Разработка высокожаропрочного никелевого сплава с повышенной коррозионной стойкостью в условиях воздействия морской солевой среды для монокристаллических лопаток ГТУ

• Автор: Данилов, Денис Викторович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 152 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ГТУ И ГТД МОРСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ, УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ПРИМЕНЯЕМЫЕ СПЛАВЫ

1.1 Перспективные программы развития промышленной энергетики и

ГТД морского назначения

1.2 Современные и перспективные ГТУ морского назначения

1.3 Общая характеристика никелевых жаропрочных сплавов, их структура

и фазовый состав

1.4 Основные легирующие элементы никелевых жаропрочных сплавов

1.4.1 Основные у'-образующие элементы

1.4.2 Элементы, повышающие коррозионную стойкость
1.4.3 Тугоплавкие элементы
1.4.4 Карбидообразующие
1.4.5 Микролегирующие элементы
1.5 Особенности легирования и термообработки литейных жаропрочных
никелевых сплавов
1.6 Особенности эксплуатации рабочих лопаток морских ГТУ
1.7 Коррозия материалов ГТУ и ее влияние на прочность
1.7.1 Сульфидно-оксидная газовая коррозия и ее влияние на свойства металла деталей
1.7.2 Методы уменьшения коррозии деталей ГТУ
1.8 Требования к современным жаропрочным никелевым сплавам, для
лопаток турбин морских ГТУ
1.9 Краткие выводы к 1-й главе, цели и задачи работы
ГЛАВА 2 РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ КОНСТРУИРОВАНИЯ НИКЕЛЕВЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ
2.1 Выбор и обоснование критериев работоспособности жаропрочных никелевых сплавов
2.2 Разработка регрессионных зависимостей "химический состав - свойства"
2.3 Разработка программных средств для аналитической оценки связи состава со структурными, термодинамическими, физико-химическими и прочностными параметрами никелевых жаропрочных сплавов
2.4 Краткие выводы по 2-й главе
ГЛАВА 3 МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ
3.1 Технология изготовления сплава: выбор оптимальных параметров выплавки шихтовых заготовок
3.1.1 Выбор метода выплавки
3.1.2 Подбор шихтовых материалов
3.1.3 Ведение выплавки
3.2 Технология изготовления шлифов и контроля микроструктуры
3.3 Методика исследований прочностных характеристик сплава СЛЖС5
3.4 Методика проведения испытаний на сопротивление жаростойких сплавов и покрытий к воздействию сульфидной коррозии
ГЛАВА 4 СОЗДАНИЕ ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА С ПОВЫШЕННОЙ СТОЙКОСТЬЮ К ВОЗДЕЙСТВИЮ СУЛЬФИДНОЙ КОРРОЗИИ
4.1 Общая характеристика сплавов, используемых для изготовления ответственных деталей ГТД морского назначения
4.2 Разработка нового сплава для изготовления лопаток ГТУ морского назначения
4.3 Оценка структурной стабильности опытных составов сплава СЛЖС5
4.4 Оценка стойкости к солевой коррозии опытных составов сплава СЛЖС5
4.5 Анализ результатов исследования опытных составов сплава СЛЖС5 и выбор оптимальных составов
4.6 Дифференциальный термический анализ

4.7 Разработка режимов термической обработки для нового сплава.
4.8 Исследование прочностных характеристик
4.9 Краткие выводы по 4-й главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

Важным критерием является не только суммарная концентрация титана и алюминия в сплаве, но и их соотношение. Исследования [14, 15, 18] указывают на высокую эффективность введения в сплав равного количества алюминия и титана.
Титан значительно замедляет скорость коагуляции частиц у'-фазы и в результате имеет более активное влияние на упрочнение у'-фазы. Однако его избыток стимулирует образование хрупких 5- и ц-фаз, имеющих пластинчатую форму. В частности в работе [19] указанно, что пластинчатые ц-фазы начинают активно выделяться при превышении атомной концентрации титана более чем в 1,45 раза по отношению к алюминию. Кроме того авторы [19] рекомендуют придерживаться требования (Ti + Nb + Та) / Al ~ 1. А разработчики из фирмы Rolls-Royce рекомендуют придерживаться соотношению концентраций (в % ат.) Al/(Ti + Та) = 0,6-0,75.
Работами, выполненными в Японии [20] установлено негативное влияние повышенных концентраций титана в сплавах с высоким содержанием хрома на скорость процесса выделения топологически плотноупакованных о-фаз. Кроме того возможно выделение пластин ц-фаз на базе соединения Ni3Ti, температура растворения которого превышает температуру полного растворения упрочняющей у'-фазы. Таким образом, этот факт полностью исключает возможность устранения этих выделений в процессе термической обработки. Отмечено, что увеличение концентраций титана возможно при одновременном повышении содержания кобальта и снижении хрома, тогда удается снизить склонность сплава к образованию <т-и ц-фаз.
Ниобий является у'-образующим элементом, повышающим температуру полного растворения основной упрочняющей фазы. Обычно его используют в количестве, не превышающем 3% (масс.) [21]. Кроме того, некоторая часть ниобия присутствует и в y-матрице. Таким образом, он обеспечивает не только большую эффективность у'-фазы, но и выполняет твердорастворное упрочнение. Кроме увеличения жаропрочности сплава, его