Повышение физико-механических свойств никелевых сплавов методом структурной модификации инокуляторами и активирующими добавками

• Автор: Филиппов, Юрий Олегович
• Шифр специальности: 05.16.09
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Омск
• Количество страниц: 177 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 ОСНОВНЫЕ АСПЕКТЫ УЛУЧШЕНИЯ СВОЙСТВ ЛИТЫХ СПЛАВОВ НА НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ
1.1 Структура и фазовый состав никелевых сплавов
1.2 Управление структурой и свойствами никелевых сплавов за счет многокомпонентного легирования литого металла
1.3 Управление структурой и свойствами никелевых сплавов за счет модифицирования литого металла
1.4 Выводы и постановка цели работы и задач исследований
2. ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ НА ПРОЦЕСС ЗАРОДЫШЕОБРАЗОВАНИЯ
2.1 Особенности взаимодействия между твердой и жидкой фазами в процессе заро дышеобразования
2.2 Особенности выбора инокулирующих добавок
2.3 Исследование воздействия активирующих составляющих модифицирующего комплекса на термодинамические свойства и структуру расплава
2.4 Выводы
3. РАЗРАБОТКА СОСТАВА КОМПЛЕКСНОГО МОДИФИКАТОРА И СПОСОБА ЕГО ПОДГОТОВКИ
3.1 Описание оборудования, использованного для отливки образцов
3.2 Описание оборудования, использованного для выполнения исследований
3.3 Исследования свойств порошков инокуляторов модифицирующих комплексов
3.4 Предварительная подготовка порошков модифицирующего комплекса
3.5 Разработка состава комплексного модификатора

3.6 Выбор способа ввода модификаторов
3.7 Выводы
4 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ ИЗМЕНЕНИЙ СТРУКТУРЫ С КИНЕТИКОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА ПРИ ЕГО МОДИФИЦИРОВАНИИ
4.1 Исследования влияния модифицирования на макро и микроструктуру никелевого сплава
4.2. Исследование влияния модифицирования на дендритную структуру и ликвацию легирующих элементов
4.3 Исследование влияния инокулирующего модифицирования на кинетику кристаллизационных процессов
4.4. Выводы
5 ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ НА ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА
5.1 Исследование влияния модифицирования на механические свойства сплава
5.2 Исследование изменений топографии поверхности и распределения фазового контраста сплава при его модифицировании
5.3 Исследование влияния модифицирования на жаропрочность и жаростойкость сплава
5.4 Промышленная апробация технологии модифицирования никелевых сплавов
5.5. Выводы
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ПО
РАБОТЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Интенсивное развитие промышленного производства последних лет ставит перед материаловедами сложные задачи по дальнейшему повышению свойств материалов изделий, обеспечивающих более высокую надежность и долговечность изготовленных из них узлов и агрегатов машин, устройств и механизмов. Это относится и к литым никелевым сплавам.
Никелевые сплавы различной степени легированности находят применение при изготовлении литых заготовок во многих отраслях промышленности. Из них изготавливают детали газотурбинных двигателей, инструмент горячего деформирования, детали и узлы установок высокотемпературной переработки нефти и др.
Эти сплавы склонны к транскристаллическому строению, разнозернисто-сти, образованию карбидных и эвтектических фаз, высокой структурной и химической неоднородности. Вследствие этого, механические и служебные свойства литого металла заготовок из этих сплавов часто ниже уровня, требуемого техническими условиями, и уступают свойствам поковок.
Литейные никелевые сплавы являются объектом интенсивных исследований ученых многих научных центров, работающих в области создания новых материалов, предназначенных для эксплуатации в условиях воздействия высоких температур.
Исследования последних лет как у нас в стране, так и за рубежом в направлении повышения качества литого металла, привели к разработке новых методов воздействия на металл в процессе его кристаллизации, одним из которых является модифицирование. Особенно значительные успехи в области управления кристаллическим строением литого металла были достигнуты при использовании суспензионного метода модифицирования, разработке которого посвящены труды Ю.З. Бабаскина, С.С. Затуловского, М.Х. Шоршорова, Е.Н. Каблова, В.Б. Федорова и др. В тоже время, несмотря на значительные преимущества этого метода, он имеет и существенные недостатки, такие как неравномерное распределение частиц в объеме расплава, возможность их седи-

талла. Это самостоятельный, важный раздел теории легирования, имеющий значительные достижения в повышении свойств литого металла.
4. Методология объемного модифицирования дисперсными инокулято-рами ещё недостаточно разработана, что затрудняет выбор модифицирующих компонентов и прогнозирование их воздействия на структуру и свойства литого металла. Мало изучены технологии подготовки дисперсных частиц и их ввода, что могло бы обеспечить их дегазацию, активацию и равномерное распределение в металле, создание на поверхности частиц требуемого диффузионного слоя, гарантирующего смачивание их расплавом, предохраняющего от коагуляции, растворения и служащего подложкой для модифицируемой среды. Нет качественной характеристики порошков плазмохимического синтеза, используемых для модифицирования, а также условий диспергирования частиц порошков в металлических расплавах и технологии для его осуществления. Слабо изучены процессы, происходящие в кристаллизующихся расплавах под влиянием модифицирования, определяющие структуру, морфологию и топографию упрочняющих фаз.
В соответствии с изложенным, основная цель настоящей работы заключается в разработке методологических основ комплексного модифицирования никелевых сплавов ультрадисперсными инокуляторами синтетических тугоплавких соединений совместно с активирующими добавками, обеспечивающего повышение качества литого металла заготовок.
Для достижения поставленной цели требуется решить следующие задачи:
1. Исследовать особенности процесса зарождения центров кристаллизации на тугоплавких ультрадисперсных синтетических частицах и их модифицирующее воздействие на расплав.
2. Обосновать выбор компонентов и предложить состав модифицирующего комплекса для обработки сплавов на основе никеля.
3. Разработать способы приготовления модифицирующего комплекса и введения его в расплав.
4. Исследовать воздействие модифицирования на ликвацию легирующих элементов в никелевом сплаве.