Технология производства тонкостенных сложнопрофильных отливок из интерметаллидного титанового сплава для авиадвигателестроения

• Автор: Бакерин, Сергей Васильевич
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 189 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА
1.1. Сведения об интерметаллидах
1.2. Интерметаллид ТІА
1.3. Влияние строения границ зёрен на пластичность интерметаллидов
1.4. Структура и свойства интерметаллидов у-ТіА1 и оь-ТізАІ, выплавленных в индукционной установке
1.5. Плавка и литьё интерметаллидов титана
1. 6. Эффективность применения газостатирования для устранения
внутренних дефектов в титановых отливках
1.7. Выводы и задачи исследования
ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Плавильно-заливочная установка Сошагс
2.2. Методы качественной и количественной металлографии
2.3. Методика исследования на горячую твердость
2.4. Испытание на длительную прочность
2.5. Методика определения жаростойкости и коррозионной стойкости
2.6. Методика математической обработки результатов эксперимента
2.7. Методы оценки физико-химического и структурно-фазового состава поверхностного слоя и эксплуатационных свойств исследуемых материалов
2.7.1. Методика рентгенострунтурного анализа
2.7.2. Методика вторичной ионной масс-спектроскопии (ВИМС)
2.8. Методы определения микротвердости, механических свойств, жаропрочности, усталостной прочности

ГЛАВА 3. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ИНТЕРМЕТАЛЛИДНОГО ТИТАНО-АЛЮМИНИЕВОГО СПЛАВА В ЛИТОМ СОСТОЯНИИ
3.1. Исследование химического, фазового состава и микроструктуры исходной шихтовой заготовки для выплавки интерметаллидного
титанового сплава
3. 2. Исследование влияния технологических параметров плавки и литья
на структуру и свойства интерметаллидных титановых сплавов
3.3. Разработка методики и расчет литниково-питающей системы для изготовления лопаток ТНД из интерметаллидного титанового сплава
литьем по выплавляемым моделям центробежным способом
3.4. Анализ структуры и свойств литых лопаток ТНД из
интерметаллидного титанового сплава
3.5. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОЕ ИСПЫТАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ПОЛУЧЕНИЯ ЛОПАТОК ИЗ ИНТЕРМЕТАЛЛИДНОГО
ТИТАНОВОГО СПЛАВА
4.1. Анализ качества отливок, полученных при различных технологических параметрах
4.2. Анализ характера разрушения интерметаллидного титанового сплава..
4.3. Результаты испытаний образцов лопаток из интерметаллидного титан-алюминиевого сплава
4.4. Выводы по главе
ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы
В настоящее время интерметаллиды стали достаточно востребованными материалами. Постоянно растущий интерес к ним связан как с решением технологических, так и фундаментальных проблем. Благодаря своей уникальной природе некоторые из интерметаллидов, в частности алюминиды титана, уже стали основой аэрокосмических материалов нескольких поколений. Алюминиды титана представляют значительный интерес для авиационной и аэрокосмической техники вследствие высокой стабильности механических свойств, жаропрочности и жаростойкости. Содержание алюминия в этих сплавах составляет 25,8-28,6 мае. %, титана 59,68-60,18 мае. %.
Серьезным недостатком этих сплавов, сдерживающим широкое применение их в промышленности, является их низкая пластичность. Для повышения пластичности интерметаллидных сплавов Ti-Al их легируют цирконием, ниобием, молибденом, ванадием. Измельчение зерна достигается легированием бором, приводящее к образованию боридов.
Исследованиями российских и зарубежных ученых Гринберг Б.А., Имаевым P.M., Имаевым В.М., Салищевым Г.А., Колачевым Б.А., Kong F., Chen Y., Clemens H., Dimiduk D.M. и др. разрешен ряд важнейших теоретических задач, связанных с проблемами получения необходимых свойств изделий из интерметаллидов для авиакосмической отрасли, а также изучена их зависимость от структуры этих сплавов.
Будущее этих сплавов существенно зависит от того, насколько быстро и эффективно будет разработана полная технология: состав - плавка - литье -структура - свойства. В связи с этим разработка технологии плавки и литья тонкостенных сложнопрофильных отливок на примере лопаток компрессора

происходит параллельно или перпендикулярно поверхности слоев (пластинок), причем выступы на поверхности излома располагаются под углом 35-40° к оси действия силы разрыва, что свидетельствует о возможности значительной деформации сплава до разрушения. Угол наклона плоскости разрушения в основном соответствует направлению максимальной силы и равен 45° по отношению к оси приложения нагрузки.
В полностью пластинчатых Т1А1 сплавах микротрещины в основном возникают на границе у/аг и распространяются параллельно или перпендикулярно этой границе. Растрескивание вдоль границы у/аг крайне нежелательно, так как трещины могут распространяться вдоль всего слоя как только образуются трещины. Вероятность преждевременного разрушения будет возрастать, если размер колоний столбчатых кристаллов будет больше.
Критическая протяженность трещины может быть определена по формуле
[40]:
КХс=и4па, (1.2)
где К 1с- ударная вязкость; о-сопротивление разрыву; а-половина критической длины трещины.
Для Т1А1 сплавов с 20 МПа-м1/2 и о=630 МПа, критическая длина трещины около 640 мкм. Кроме того, распространение трещин будет затруднено в случае, когда смежные колонии столбчатых кристаллов будут ориентированы в разных направлениях. Следовательно, литой сплав П-45А1-5У-4ЫЬ-0,ЗУ с мелким зерном имеет высокую стойкость к быстрому росту и распространению трещин.
На рисунке 1.16а показана кривая нагружения (сжатия) литого сплава Ть 45А1-5У-4ЫЬ-0,ЗУ при температуре 1200°С, скорости деформации 10‘2 с'1 и степени деформации 60%. При увеличении степени деформации напряжение мгновенно возрастает до пикового и затем быстро снижается и выравнивается. Сжатие приводит к твердению и дальнейшему разупрочнению. Равномерный участок кривой показывает, что наступает баланс между работой упрочнения и разупрочнения, который позволяет получить деформированный образец сплава 14-45А1-5У-4МЬ-0,ЗУ без трещин (рисунке 1.16Ь). Обычно исследователи