мм/мин и при введении в базовый сплав 0,2 % Hf, происходит измельчение ден-Hf, происходит измельчение ден-, происходит измельчение ден-
дритной структуры, увеличивается объемное содержание интерметаллидной упроч-
няющей γ′-фазы с одновременным уменьшением размеров ее частиц и среднего
поперечного сечения островков γ / γ′-эвтектики, а также возрастает количество
дисперсных карбидов МС-типа в междендритных пространствах.
Таким образом, гафний в исследуемом типе сплавов способствует улучшению
работоспособности материала как за счет повышения температуры полного раство-
рения γ′-фазы, так и благодаря упрочнению межосных участков матрицы большим
объемным количеством более стабильных дисперсных выделений МС-карбидов.
В качестве материала оболочковых форм применялась многослойная керами-
ка на основе электрокорундовой суспензии с модификаторами, повышающими
термическую прочность форм. В качестве стержней для формирования внутренней
полости лопатки были опробованы как стержни на основе корунда, так и на основе
циркона, модифицированного кремнием и комплексным модификатором Al+Si.
1. Симс Ч. Т ., Столофф Н. С., Хагел У. К. Суперсплавы ІІ: Жаропрочные материалы для аэро-
космических и промышленных энергоустановок: Пер. с англ. / Под ред. Р. Е. Шалина.
– М.: Металлургия, 1995. – Т. 1. – 384 с.
2. Производство высокотемпературных литых лопаток авиационных ГТД / Под ред. С. И. Яцыка.
– М.: Машиностроение,1995. – 256 с.
3. Современные технологии в производстве газотурбинных двигателей / Под ред. А. Т. Бра-
тухина, Г. К. Язова, Б. Е. Карасева. – М.: Машиностроение, 1997. – 460 с.
4. Каблов Е. Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей. – М.: МИСИС, 2001. – 632 с.
5. Симановский В. М. Термический анализ формовочных и огнеупорных смесей на основе
корунда // Металл и литье Украины. – 2006. – № 11-12. – С. 19-21.
6. Жаропрочность литейных никелевых сплавов и защита их от окисления / Под ред.
Б. Е. Патона. – Киев: Наук. думка, 1987. – 258 с.
7. Королева М. М., Лобашев А. Г., Шевелев Ю. П. Организация режимов высокоскоростной
направленной кристаллизации газотурбинных лопаток // Литейн. пр-во. – 2001. – № 2.
– С. 24 - 27.
Поступила 27.01.2010
|