Влияние температурно-временных параметров плавки и термической обработки на качество монокристаллических лопаток из жаропрочных никелевых сплавов

• Автор: Денисов, Анатолий Яковлевич
• Шифр специальности: 05.02.01, 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 127 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА.

1.1. Основные этапы развития никелевых суперсплавов и технологий получения лопаток для газовых турбин.

1.2. Влияние технологии плавки на свойства изделий из

жаропрочных сплавов

1.3. Теоретические и практические предпосылки создания технологии высоко температурной обработки расплавов.

1.4. Управление литой структурой никелевых жаропрочных сплавов

1.5. Постановка задач исследования.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОСНОВНЫЕ

МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ ВТОР НА ПАРАМЕТРЫ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ, СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА НИКЕЛЕВЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ.
3.1. Воздействие перегревов на состояние расплавов никелевых жаропрочных сплавов и их параметры кристаллизации
3.2. Влияние режимов ВТОР на структуру монокристаллов 1 никелевого жаропрочного сплава ЖС.
3.3. Влияние ВТОР на формирование структуры монокристальных лопаток из сплава ЖС в различных сечениях
3.4. Влияние скорости охлаждения на структуру сплавов ЖС и ЖС.
3.5. Выводы по результатам исследований в главе 3
ГЛАВА 4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ
ПРОИЗВОДСТВА МОНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ
ЛОПАТОК ИЗ СПЛАВА ЖС
4.1. Влияние ВТОР на ликвацию и коэффициенты распределения
легирующих элементов между металлической основой и уэфазой
4.2. Выбор оптимальной термической обработки и оценка склонности
к рекристаллизации монокристаллических лопаток из сплава ЖС.
4.3. Совершенствование режима термической обработки сплава ЖС, прошедшего ВТОР
4.4. Влияние примесей на служебные свойства никелевых жаропрочных сплавов ЖСиЖС
4.5. Выводы по результатам главы 4.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


В ней дана характеристика объектов исследования (сплавы ЖС и ЖС), описаны основные использованные в работе экспериментальные методики определения физико-механических свойств, параметров кристаллизации сплавов, проведения структурного, фазового и химического анализа. В третьей главе приведены результаты по изучению воздействия режимов ВТОР на параметры кристаллизации сплавов, на строение монокри-сталлических отливок из сплавов ЖС и ЖС. Работоспособность лопаток 1-й ступени ТВД зависит от совершенства литой структуры в литом и термообработанном состоянии, оцениваемой по целому ряду показателей: наличию дефектов ростовой структуры, размерам и морфологии дисперсионно- упрочняющих фаз и т. Возникновение их обусловлено факторами, влияющими на строение фронта кристаллизации, ориентацию роста ячеистых ден-дритов и условия зарождения твердой фазы. Показано, что проведение ВТОР по оптимальному режиму (- °С в течение минут) обеспечивает получение высокооднородную монокристаллическую структуру у сигнальных образов и лопаток с различной геометрией. Дефектов, связанных с возникновение паразитных кристаллов не наблюдается, а упрочняющая у*- фаза имеет высокую степень когерентности с решеткой матрицы. В четвертой главе представлены результаты, отражающие особенности термической обработки сплавов после ВТОР по оптимальному режиму. Дан анализ технологических факторов, оказывающих заметное влияние на формирование служебных свойств и выход годных отливок. Показано, что изменения вносимые ВТОР в состояние монокристаллов связаны с достижением их большей химической однородности и улучшением характера выделения и морфологии вредных примесей после кристаллизации. Это позволило предложить режимы термической обработки сплава ЖС с весьма существенно сокращенной продолжительностью высокотемпературной гомогенизации при - °С, реализовать более полное выделение на 4-8 % упрочняющей у’- фазы. Достигнутый уровень служебных характеристик изделий, полученных с использованием ВТОР, оказался выше паспортных данных на сплав. Проведенная оптимизация режима термической обработки для сплава ЖС, также способствовала улучшению его механических свойств и жаропрочности. Приведены результаты опробования и внедрения разработанных технологий с использованием ВТОР при производстве монокристаллических лопаток для ТВД из сплавов ЖС и ЖС. Применение разработанных технологий обеспечило повышение выхода годных лопаток из сплава ЖС до %, и позволило довести выход годных лопаток по структуре ТВД из сплава ЖС до %. ГЛАВА 1. Основные этапы развития никелевых суперсплавов и технологий получения лопаток для газовых турбин. Важной проблемой двигателестроения является создание современных более мощных газотурбинных двигателей путем повышения температуры газа перед турбиной. Решение этой проблемы связано, главным образом, с работоспособностью материала лопаток турбин высокого давления ТВ Д. Основными материалами для изготовления лопаток являются жаропрочные сплавы на никелевой основе (суперсплавы). В своем развитии они прошли несколько этапов, связанных с развитием возможностей и потребностей техники, теории легирования и кристаллизации. Исходный толчок к их развитию дало установление механизма дисперсионного упрочнения никелевых сплавов интерметаллидной фазой типа Ы1зА1 (у - фаза ) со сложной кубической решеткой, которая имеет параметр решетки близкий к параметру решетки никелевого твердого раствора (у - фаза) /1-/. Первоначально это были деформируемые сплавы с высоким содержанием железа для свариваемости и относительно невысоким содержанием до - % у - фазы. Однако дальнейшее повышение рабочих температур двигателей и газовых турбин потребовало совершенствование легирующих комплексов суперсплавов, которое шло по двум направлениям, связанным с упрочнением твердого раствора на никелевой основе и увеличению объемной доли дис-персионно-упрочняющих фаз (карбидов, боридов и у - фазы). Как показано в работах /2-/ , легирующих элементы можно разделить на три группы. В первую группу входят элементы преимущественно упрочняющие твердый раствор на никелевой основе, во вторую - формирующие у - фазу, а в третью - элементы участвующие в образовании карбидных включений.