Ремонт створок регулируемого сопла авиационного газотурбинного двигателя способом высокотемпературной пайки в вакууме
Сравниваются технологические возможности использования бинарного борсодержащего припоя и аналогичного с присадкой 20 мас. % эвтектической композиции Ni—12%Si при формировании соединений сплава ЖС6К в условиях ремонтной пайки в вакууме. Рассмотрено влияние различных режимов отжига на физико-механичес...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Современная электрометаллургия |
|---|---|
| Дата: | 2010 |
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України
2010
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96170 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Ремонт створок регулируемого сопла авиационного газотурбинного двигателя способом высокотемпературной пайки в вакууме / И.С. Малашенко, В.Е. Мазурак, В.В. Куренкова, Т.Н. Кушнарева, Ю.В. Гусев // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 4 (101). — С. 42-54. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859653041289953280 |
|---|---|
| author | Малашенко, И.С. Мазурак, В.Е. Куренкова, В.В. Кушнарева, Т.Н. Гусев, Ю.В. |
| author_facet | Малашенко, И.С. Мазурак, В.Е. Куренкова, В.В. Кушнарева, Т.Н. Гусев, Ю.В. |
| citation_txt | Ремонт створок регулируемого сопла авиационного газотурбинного двигателя способом высокотемпературной пайки в вакууме / И.С. Малашенко, В.Е. Мазурак, В.В. Куренкова, Т.Н. Кушнарева, Ю.В. Гусев // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 4 (101). — С. 42-54. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Современная электрометаллургия |
| description | Сравниваются технологические возможности использования бинарного борсодержащего припоя и аналогичного с присадкой 20 мас. % эвтектической композиции Ni—12%Si при формировании соединений сплава ЖС6К в условиях ремонтной пайки в вакууме. Рассмотрено влияние различных режимов отжига на физико-механические свойства основного металла створки регулируемого сопла авиационного газотурбинного двигателя (АГТД) и его соединений после пайки. Показана перспективность использования комплексного припоя с бором и кремнием в технологи восстановления деталей горячего тракта АГТД пайкой.
Technological possibilities of using binary boron-containing brazing alloy and similar one with filler of 20 % eutectic composition Ni—12%Si in formation of joints of alloy ZhS6K under conditions of repair brazing in vacuum are compared. The effect of different conditions of annealing on physical-mechanical properties of parent metal of a flap of an adjustable nozzle of aircraft gas turbine engine (AGTE) and its joints after brazing is considered. The prospects of application of a complex brazing alloy with boron and silicon in the technology of restoration of hot track parts of GTE by brazing are shown.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:35:37Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 621.791.3.05.011: 539.2:620.17
РЕМОНТ СТВОРОК РЕГУЛИРУЕМОГО СОПЛА
АВИАЦИОННОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
СПОСОБОМ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ПАЙКИ
В ВАКУУМЕ
И. С. Малашенко, В. Е. Мазурак, В. В. Куренкова,
Т. Н. Кушнарева, Ю. В. Гусев
Сравниваются технологические возможности использования бинарного борсодержащего припоя и аналогичного с
присадкой 20 мас. % эвтектической композиции Ni—12%Si при формировании соединений сплава ЖС6К в условиях
ремонтной пайки в вакууме. Рассмотрено влияние различных режимов отжига на физико-механические свойства
основного металла створки регулируемого сопла авиационного газотурбинного двигателя (АГТД) и его соединений
после пайки. Показана перспективность использования комплексного припоя с бором и кремнием в технологии
восстановления деталей горячего тракта АГТД пайкой.
Technological possibilities of using binary boron-containing brazing alloy and similar one with filler of 20 % eutectic
composition Ni—12%Si in formation of joints of alloy ZhS6K under conditions of repair brazing in vacuum are compared.
The effect of different conditions of annealing on physical-mechanical properties of parent metal of a flap of an adjustable
nozzle of aircraft gas turbine engine (AGTE) and its joints after brazing is considered. The prospects of application of
a complex brazing alloy with boron and silicon in the technology of restoration of hot track parts of GTE by brazing
are shown.
Ключ е вы е с л о в а : ремонтная пайка; литейный сплав
ЖС6К; створка сопла АГТД; бор- и боркремнийсодержащие
припои; припой НС12; жидкостно-диффузионное соединение;
прочность; пластичность; структура; карбидные фазы; раз-
рушение
Введение. Детали горячего тракта теплонапряжен-
ных турбин подвержены термической усталости
вследствие возникновения высоких знакоперемен-
ных внутренних напряжений, связанных с цикли-
ческим изменением температуры газового потока и,
соответственно, с неравномерным нагревом и ох-
лаждением стенок деталей. Напряжения, возникаю-
щие в процессе смены циклов нагрева и охлаждения
при достижении максимума, вызывают локальные раз-
рушения деталей в виде трещин термической усталости.
Разрушение при термической усталости может
рассматриваться как низко-, так и высокотемпера-
турное и определяется, согласно работе [1], типом
излома – транскристаллитным или межзеренным.
Наиболее существенным фактором, оказывающим
влияние на характер деформации и разрушение де-
тали (помимо структуры металла отливки), явля-
ется температура, при которой достигаются макси-
мальные напряжения или деформации в цикле тер-
мического нагружения.
Для восстановления поврежденных направляю-
щих лопаток соплового аппарата или створок регу-
лируемого сопла авиационного газотурбинного дви-
гателя (АГТД), получаемых по литейной техно-
логии, целесообразно применять высокотемпера-
турную пайку в вакууме [2—4] или в нейтральной
среде – аргоне [5].
Пайка характеризуется рядом преимуществ, по
сравнению с аргонодуговой сваркой, особенно когда
это касается ремонта изделий, выполненных из вы-
соколегированных жаропрочных никелевых сплавов.
Благодаря высоким значениям прочности пая-
ных соединений (ПС) пайку рассматривают как
альтернативу сварке. В процессе пайки не возника-
ет высоких термических напряжений, свойствен-
ных аргонодуговой сварке, отсутствует опасность
растрескивания металла шва или зоны термическо-
го влияния при выделении упрочняющей γ′-фазы
во время охлаждения сварных швов или термооб-
работки [4, 6, 7].
В работах [5—8] рассмотрены технологические
особенности изотермической пайки в вакууме жа-
ропрочных сплавов (ЖС) различного уровня леги-
рования. Применение композиционных припоев,
позволивших приблизить химический состав и физи-
ко-механические характеристики формируемых пая-
ных швов к свойствам паяемого металла, дало возмож-
ность успешно восстанавливать детали АГТД пайкой.
Использование многокомпонентных компози-
ционных припоев с наполнителем позволяет созда-
вать ПС (конструкции) с надежными функциональ-
© И. С. МАЛАШЕНКО, В. Е. МАЗУРАК, В. В. КУРЕНКОВА, Т. Н. КУШНАРЕВА, Ю. В. ГУСЕВ, 2010
42
ными свойствами: жаростойкостью, коррозионной
стойкостью, сопротивлением термической и много-
цикловой усталости. Но при этом необходимо оп-
тимизировать режимы высокотемпературной пайки
и последующей термообработки восстановленных
пайкой изделий конкретно для ЖС различного
уровня легирования.
Основная задача исследования состояла в оцен-
ке универсальности бор- и кремнийсодержащего
припоя для высокотемпературной пайки сплава
ЖС6К, в сравнении с базовым бинарным припоем
40%(Ni—Co—Cr—Al—2,5% B) + 60% Rene-142.
Материалы и методы исследования. Паяные сое-
динения из сплава ЖС6К получали из металла ли-
тых створок регулируемого сопла АГТД после при-
мерно 500 ч эксплуатации. Пластины толщиной 1,6 мм
распускали на заготовки, из которых готовили об-
разцы для механических испытаний. Перед пайкой
заготовки отжигали в вакууме при 1220 °С в течение
1 ч для растворения высокодисперсных выделений
γ′-фазы в никелевой матрице [8].
При выборе вариантов припоев руководствова-
лись тем, что их химический состав должен быть
приближен к составу паяемого сплава и обеспечи-
вать смачиваемость поверхности изделия при темпе-
ратуре пайки с минимальным растворением паяемой
основы. В качестве базового использовали припой
производства фирмы «PRАXAIR Surface Technologi-
es» (США), мас. %: Ni—9Co—14Cr—4Al—2,5B (#1).
Уменьшение растворения основного металла в рас-
плаве припоя обеспечивали путем введения в па-
яльную смесь наполнителей из порошков никеле-
вых суперсплавов, в частности Rene-142, применя-
емого в технологии восстановительного ремонта [9].
Перспективным припоем являлась композиция, сос-
тоящая из двух низкоплавких припоев – борсодержа-
щего Ni—9%Co—14%Cr— 3,5%Al—2,5%B и кремний-
содержащего эвтектического состава Ni—12%Si
(НС12), а также наполнителя сплава Rene-142. В
качестве cвязующего применяли раствор акриловой
смолы в техническом ацетоне.
Среди всех используемых порошков-наполнителей
сплав Rene-142 (мас. %: Ni—6,7Cr—11,5Co—1,4Mo—4,7W—
—6,4Ta—6Al—2,8Re1,5Hf—0,12C) отличается рацио-
нальным легирующим комплексом – тантал, гаф-
ний и рений обеспечивают ПС удовлетворительную
прочность и жаропрочность, гафний и тантал огра-
ничивают диффузионные процессы в жаропрочных
системах Ni—Cr—Co—W—Mo—Ti—Al и увеличивают
энергию атомных связей [8].
Соединения сплава ЖС6К получали путем за-
полнения зазора шириной 1 мм паяльной смесью
либо с использованием контактной пайки пластин
с исходным зазором около 100 мкм. Для предотвра-
щения высыпания порошка припоя из зазора к
тыльной части заготовки приваривали сеточку из
проволоки ЭИ-435. В заготовке шириной 12 мм по-
перечный зазор имел длину 9 мм, поэтому при из-
готовлении образца паяный шов полностью захва-
тывал его рабочую часть.
Пайку проводили при значениях температуры
1220…1225 °С, 20…15 мин в вакууме 8⋅10—3 Па.
Основными методами структурных исследова-
ний ПС никелевых ЖС в настоящей работе служи-
ли растровая электронная микроскопия (CamScan-4)
и электронно-зондовый микроанализ (энергодис-
персионный анализатор ENERGY 200). Микро-
твердость различных зон ПС определяли с исполь-
зованием приставки Duromat 4000E к оптическому
микроскопу «Polivar Met».
Характеристики временного сопротивления и
предела текучести ПС устанавливали путем испы-
тания образцов на одноосное растяжение на раз-
рывной машине Р-0,5 со скоростью движения за-
хвата v = 1 мм/мин (скорость деформации пример-
но 1,65⋅10—3 с—1). Испытания проводили при ком-
натной температуре и при 900 °С на воздухе.
Механические свойства сплава ЖС6К и его ПС.
В работе ставили задачу оптимизации состава при-
поя для применения в ремонте створок регулируе-
мого сопла АГТД с помощью высокотемпературной
пайки. Основным критерием оценки припоя, при-
меняемого для ремонта деталей АГТД, была проч-
ность паяного шва при рабочей температуре детали.
Согласно рис. 1, наиболее высокие значения вре-
менного сопротивления и предела текучести были у
образцов после эксплуатации и отжига при 1220 °С,
1 ч + 900 °С, 4 ч. За базовую прочность сплава
ЖС6К при 20 °С нами принято среднее значение
временного сопротивления образцов из сплава
ЖС6К, прошедших термообработку по режиму по-
лучения ПС, равное 906,7 МПа, а предела текучес-
ти – 734,7 МПа.
Необходимого сочетания прочности и пластич-
ности металла достигали после отжига по режимам
термофиксации литой створки при 1160 °С, 2 ч +
старение 900 °С, 4 ч или старения после аустенити-
зации при 1050 °С, 4 ч (рис. 1). Высокая прочность
(более 1000 МПа) сочеталась с относительным уд-
линением в интервале 9…11 %. Данные рис. 1 по-
казывают возможность применения различных ви-
дов термообработки в вакууме для получения нуж-
ных функциональных характеристик ПС в услови-
ях эксплуатации.
Прочность ПС составляла 0,78…0,98 прочности
основного металла (табл. 1), причем большие зна-
чения соответствовали ПС, сформированным с при-
менением припоя 20%#1 + 20%НС12 + 60% Rene-142.
Результаты механических испытаний свидетель-
ствуют о высоком уровне технологических свойств
трехкомпонентного припоя 20%#1 + 20%НС12 +
+ 60% Rene-142, обеспечивавшего хорошее смачивание
паяемых поверхностей (угол смачивания θ = 3…5°),
затекание в зазор и формирование плотных качест-
венных швов с минимальным количеством дефектов.
Наряду с высокими значениями прочностных
характеристик трехкомпонентный припой гаранти-
ровал ПС удовлетворительный запас пластичности
(относительное удлинение составляло 1,8…7,7 %).
На первом этапе исследований оптимизировали
содержание НС12 в комплексном припое и тип при-
43
меняемого связующего. Установлено, что предел те-
кучести ПС, выполненных припоем с 20%НС12,
составлял 742 МПа, а в случае припоя c 15%НС12 –
724,6 МПа. При нагружении первые очаги пласти-
ческого течения возникают в паяемом металле и за-
тем, по мере нарастания деформационного упроч-
нения, переходят в металл шва.
Статистическая обработка результатов испыта-
ний ПС сплава ЖС6К на растяжение при 20 °С
показана на рис. 2. Сравнивали базовый компози-
ционный припой #1 + 60%Rene-142 и комплексный
Т а б л и ц а 1 . Механические свойства ПС сплава ЖС6К, полученных с использованием жидкостно-реакционной техно-
логии композиционными бор- и боркремнийсодержащими припоями
Объект
исследования
№
образца
Поперечное
сечение S, мм
2 σ0,2, МПа σв, МПа ε, %
Исходный металл
2-0 4,77 689,0 841,0 11,2
2-1 4,24 752,0 978,6 10,7
2-2 4,96 761,5 926,6 8,3
После отжига 1220 °С, 1ч + 1160 °С,
2 ч + 1050 °С, 4 ч
9 3,62 722,3 975,6 6,7
10 3,37 713,2 830,0 9,0
11 3,22 740,3 898,7 10,7
12 3,69 763,0 930,5 13,2
Соединение, паянное припоем
40%#1 + 60% Rene-142
4,1 13,48 — 628,6 0
4,2 13,63 — 743,0 0
5,7 3,93 711,4 719,0 0,2
5,8 4,57 730,0 796,4 1,7
5,9 4,01 — 697,2 0
6,0 4,28 680,0 761,0 3,0
6,1 3,64 674,0 674,0 0
6,3 3,78 — 623,0 0
Соединение, паянное припоем
20%#1 + 20% НС12 60%Rene-142
1-6** 3,16 745,0 826,0 1,8
2-7** 4,50 654,0 700,0 0,5
3-9** 4,41 718,5 789,6 2,0
3-1** 4,00 742,0 777,6 0,7
2-8* 3,88 745,8 847,0 2,0
2,9* 4,56 677,6 882,0 7,7
3,2* 4,75 722,5 831,0 3,0
3,9* 4,62 717,7 877,0 4,0
*ПС прошли окончательную термообработку в вакууме при температуре 1160 °С, 2 ч + 1050 °С, 4 ч.
**Окончательное старение при 950 °С, 2 ч.
Рис. 1. Прочностные характеристики сплава ЖС6К (металла створки) после эксплуатации (1) и различных режимов термообработки
в вакууме: 2 – 1220 °С, 1 ч; 3 – 1220 °С, 1 ч + 1160 °С, 2 ч; 4 – 1220 °С, 1 ч + 1160 °С, 2 ч + 1050 °С, 4 ч; 5 – 1220 °С, 1 ч + 900 °С,
4 ч; 6 – 1220 °С, 1 ч + 1050 °С, 4 ч; – σв; – σ0,2
44
припой, в который вводили 20 мас. % НС12. Как
следует из работ [9—11], добавка в базовый припой
15…20 мас. % НС12 улучшает жидкотекучесть и
технологичность относительно вязкого бинарного
припоя #1+60%Rene-142. Эвтектический припой Ni—Si
способствует заполняемости зазоров (трещин) без
усадочных дефектов и порообразования, нейтрализуя
высокую реакционную способность борсодержащего
припоя по отношению к паяемому сплаву.
В соответствии с результатами, представленны-
ми на рис. 2, зафиксировано заметное различие не
только в уровне, но и в стабильности значений проч-
ности. Более 70 % испытанных образцов сплава
ЖС6К, спаянных припоем, содержащим НС12, име-
ли временное сопротивление, соответствовавшее
0,85…0,95σв основного металла (760…850 МПа) и
разрушались выше предела текучести в широком
интервале значений σв (рис. 2).
Более низкий уровень значений хрупкой проч-
ности (550…750 МПа) имели ПС, выполненные
борсодержащим припоем без НС12. Данный ре-
зультат является общим для высокотемпературной
пайки литейных никелевых сплавов: ВЖЛ12У,
ЖС26, ЖС26НК, ЖС6У. Тенденция гарантии
пластичности (относительного удлинения) соедине-
ний наиболее выражена для комплексных припоев
с 15…20 мас. % НС12 [10].
Рис. 3 иллюстрирует хрупкую прочность ПС,
выполненных борсодержащим припоем с наполни-
телем из порошка Rene-142 без добавления НС12.
Показаны механические свойства ПС сплава ЖС6К
после стандартной двухстадийной термообработки
(старение при 1050 °С, 4 ч). При максимальной
пластичности ε = 1,7…3,0 % значение Δσ(σв — σт)
составляет всего 60…80 МПа.
Исследовали прочность при статическом растя-
жении, а также долговечность основного металла и
ПС при 900 °С на воздухе. Полученные значения
прочности ПС при высокой температуре были впол-
не удовлетворительными (рис. 4). Образцы основ-
ного металла и ПС (ширина зазора 1 мм) сплава
ЖС6К, сформированные комплексными припоями
с наполнителем из порошка Rene-142 и отожженные
при 1160°С, 2 ч + 1050 °С, 4 ч, испытывали при
напряжениях 294,0, 196,0 и 176,5 МПа (табл. 2, 3).
Значения долговечности ПС достигали 1,5…22 ч.
В испытаниях образцов на длительную прочность
при использовании зазора 1 мм определяли факти-
ческую длительную прочность закристаллизовав-
шегося металла ПС.
При длительных испытаниях основного металла
образцы разрушались в проушинах, что свидетель-
ствует о низком качестве сплава в периферийных
участках створки вдоль полосы усиления, где воз-
Т а б л и ц а 2 . Долговечность основного металла (сплав
ЖС6К после двух- и трехстадийной термообработки) при
температуре 900 °С и приложенной нагрузке 294 МПа на
воздухе
№
образца
Долговечность
τ, мин
Удлинение
e, %
Термообработка
в вакууме
0-1 1320 Разрушение
в головке
1220 °С, 1 ч + 1160 °С,
2 ч + 900 °С, 2 ч
0-2 1200 6,1
0-3 210 Разрушение
в головке
0-0 110 4,1
0-6 730 9,5
4-4 1260 11,7 1220 °С, 1 ч + 900 °С, 4 ч
Рис. 2. Статистические кривые значений временного
сопротивления σв ПС сплава ЖС6К, выполненных борсодержа-
щим припоем #1 + 60%Rene-142 (1 – 18 образцов) и комплек-
сным припоем 20%#1+ 20%НС12 + 60%Rene-142 (2 – 12 образ-
цов); N – количество образцов
Рис.3. Механические свойства ПС сплава ЖС6К, полученных
с использованием бинарного припоя #1 + 60%Rene-142, после
стандартной двухстадийной термообработки (старение при
1050 °С, 4 ч)
Рис. 4. Взаимосвязь прочности ПС сплава ЖС6К и их относи-
тельного удлинения при 900 °С
45
никают трещины термической усталости. В перифе-
рийных участках створки имелась литейная микро-
пористость, являвшаяся причиной преждевременного
разрушения деталей в процессе эксплуатации.
Анализ результатов механических испытаний
образцов ПС, сформированных с применением
трехкомпозиционного припоя с зазором шириной
1 мм, после применения различных видов финаль-
ной термообработки (табл. 1) показал, что более
стабильные значения временного сопротивления
при комнатной температуре были у образцов, прошед-
ших гомогенизацию при температуре 1220 °С, 20 мин
и высокотемпературный отжиг при 1050 °С, 4 ч.
Относительное удлинение составляло 2,0…7,7 %.
Данная термообработка обеспечивает при темпера-
туре запуска двигателя определенный запас плас-
тичности и хорошую прочность. Низкотемператур-
ный отжиг при 950 °С, 2 ч снижал показатели проч-
ности и пластичности металла шва ввиду выделения
большего количества упрочняющей γ′-фазы и изме-
нения морфологии карбидных фаз.
Ремонт образцов ПС сплава ЖС6К. В ряде экспе-
риментов использовали ремонтную (повторную)
пайку заготовок соединений или уже готовых спаян-
ных образцов в зависимости от того, на каком этапе
подготовки ПС выявили усадочную пористость.
Для борьбы с непропаями в швах в случае ис-
пользования шприцевого заполнения технологичес-
кого зазора шириной 1 мм припоем применяли руч-
ное заполнение, а сверху – нанесение валика при-
поя, пропитанного раствором акриловой смолы.
Высокотемпературное старение при 1050 °С прово-
дили в течение 5 ч.
Результаты испытаний на растяжение повторно
спаянных образцов были всегда положительными
(табл. 4). Сравнивали свойства ПС, выполненных
бинарным припоем повторно и припоем с 20 мас. %
Ni—12% Si.
В случае бинарного борсодержащего припоя по-
лучали стабильно сниженные значения временного
сопротивления (648,5…699 МПа) при остаточной
пластичности 0,2…0,6 %. Введение НС12 в припой
повышало предел текучести и временное сопротив-
ление ПС до 719,5…745 МПа, относительное уд-
линение составляло 1,0…6,2 %.
ПС, выполненные бинарными борсодержащими
припоями, были стабильно более хрупкими, чем со-
единения, полученные комплексным припоем с
НС12. Соединения разрушались на пределе упру-
гости по достижении предела текучести при напря-
жении 650…700 МПа.
Результаты металлографического анализа. Опти-
мизацию состава припоев проводили на основании
результатов механических испытаний образцов ПС
во взаимосвязи с исследованием структуры металла
швов. Основным критерием оценки качества метал-
ла шва служила степень гомогенности его структу-
ры при сохранении в нем минимального количества
грубых карбоборидных фаз и сложнолегированных
междендритных эвтектик. Припои #1 + Rene-142 и
#1 + 20%НС12 + Rene-142 обеспечивали достаточно
высокий уровень механических свойств ПС и нахо-
дились в тесной взаимосвязи с соответствующей
структурой металла шва.
Введение эвтектического припоя Ni—12%Si в би-
нарный припой #1 + Rene-142 снижало объемную
долю хрупких вторичных фаз до 4,6…5,2 %, при
этом карбидные фазы располагались в межосевых
областях, а боридные хромовые не определялись
вообще. Наряду с кремнием в металл шва из НС12
дополнительно поступало приблизительно 17 мас. % Ni.
Соответственно уменьшалась степень легирования
шва, и равновесие в затвердевавшем припое сдви-
галось в сторону образования γ-раствора и борид-
ных фаз цементитного типа (Ni3B [11, 12]. При этом
образовывалась четкая дендрито-ячеистая структу-
ра с размером ячейки около 30…50 мкм.
Т а б л и ц а 4 . Механические свойства ПС (повторная пайка и термообработка)
Вариант припоя
№
образца
S, мм
2
σ0,2, МПа σв, МПа ε, % Объект восстановления
11
([#1] + 60%Rene-142)
0—7 3,94 — 665,0 0 Образец*
4—2 3,65 — 743,0 0 Заготовка*
4—4 4,73 653,3 788,0 5,0 Образец*
12
([#1] + 20%НС12 + 60% Rene-142)
4—6 3,49 739,2 877,0 6,2 Заготовка*
4—8 5,0 755,4 775,0 1,0 Заготовка*
4—9 3,23 774,4 841,3 2,8 Однократная пайка
*Образцы вариантов 11 и 12 отреставрированы с повторным использованием припоя варианта 12.
Т а б л и ц а 3 . Долговечность ПС сплава ЖС6К (вторая
Луцкая створка), выполненных комплексным припоем
20% #1 + 20%НС12 + 60% Rene-142 после двухстадий-
ной термообработки (Tисп = 900 °С)
№
образца
σ,
МПа
Долговечность
τ, мин
Удлинение
ε, %
Термообработка*
в вакууме
0 196 180 1,02
1160 °С, 2ч +
+ 900 °С, 2 ч
1 176 540 8,00
2 176 90 4,30
3 176 600 7,30
*Отжиг при температуре 1050 °С, 4 ч исключен с целью проверки
возможности получения более высокого уровня долговечности.
46
В табл. 5 представлен фазовый состав паяных
швов двух систем припоев после пайки и двухступен-
чатой термообработки, показано преимущество исполь-
зования припоя с кремнием 20%#1 + 20%НС12 +
+ 60%Rene-142 (рис. 5, в, г), в сравнении с 40%#1 +
Т а б л и ц а 5 . Микроанализ отдельных фаз, составляющих металл шва ПС, выполненных при температуре 1210 °С, 20 мин
с применением различных припоев без отжига и после него
№
спектра
Массовая доля компонентов, % Тип
фаз
HV,
МПаС* Al Cr Co Ni Mo Hf Ta W Re Si
#1 + 60%Rene-142 без отжига (рис. 5, а)
1 1,50 5,15 9,35 11,3 64,96 0,79 — 2,46 2,80 1,71 — Раствор 4015
3 1,63 2,19 7,53 13,8 62,49 0,54 3,61 7,5 0,75 — — Эвтектика 8085
6 6,77 — 48,53 4,84 5,67 5,32 — 0,76 11,30 16,8 — Me23(C,B)6 181110
#1 + 60%Rene-142 после отжига 1160 °С, 2 ч + 1050 °С, 2 ч (рис. 5, б)
2 2,23 4,90 9,27 10,9 63,37 0,81 — 2,72 4,03 1,75 — Раствор 4200
3 1,92 1,98 7,42 13,5 60,96 — 6,79 5,15 1,50 0,79 — Эвтектика 8480
5 3,72 — 48,64 4,32 4,69 5,27 — — 13,80 19,60 — Me23(C,B)6 13180
6 3,26 — 26,34 3,66 6,64 12,53 — 3,87 35,50 7,94 — Me6C 18785
8 7,35 — 0,70 1,09 4,66 — 27,1 57,1 — — — MeC 22150
#1 + 20%НС12 + 60%Rene-142 без отжига (рис. 5, в)
3 2,20 3,71 6,50 9,13 60,41 0,89 — 4,22 3,13 2,36 1,45 Раствор 4465
4 5,73 0,34 15,18 3,33 13,42 8,26 4,65 27,6 10,90 10,20 0,46 MeC —
6 3,13 0,53 4,64 10,3 66,93 — 5,82 4,45 0,92 — 3,27 NixHfy 6140
#1 + 20%НС12 + 60%Rene-142 после отжига 1160 °С, 2 ч + 1050 °С, 2 ч (рис. 5, г)
2 1,97 4,16 7,14 9,58 65,96 0,28 — 3,72 3,97 2,17 1,06 Раствор 4240
4 5,96 — 3,37 5,97 13,77 13,58 — 11,1 39,90 6,39 — Me6C 19730
6 6,76 1,78 4,02 5,93 34,63 4,96 5,83 13,4 16,50 4,20 2,00 MeC —
*Углерод дан качественно ввиду ошибки прибора при определении типа составляющихх фаз.
Рис. 5. Микроструктура металла швов, сформированных припоями #1 + 60%Rene-142 (а, б) и #1 + 20%НС12 + 60%Rene-142
(в, г) при кристаллизации (а, б, 200) и после термообработки (в, г, 500)
47
+ 60%Rene-142 (рис. 5, а, б), по степени гомоген-
ности и однородности структуры.
После термообработки металл шва комплексно-
го припоя представлял собой гомогенный раствор
с редкими выделениями двойных карбидов Mе6C и
дисперсными полиэдрическими карбидными части-
цами MeC (с микротвердостью 26600 МПа). Эти
выделения на основе тантала (до 40 %) с гафнием,
титаном, ниобием – продукт распада первичных
штриховых карбидных фаз и высокотемператур-
ных междендритных эвтектик – являются струк-
турно стабильными при эксплуатации в условиях
высокой температуры (табл. 5, рис. 5, г) [13].
В случае использования базового композицион-
ного припоя #1 + Rene-142 после завершающей
двухступенчатой термообработки не удавалось пол-
ностью избежать хрупкого разрушения ПС в про-
цессе испытаний на растяжение из-за наличия в ме-
талле шва крупных карбидных (карбоборидных)
фаз Me23(C, B)6, которые при микротвердости
12000…15000 МПа (табл. 5, рис. 5, в) оставались
достаточно стабильными при температуре гомоге-
низации и являлись очагами транскристаллитного
разрушения ПС при нагружении.
На рис. 6 и табл. 6 показана структура паяного
шва при использовании припоя 20%#1 + 20%НС12 +
+ 60%Rene-142 на образце из сплава ЖС6К после
всех видов термообработки. Четко просматривается
ячеистый характер закристаллизовавшегося метал-
ла шва и минимальное количество вторичных меж-
дендритных карбидных фаз в шве. При зазоре 1 мм
шов имел плотную структуру без следов усадки или
непропаев, ширина диффузионной зоны достигала
50…70 мкм.
На начальном этапе исследований ПС, сформи-
рованных с применением припоев #1 + 60%Rene-142
с НС12 и без него, варьировали режим финишной
термообработки после пайки, включающий гомоге-
низацию при 1160 °С, 2 ч и старение при 950 °С,
2…4 ч или 1050 °С, 2…5 ч (рис. 7).
Для формирования менее выраженной гетеро-
фазной структуры металла паяных швов шириной
более 1 мм после гомогенизации при 1160 °С, 2 ч
целесообразно применять высокотемпературный от-
жиг (старение) при 1050 °С, 4…5 ч. В этом случае
более полно протекают процессы растворения грубых
карбоборидных фаз и сложнолегированных эвтектик.
Использование бескремнистого припоя #1 +
+ 60%Rene-142 и принятых режимов финишной
термообработки не обеспечивает структурную гомо-
генность металла шва: объемная доля вторичных
карбоборидных фаз, в основном расположенных в
междендритных областях, составляет 11…18 %
(рис. 7, а, б). Наличие укрупненных карбидов и по-
граничных эвтектик способствует охрупчиванию ПС и
провоцирует их раннее разрушение при нагружении.
На примере системы припоя 20%#1 + 20%НС12 +
+ 60%Rene-142 установлено, что старение ПС при
950 °С, 2 ч приводит к увеличению объемной доли
субдисперсной γ′-фазы, однако границы зерен со-
держат нежелательное количество вторичных кар-
боборидных фаз (рис. 8, в, г).
После финального отжига при 1050 °С, 5 ч с
использованием припоя с 20%#1 + 20%НС12 + 60%
Rene-142 ликвационная неоднородность швов, на-
иболее четко заметная после металлографического
травления, является минимальной (рис. 7, д, е). С
использованием припоя и принятом виде термооб-
работки (старение при 1050 °С, 4…5 ч) во всех
областях ПС выделяется регулярная упрочняющая
γ′−фаза, размер частиц которой в шве достигает
0,1…0,5 мкм, что обеспечивает ПС необходимую
жаропрочность.
Т а б л и ц а 6 . Химический состав основных зон ПС, сформированного с применением припоя 20%НС12 + 20%#1 +
60%Rene-142 при 1220 °С, 20 мин и отжига 1160 °С, 2 ч + 1050 °С, 2 ч
Исследуемые
зоны ПС
№ спектра
Массовая доля компонентов, %
Ni Al Co Ti Cr W Mo Ta C Nb Re Si
ЖС6К Состав
сплава
(штатный)
Основа 5,0… 6,0 4,0… 5,0 2,5… 3,2 9,0… 12,0 1,1… 1,8 3,5… 4,8 — 0,1 — — —
Металл основы 3 66,03 3,92 9,82 1,87 10,01 4,31 3,13 — — 0,16 0,75 —
Металл диффу-
зионной зоны
2 66,77 3,77 9,07 1,31 8,02 4,5 1,99 1,01 — 0,48 1,77 1,32
Металл шва 1 66,79 3,80 7,84 1,34 7,86 5,08 2,54 1,29 — 0,64 1,23 1,59
Рис. 6. Участки рентгеноспектрального микроанализа паяного
шва, сформированного с применением припоя 20%НС12 +
+ 20%#1 + 60%Rene-142 при 1220 °С, 20 мин и отжига 1160 °С,
2 ч + 1050 °С, 2 ч
48
Фрактография образцов ПС при растяжении.
В лабораторных условиях процесс деформации об-
разцов зачастую сводится к их одноосному растя-
жению. Наиболее интересными результатами, за-
фиксированными при таком воздействии на иссле-
дуемые соединения, являются аномальные свойства
при растяжении и характер деформационного уп-
рочнения образца. При этом основное внимание не-
обходимо обращать на его удлинение.
Многофазность структуры металла паяного шва
и усадочная микропористость являются основными
причинами преждевременного разрушения ПС при
нагружении. Вид излома или микроструктура об-
разца в очаге разрушения – основные источники
информации исследуемого объекта [14].
При анализе особенностей разрушения паяной
конструкции, когда требуется установить очаг раз-
рушения в шве, зоне термического влияния или ос-
новном металле, исследовали обе части разрушен-
ного образца, поскольку работа только с одной по-
ловиной излома является малоэффективной. Ха-
рактер разрушения образцов связывали с химичес-
ким составом использованных припоев.
Анализ поверхности изломов образцов ПС после
испытаний показал наличие смешанной картины
разрушения соединений, при этом превалировал
транскристаллитный скол большого количества зе-
рен матричного твердого раствора.
Следует отметить идентичность изломов образ-
цов ПС, выполненных припоями с различными на-
полнителями и отожженных при разных значениях
температуры. От температуры старения в незначи-
тельной степени зависит размер карбоборидных
фаз. Эти фазы выделяются из расплава и для из-
менения их морфологии требуются повышенная
температура отжига и большее время выдержки при
гомогенизации ПС.
Крупные сегрегации частиц при слабой границе
раздела с матрицей облегчают зарождение трещин
и снижают разрушающее напряжение. В паяных
соединениях (металле шва) полости зарождаются,
когда локальное напряжение превышает прочность
сцепления выделившихся фаз с матричным раство-
ром. В результате происходит отрыв по контактной
поверхности. В ряде случаев зарождение несплош-
ностей обнаруживают, когда напряжение оказыва-
ется достаточным для разрушения самой частицы
(включения).
Картины изломов образцов ПС, претерпевших
разрушение в результате одноосного растяжения,
представлены на рис. 8. Образцы, прошедшие окон-
чательный отжиг при 1050 °С, 4 ч, имели относитель-
ное удлинение в пределах от 4 до 7…10 % (табл. 1).
При этом разрушение обычно происходило по ме-
таллу шва. Не выдерживали, как правило, границы
закристаллизовавшихся зерен, вдоль которых вы-
делялись карбоборидные фазы.
Следует отметить, что на границах зерен проис-
ходит интенсивное поглощение энергии движущей-
ся трещины [15].
ПС, полученные с применением композицион-
ных борсодержащих припоев #1 + 60%Rene-142 без
НС12, отличаются низкой пластичностью (не более
1,7 %) и, соответственно, невысокой прочностью
(рис. 3). Хрупкое разрушение образов происходит
либо по достижении предела упругости, либо сразу
же за пределом текучести.
Картина излома (рис. 8, а, б) образца (σ = 628 МПа,
ε = 0) демонстрирует хрупкий отрыв с единичными
участками ямочного вязкого разрушения на поверх-
ности отдельных зерен. В участках межзеренного
разрушения видны частицы карбоборидных выде-
лений. Они присутствуют и на плоскостях скола в слу-
Рис. 7. (γ+γ′)-структура металла паяных швов, сформированных с применением припоев #1 + 60%Rene-142 (а, г) и 20%#1 +
+ 20%НС12 + 60%Rene-142 (б, в, д, е) при 1220 °С, 20 мин и отжига при 1160 °С, 2 ч: а, в, г, е – 1050 °С, 5 ч; в, г – 950 °С,
2 ч; а—в – 500; г—е – 1400
49
чае транскристаллитного разрушения (рис. 8, в, г).
Судя по картине излома (рис. 8, б), здесь имеется
частичное (неполное) оплавление отдельных зерен;
а поскольку в припое отсутствует кремний (пайка
без НС12), то обнаруживаются участки несплавле-
ния (рис. 8, а).
При введении кремния в припой в виде эвтек-
тической композиции Ni—12%Si (ТL = 1143 °С) воз-
растает дисперсность избыточных карбоборидных фаз
и эвтектик, а также однородность их распределения
в матричном растворе паяного шва (рис. 8, е—з) [16].
Уменьшение количества грубых карбоборидных
частиц в межзеренных пространствах способствует
дисперсионному упрочнению раствора, благодаря
чему достигается повышенный уровень кратковре-
менной прочности и удовлетворительная пластич-
ность ПС при одноосном растяжении.
Рис. 8. Фрактография разрушения (Tисп = 20 °С) образцов, полученных с применением припоев #1 + 60%Rene-142(а—г) и #1 +
+ 20%НС12 + 60%Rene-142 (д—з); а, д – SEI (общий вид); б—г, е—з – BEI; а, б – 25; 50; д, е – 25; в, ж – 200; г, з – 500
50
Максимальная разница ΔG в значениях предела
текучести σт и временного сопротивления Δσв дос-
тигла уже 250 МПа. Это указывает на интенсивное
деформационное упрочнение соединения, когда от-
носительное удлинение образца составляет 5…7 %
(рис. 2).
Предел текучести ПС, выполненных комплекс-
ным припоем с 20%НС12, был несколько выше, чем
у остальных образцов. Преимущественное разруше-
ние происходило по металлу шва образцов вблизи
линии сплавления (рис. 8, д—з), характер разруше-
ния (межзеренный) был связан с растрескиванием
карбоборидных фаз по границам зерен и с декоге-
зией частиц и матричного раствора.
Дискретные карбоборидные фазы равномерно рас-
пределены в объеме металла шва, при этом их коли-
чество было минимальным в случае введения в па-
яльную смесь 20 % НС12 вместо 15 % (рис. 9, а, б).
При изучении поверхности изломов (рис. 9, г, е)
зафиксирована декогезия карбидных частиц Me6C,
MeC и матрицы. Разрушение протекает далее по
зернам матричного раствора.
При оценке характера разрушения ПС по про-
дольным микрошлифам установлено, что в случае
применения припоя #1 + 20%НС12 + 60%Rene-142
разрушение происходит чаще всего у линии сплав-
ления (рис. 9). При удовлетворительном деформа-
ционном упрочнении, т. е. длительном воздействии
напряжения, разрушаются (растрескиваются) кар-
бидные межосевые фазы (рис. 9, е).
Уменьшение содержания эвтектической состав-
ляющей (15 % НС12) композиционного припоя спо-
собствует появлению в металле шва квазибинарных
карбоборидных эвтектик на основе CrB со структу-
рой типа китайских иероглифов (рис. 9, г, е). Они
Рис. 9. Разрушение и структура образцов ПС, сформированных с применением различных типов припоев, после испытаний на
растяжение при 20 °С: а, б – #1 + 20%НС12 + 60%Rene-142; в, г – #1 + 15%НС12 + 60%Rene-142; д, е – #1 + 60%Rene-142;
а – 20; б, г, е – 200; в, д – 45
51
четко различаются оттенками (серые, округленной
формы и светлые, ближе к полиэдрической форме).
Светлые частицы обогащены элементами с вы-
соким атомным номером (тантал, рений и фоль-
фрам). Серые представляют собой частицы карби-
дов на основе хрома, титана, никеля. Таким обра-
зом, возрастание массовой доли бора в компози-
ционном припое ввиду меньшей доли НС12 приво-
дит к увеличению количества карбоборидных и
междендритных сложнолегированных эвтектик, ко-
торые существенно влияют на механические характе-
ристики ПС и приводят к раннему разрушению швов.
Введение НС12 в припой, кроме изменения мор-
фологии выделяющихся карбоборидных фаз и их
измельчения, способствует гомогенному распреде-
лению частиц в объеме поликристалла. Наряду с
упрочняющей фазой Ni3Al при введении кремния
происходит равномерное выделение частиц Ni3B
размером меньше 1 мкм. Данные частицы уменьша-
ют активный путь скольжения, благодаря чему по-
вышается разрушающее напряжение [15].
Измельчение выделившихся фаз снижает длину
полосы скольжения и тем самым ослабляет напря-
жение перед частицей или перед границей зерна.
Такой технический прием обеспечивает повышение
пластичности ПС.
В процессе работы для получения мелкого зерна
паяного шва необходимо использовать повышенные
скорости охлаждения.
Жаростойкость ПС сплава ЖС6К. Выдержка ПС
сплава ЖС6К на воздухе в течение 70 ч при 1000 °С
вызвала незначительное окисление приповерхност-
ных слоев металла. Оксидная пленка при относитель-
но высоком содержании хрома (более 15 мас. %) и
алюминия (более 3 мас. %) в сплаве состоит преи-
мущественно из Al2O3; ширина фронтального окис-
ления составляет 10…30 мкм, а локального – дос-
тигает 50 мкм.
Под слоем продуктов окисления после химичес-
кого травления зафиксирован приповерхностный
слой твердого раствора, полностью обедненного уп-
рочняющей γ′-фазой шириной около 20 мкм. В окис-
лительном процессе высокожаропрочных никеле-
вых сплавов основную роль играет массовое соот-
ношение хрома и алюминия [17].
Процесс окисления жаропрочного сплава явля-
ется сложным и различается в отдельных участках
окисляемой поверхности. Начальное окисление
сплава с формированием отслаивающихся оксид-
ных пленок, под которыми образуются термодина-
мические стабильные оксидные фазы Cr2O3 и
Al2O3, позволяет предотвратить разрушительные
последствия благодаря формированию непрерыв-
ной защитной внутренней оксидной пленки на ос-
нове Al2O3, которая обеспечивает удовлетворитель-
ное функционирование ЖС при высокотемператур-
ной эксплуатации. Однако в случае раннего скола
защитной пленки обнаруживается внутреннее окис-
ление сплава, а также образование оксидов алюми-
ния и нитридов титана на глубину до 50 мкм и более
(рис. 10, табл. 7).
По сравнению с паяемым сплавом ЖС6К, ме-
талл шва ПС демонстрирует более высокую окали-
ностойкость. Повышенное содержание хрома, тан-
тала, рения и гафния в металле паяного шва обес-
печивает жаростойкость швов.
Рис. 10. Участки рентгеноспектрального микроанализа слоя ока-
лины на поверхности образца сплава ЖС6К в результате изо-
термического окисления в печи при 1000 °С, 70 ч; 120
Т а б л и ц а 7 . Химический состав отдельных оксидных и нитридных фаз в слое окалины и поверхностном слое створки
из сплава ЖС6К в результате изотермического окисления в печи при 1000 °С, 70 ч
№ спектра
Массовая доля компонентов, %
N O Al S Ti Cr Fe Co Ni Mo W
1 — 0,97 3,12 — 2,07 7,63 1,35 9,08 66,74 3,92 5,11
2 — — 2,89 — 3,97 5,19 2,25 8,89 66,01 5,29 5,50
3 23,82 — 32,97 — 7,41 2,00 1,12 3,69 26,19 1,31 1,51
4 11,29 — 1,34 — 17,18 4,49 1,78 6,27 49,69 4,34 3,62
5 — 24,45 19,77 — 3,25 0,71 1,66 5,11 37,84 3,99 3,24
6 — 49,23 40,38 — 5,62 0,44 — 0,48 2,82 0,72 0,31
7 — — — — — 0,66 3,42 8,81 69,62 9,19 8,28
8 — 57,36 16,49 1,93 1,63 12,34 8,26 — 11,98 — —
9 — 46,05 3,24 — 1,38 40,17 0,45 0,85 6,98 0,89 —
10 — 15,40 12,38 — 1,51 0,79 2,38 6,84 49,72 5,76 5,22
52
Гафний благоприятно влияет на морфологию
выделяющихся карбидных фаз и в процессе окис-
ления частично диффундирует в приповерхностный
слой (рис. 11, табл. 8) с образованием стойких ок-
сидов под пленкой шпинелей NiCr2O4 и NiAl2O4,
что затрудняет диффузию алюминия к поверхности
и создает барьер, сдерживающий таким образом
рост оксидной пленки.
Поскольку шпинели NiCr2O4 и NiAl2O4 взаимно
растворимы и совместимы, возникают медленно
растущие фазы с образованием внутренней сплош-
ной оксидной пленки на основе Al2O3.
На базовом материале створки (сплав ЖС6К),
по сравнению с металлом шва, толщина слоя ока-
лины была примерно в два раза больше. Сравнивая
припои с различными типами наполнителей, можно
отметить, что в случае Rene-142 образуется более
благоприятные морфология карбидных фаз и их
распределение в шве, что гарантирует фронтальное
окисление поверхности металла шва на глубину не
более 10 мкм.
Поскольку работоспособность ПС во многом оп-
ределяется шириной технологического зазора при
кристаллизации расплава припоя (чем шире зазор
и больше объем расплава, тем выше вероятность
образования в затвердевающем шве хрупких цент-
ральноосевых карбоборидных эвтектик [18]), при-
нято решение при ремонте створок впаивать в тело
изделия доброкачественные фрагменты, которыми
заменялись поврежденные участки с кустообразными
разветвленными трещинами термической усталости.
Ширина зазора при этом не превышала 200 мкм.
На рис. 12 показан внешний вид такого фраг-
мента, спаянного комплексным припоем с бинар-
ным наполнителем из порошков никелевых ЖС.
Технология восстановления деталей с использова-
нием бор- и кремнийсодержащих присадок – стан-
дартная.
В табл. 9 приведены прочностные характерис-
тики образцов-свидетелей, выполненных совместно
с фрагментом створки в одной технологической садке.
Т а б л и ц а 8 . Массовая доля компонентов в структурных составляющих слоя окалины на поверхности паяного шва #1 +
20%НС12 + 60%Rene-142 образца сплава ЖС6К в результате изотермического окисления в печи при 1000 °С, 70 ч, %
№
спектра
O Al Si Ti Cr Fe Co Ni Nb Mo Hf Ta W Re
1 — 2,98 1,30 0,64 5,86 0,46 7,69 70,51 0,24 1,67 — 4,37 3,07 1,20
2 45,32 12.28 3,14 4,17 16,79 — 3,06 11,31 0,29 0,24 2,06 — 1,10 0,25
3 43,70 4,36 5,07 1,67 9,05 — 2,03 22,6 0,20 0,74 2,66 6,62 1,32 —
4 27,13 11,85 — 0,58 1,16 — — 3,79 0,69 0,15 48,75 4,18 — 1,72
5 43,67 6,97 1,81 4,47 14,52 — 1,56 15,69 0,24 0,76 2,50 5,28 2,54 —
Рис. 11. Участки рентгеноспектрального микроанализа слоя ока-
лины на поверхности ПС #1 + 20%НС12 + 60%Rene-142 образца
сплава ЖС6К в результате изотермического окисления в печи
при 1000 °С, 70 ч; 120
Рис. 12. Фрагмент створки регулируемого сопла АГТД после
восстановительного ремонта пайкой; створка до (а, б) и после
(в) пайки
53
Как видно из рис. 12, формирование паяного
шва на восстановленных пайкой деталях вполне
удовлетворительное.
Циклические испытания образцов ПС на кон-
сольный изгиб показали, что сопротивление уста-
лости металла паяных швов при технологическом
зазоре до 150…180 мкм соответствует сопротивле-
нию усталости исходного беспористого сплава
ЖС6К и составляет примерно (400±20) МПа на
базе испытаний 20⋅106 циклов при температуре 20 °С.
Выводы
1. Результаты исследований структуры и физико-
механических свойств ПС сплава ЖС6К (материала
створки регулируемого сопла АГТД) показали, что
применение в качестве базового борсодержащего
припоя NiCoCrAl—2,5%B(#1) + 60%Rene-142 спо-
собствует получению удовлетворительных прочнос-
тных характеристик ПС при минимальной пластич-
ности. Разрушение образцов происходило по дос-
тижению предела текучести, что вызвано наличием
в структуре швов значительного количества карбо-
боридных и сложнолегированных междендритных
эвтектик (до 11…20 об. %), которые остаются в
металле после финишной двухступенчатой термо-
обработки.
2. Показано, что введение в припой #1 +
60%Rene-142 15…20 мас. % эвтектической присад-
ки Ni—12%Si (НС12) обеспечивает достаточную
жидкотекучесть расплаву композиционного при-
поя, хорошую заполняемость зазоров, устранение
усадки и микропористости в швах, ослабление ре-
акционной способности борсодержащего припоя.
3. Данные испытаний на растяжение ПС, полу-
ченных комплексным припоем, содержащим однов-
ременно два депрессанта (бор и кремний) в опти-
мальных количествах (0,5 и 2,4 %), подтвердили
существенно более высокую технологическую плас-
тичность при нагружении и стабильность прочнос-
тных характеристик ПС сплава ЖС6К на уровне
(0,85…0,97) σв. Этот результат показал универ-
сальность применения комплексного припоя систе-
мы 20%#1 + (15…20)%НС12 + 60%Rene-142 при
формировании соединений литейных никелевых
сплавов.
4. Результаты испытаний ПС на воздухе в тече-
ние 70 ч при 1000 °С показали хорошую окалинос-
тойкость металла паяного шва, а именно припоя
#1 + 20%НС12 + 60%Rene-142, по сравнению с па-
яемым металлом основы ЖС6К. Ширина фронталь-
ного окисления основы составляла 30 мкм, а ло-
кального – до 50 мкм. При этом приповерхностная
зона, обезлегированная алюминием, достигала
20…30 мкм. Металл шва окислялся на глубину не
более 10 мкм, что обеспечивается эффективным ле-
гирующим комплексом сплава-наполнителя –
Rene-142.
1. Петухов А. Н. Сопротивление усталости деталей ГТД. –
М.: Машиностроение, 1993. – 240 с.
2. Mattheij J. H. G. Role of brazing in repair of superalloy
components – advantages and limitations // Mater. Sci &
Tehnol. – 1996. – 11, № 8. – P. 608—612.
3. Duvall D. S., Owezarsks W. A., Paulonis D. F. TLP bon-
ding: a new method for joints heat resistant alloys // Wel-
ding J. – 1974. – № 4. – P. 203—214.
4. Rabinkin A. Brazing with (NiCoCr)—B—Si amorphous bra-
zing filler metals: alloys, processing, joint structure, proper-
ties, application // Sci & Technol. of Welding & Joi-
ning. – 2004. – 9, № 3. – P. 181—199.
5. Ключников И. М. Ремонт деталей и узлов газотурбинных
двигателей методами высокотемпературной пайки с ло-
кальным нагревом // Пайка в создании изделий совре-
менной техники. – М.: Центральный российский дом
знаний, 1997. – 151—155.
6. Хорунов В. Ф. Основы пайки тонкостенных конструкций
из высоколегированных сталей. – Киев: Наук. думка,
2008. – 239 с.
7. Wikstrom N. P., Ojo O. A., Chaturvedi M. C. Influence of
process parameters on microstructure of transient liquid
phase bonded Inconel 738 LC supperalloy with Amdry DF-3
interlayer // Mater. Sci. & Engng. – 2006. – A417. –
P. 299—309.
8. Каблов Е. Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей /
сплавы, технологии, покрытия. – М.: МИСиС, 2001. –
632 с.
9. Pat. 6.454.885 USA ICI7 C 22 C 19/05. Nickel diffusion braze
alloy and method for repair of supperalloy / R. P. Ches-
ness, R. R. Xu. – Publ. 24.09.2002.
10. Кратковременная прочность и микроструктура паяных
соединений сплава ВЖЛ12У, полученных с использовани-
ем борсодержащего припоя с присадкой кремния /
И. С. Малашенко, В. В. Куренкова, А. Ф. Белявин,
В. В. Трохимченко // Современ. электрометаллургия. –
2006. – № 4. – С. 26—42.
11. Куренкова В. В., Малашенко И. С. Композиционный
припой для высокотемпературной пайки жаропрочных ни-
келевых сплавов // Инженерия поверхности. Новые по-
рошковые композиционные материалы. Сварка: Сб. докл.
междунар. симпозиума (Минск, 25—27 марта, 2009 г.): В
2 ч. – Минск, 2009. – Ч.2. – С. 209—217.
12. Гольдщмидт Х. Дж. Сплавы внедрения: В 2 кн. – М.:
Мир, 1971. – Кн.1 – 424 с.; Кн.II – 363 с.
13. Шалин Р. Е., Светлов И. Л., Качанов Е. Б. Монокрис-
таллы никелевых жаропрочных сплавов. – М.: Маши-
ностроение, 1997. – 426 с.
14. Фрактография – средство диагностики разрушенных де-
талей / М. А. Балтер, А. П. Любченко, С. А. Аксенов и
др. – М.: Машиностроение, 1987. – 160 с.
15. Герланд Дж., Парих Н. М. Микроструктурные аспекты
разрушения двухфазных сплавов // Разрушение. – М.:
Мир, 1976. – Т.7, Ч.I. – С. 472—512.
16. Куренкова В. В, Малашенко И. С. Высокотемпературная
пайка литейных жаропрочных никелевых сплавов борсо-
держащим припоем, легированным кремнием // Адгезия
расплавов и пайка материалов. – 2008. – Вып. 41. –
С. 63—87.
17. Василевски Г. Е., Пан П. А. Высокотемпературное окис-
ление // Жаропрочные сплавы. – М.: Металлургия,
1976. – С. 266—293.
18. Pat. 6.520.401 B1 USA, ICI7 B 23 K 20/22. Diffusion
bonding of gaps / W. M. Miglietti. – Publ. 18.02.2003.
Ин-т электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, Киев
Ремонтный з-д, Луцк
Поступила 06.10.2010
Т а б л и ц а 9 . Прочностные характеристики образцов-сви-
детелей при пайке фрагментов створки (сплав ЖС6К) ком-
плексными припоями с бинарными наполнителями
№
образца
S, мм
2
σ0,2, МПа σв, МПа ε, % Δσ/ε
1 4,12 707,0 821,5 4,8 23,8
2 4,31 710,0 758,0 2,2 21,8
3 4,13 745,2 843,2 3,0 31,0
4 4,01 795,0 917,4 6,7 18,0
5 5,54 752,5 796,8 1,7 26,0
6 4,29 754,0 882,7 6,8 18,8
7 4,70 795,0 878,5 3,2 26,1
54
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-96170 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0233-7681 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:35:37Z |
| publishDate | 2010 |
| publisher | Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Малашенко, И.С. Мазурак, В.Е. Куренкова, В.В. Кушнарева, Т.Н. Гусев, Ю.В. 2016-03-12T09:28:11Z 2016-03-12T09:28:11Z 2010 Ремонт створок регулируемого сопла авиационного газотурбинного двигателя способом высокотемпературной пайки в вакууме / И.С. Малашенко, В.Е. Мазурак, В.В. Куренкова, Т.Н. Кушнарева, Ю.В. Гусев // Современная электрометаллургия. — 2010. — № 4 (101). — С. 42-54. — Бібліогр.: 18 назв. — рос. 0233-7681 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96170 621.791.3.05.011: 539.2:620.17 Сравниваются технологические возможности использования бинарного борсодержащего припоя и аналогичного с присадкой 20 мас. % эвтектической композиции Ni—12%Si при формировании соединений сплава ЖС6К в условиях ремонтной пайки в вакууме. Рассмотрено влияние различных режимов отжига на физико-механические свойства основного металла створки регулируемого сопла авиационного газотурбинного двигателя (АГТД) и его соединений после пайки. Показана перспективность использования комплексного припоя с бором и кремнием в технологи восстановления деталей горячего тракта АГТД пайкой. Technological possibilities of using binary boron-containing brazing alloy and similar one with filler of 20 % eutectic composition Ni—12%Si in formation of joints of alloy ZhS6K under conditions of repair brazing in vacuum are compared. The effect of different conditions of annealing on physical-mechanical properties of parent metal of a flap of an adjustable nozzle of aircraft gas turbine engine (AGTE) and its joints after brazing is considered. The prospects of application of a complex brazing alloy with boron and silicon in the technology of restoration of hot track parts of GTE by brazing are shown. ru Інститут електрозварювання ім. Є.О. Патона НАН України Современная электрометаллургия Новые материалы Ремонт створок регулируемого сопла авиационного газотурбинного двигателя способом высокотемпературной пайки в вакууме Repair of flaps of the regulating nozzle of aviation gas turbine engines by high-temperature vacuum brazing Article published earlier |
| spellingShingle | Ремонт створок регулируемого сопла авиационного газотурбинного двигателя способом высокотемпературной пайки в вакууме Малашенко, И.С. Мазурак, В.Е. Куренкова, В.В. Кушнарева, Т.Н. Гусев, Ю.В. Новые материалы |
| title | Ремонт створок регулируемого сопла авиационного газотурбинного двигателя способом высокотемпературной пайки в вакууме |
| title_alt | Repair of flaps of the regulating nozzle of aviation gas turbine engines by high-temperature vacuum brazing |
| title_full | Ремонт створок регулируемого сопла авиационного газотурбинного двигателя способом высокотемпературной пайки в вакууме |
| title_fullStr | Ремонт створок регулируемого сопла авиационного газотурбинного двигателя способом высокотемпературной пайки в вакууме |
| title_full_unstemmed | Ремонт створок регулируемого сопла авиационного газотурбинного двигателя способом высокотемпературной пайки в вакууме |
| title_short | Ремонт створок регулируемого сопла авиационного газотурбинного двигателя способом высокотемпературной пайки в вакууме |
| title_sort | ремонт створок регулируемого сопла авиационного газотурбинного двигателя способом высокотемпературной пайки в вакууме |
| topic | Новые материалы |
| topic_facet | Новые материалы |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/96170 |
| work_keys_str_mv | AT malašenkois remontstvorokreguliruemogosoplaaviacionnogogazoturbinnogodvigatelâsposobomvysokotemperaturnoipaikivvakuume AT mazurakve remontstvorokreguliruemogosoplaaviacionnogogazoturbinnogodvigatelâsposobomvysokotemperaturnoipaikivvakuume AT kurenkovavv remontstvorokreguliruemogosoplaaviacionnogogazoturbinnogodvigatelâsposobomvysokotemperaturnoipaikivvakuume AT kušnarevatn remontstvorokreguliruemogosoplaaviacionnogogazoturbinnogodvigatelâsposobomvysokotemperaturnoipaikivvakuume AT gusevûv remontstvorokreguliruemogosoplaaviacionnogogazoturbinnogodvigatelâsposobomvysokotemperaturnoipaikivvakuume AT malašenkois repairofflapsoftheregulatingnozzleofaviationgasturbineenginesbyhightemperaturevacuumbrazing AT mazurakve repairofflapsoftheregulatingnozzleofaviationgasturbineenginesbyhightemperaturevacuumbrazing AT kurenkovavv repairofflapsoftheregulatingnozzleofaviationgasturbineenginesbyhightemperaturevacuumbrazing AT kušnarevatn repairofflapsoftheregulatingnozzleofaviationgasturbineenginesbyhightemperaturevacuumbrazing AT gusevûv repairofflapsoftheregulatingnozzleofaviationgasturbineenginesbyhightemperaturevacuumbrazing |