Исследование и разработка технологического процесса высокотемпературного уплотнения лопаток ГТД из жаропрочных никелевых сплавов

• Автор: Голованов, Вячеслав Иванович
• Шифр специальности: 05.07.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 140 с. : ил.

Общая характеристика работы:

Глава 1. Анализ влияния ГИП на микроструктуру и механические свойства отливок из жаропрочных

никелевых сплавов (обзор литературных данных):

1.1Горячее изостатическое уплотнение - эффективный метод

улучшения качества отливок

1 ДМикроструктура литейных жаропрочных никелевых сплавов и прогнозирование ее поведения при ГИП

1.3 Особенности процесса рекристаллизации в жаропрочных никелевых сплавах

1.4 Аназиз повреждаемости жаропрочных никелевых сплавов

при эксплуатации

Заключение. Обобщенная цель работы и конкретные задачи

Глава 2. Разработка технологии горячего: изостатического уплотнения литых лопаток ГТД из жаропрочных никелевых сплавов
2.1 Анализ термодинамики и кинетики процесса «залечивания» микропор по механизму вакансионного растворения в
условиях всестороннего сжатия
2:2 Разработка технологических режимов ГИП литых
поликристатлических лопаток из сплава ЖС6У
Заключение
Глава 3. Разработка технологии ГИП для восстановления структуры и свойств лопаток ГТД из жаропрочного никелевого сплава ЖС6У-ВН noc.ie наработки.

Введение. Краткий анализ повреждаемости микроструктуры
г.ри эксплуатации изделий из жаропрочных никелевых сплавов
3.1 Исследование повреждаемости микроструктуры при наработке лопаток ф ГТД из жаропрочного никелевого сплава ЖС6У-ВИ:
постановка задачи, методика и объекты исследования
3.2 Результаты исследования влияния наработки и ГИП на микроструктуру и распределение в ней легирующих элементов
- Визуальное обследование лопаток
- Исследование микроструктуры и фазового состава -методические особенности и результаты
3.3 Радиоизотопное исследование повреждаемости материала лопаток ГТД из жаропрочного никелевого сплава ЖС6У в процессе длительной наработки
3.4 Исследование влияния ГИП на микропоры в лопатках из сплава ЖС6У-ВИ после наработки
3.5 Металлографические исследования поверхностных зон! лопаток в различных состояниях
3.6 Испытания механических свойств
Заключение. Оценка эффективности рекомендуемого режима
ГИП в качестве ремонтно-восстановительной обработки лопаток ГТД из жаропрочного никелевого сплава ЖС6 ВИ
Глава 4. Заключение. Приложения (технологические инструкции, заявки на изобретения)

Актуальность проблемы.
Повышение работоспособности литых лопаток газотурбинных лвигателей (ГТД) является одним из важнейших направлений работ, связанных с увеличением ресурса и надежности современных ГТД. Одной из главных проблем в этом плане является уплотнение отливок путем «зхтечивания» несплошностей усадочного и газового происхождения.
Литейная пористость является практически неизбежным дефектом отливок и, в частности, литых лопаток ГТД. Основными причинами образования пор в литых лопатках при кристаллизации является различие объемов жилкой и твердой фазы и дефицит расплава у фронта кристаллизации. В результате при затвердевании в лопатках ГТД формируется система пор разного масштаба, которая негативно влияет на механические свойства и эксплуатационные характеристики изделий.
Эффективной технологией уплотнения материала за счет удаления пористости является горячее нзостатнческое прессование (П1П). Эффект уплотнения при ГИП имеет термодинамическую природу: приложение давления всестороннего сжатия, в
соотзетстзии с принципом Ле-Шателье, должно приводить к уменьшению объема -уплотнению - и, следовательно, к уменьшению пористости. Термодинамическая природа уплотнения при ГИЛ делает эту технологию, по существу, универсальным способом «залечивания» пористости в различных материалах. Вот почему технология ГИП нашла широкое применение во многих областях производства и обработки материалов: компактировании заготовок и деталей из порошков (гранул), реакционном спекании керамики, уплотнении отливок, при диффузионной сварке, обработке специальных материалов ракетно-космической техники и др.
При разработке технологических режимов ПГП пористых материалов обычно руководствуются модельными представлениями процесса уплотнения, развитыми Эшби, Харрисоном, и другими. Обобщая данные разных авторов, предложенные механизмы уплотнения можно разделить на 2 группы:
деформационные, когда диффузионные процессы не играют существенной роли;
диффузионное заполнение пор, включая различные виды ползучести.
На практике процессы ГИП отливок обычно проводят в условиях преобладания деформационных механизмов уплотнения, которые реализуются при относительно высоких температурах и давлениях. Однако применительно к обработке литых лопаток ГТД правомерность такого подхода вызывает сомнения. Дело в том, что деформационное

Рис. 2.1 Схема диффузионного растворения пор. Вакансионные потоки показаны стрелками влоль линии, соединяющей поры.
и их диффузионного вывода из кристалла при совместном воздействии сжимающих напряжении и капиллярных сил.
Рассмотрим схему, показанную на рис. 2.1. Будем полагать, что на некоторой линии, которая может представлять собой ряд дислокаций, сечение межфазной или малоугловой границы плоскостью или просто быть мысленно выделенной в пространстве, расположены изолированные поры. Сжимающие напряжения (а) на рис. 2.1 показаны стрелками, направленными по нормали к внешней поверхности. В первом приближении мы пренебрегаем распределением пор по размерам: предполагается, что все поры имеют один и тот же начальный размер г() и расположены на одинаковом расстоянии друг от друта Ь. В такой модели каждая пора расположена как бы в центре куба (в сечении - квадрата) с ребром Ь; г и Б связаны с относительной межпористой поверхностью Б (т.е. с сечением поверхности, не занятой порами, линией, на которой расположены поры), уравнением