Исследование влияния технологических факторов и химического состава на микроструктуру и свойства жаропрочных никелевых сплавов при направленной кристаллизации

• Автор: Васильчук, Максим Владимирович
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Рыбинск
• Количество страниц: 191 с. : ил.

1.1 Номенклатура отливок, изготавливаемых из жаропрочных никелевых сплавов, и требования, предъявляемые к ним. Общая постановка проблемы исследования
1.2 Основные технологические схемы, способы и устройства получения отливок методом направленной кристаллизации. Анализ задач, решенных в данных устройствах
1.2.1 Устройства и способы получения монокристаллической структуры за счет применения различных конструктивных элементов в литейной форме

1.2.2 Способы получения монокристаллической структуры с помощью затравок

1.3 Способы получения монокристаллической структуры связанные с теплофизическими процессами, происходящими при плавке, заливке и направленной кристаллизации.

1.3.1 Модифицирование УДП

1.3.2 Способы получения монокристаллической структуры, в основе которых лежит способ отвода тепла от кристаллизующейся отливки

1.4 Формирование структуры при направленной кристаллизации.

1.5 Технологические режимы направленной кристаллизации. Влияние технологических режимов на формирование структуры и свойств жаропрочных сплавов.

1.6 Выводы. Цели и задачи исследования.

2 МАТЕРИАЛЫ И ПРИМЕНЯЕМЫЕ МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Краткая характеристика программы проведения экспериментов
2.2 Характеристика сплавов, применяемых в эксперименте.
2.3. Проведение заливки и направленной кристаллизации отливок
2.4 Краткое описание технологии контроля исследуемых сплавов на макроструктуру.
2.5 Технология изготовления шлифов и контроля микроструктуры
2.6 Технология и оборудование для испытания механических свойств
2.7 Порядок обработки данных полученных при металлографическом
анализе и испытаниях механических свойств образцов.
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА НА ЛИТУЮ МИКРОСТРУКТУРУ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ ПРИ НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
3.1 Гипотеза влияния химического состава сплава на условия формирования его микроструктуры и свойств при направленной кристаллизации. Выделение групп основных элементов, оказывающих влияние на литую микроструктуру сплава.
3.1.1 Взаимосвязь коэффициента переохлаждения с градиентом температуры
ликвидуса, диаграммой состояния никельлегирующий элемент и
ликвационными процессами
3.2 Статистический анализ влияния положения критических точек и групп
легирующих элементов на параметры литой микроструктуры
монокристаллических сплавов
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ НА РАЗМЕРЫ ПАРАМЕТРОВ ЛИТОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ
4.1 Установление зависимости между технологическими параметрами литья и микроструктурой сплава
4.2 Построение регрессионных моделей
4.3 Пример использования регрессионных моделей зависимости параметров
микроструктуры от технологических режимов литья
ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ РАСЧЕТА СКОРОСТИ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ОТЛИВКИ, ПОЛУЧАЕМОЙ МЕТОДОМ ВСНК
ГЛАВА 6. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ВЫБОРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ ЛИТЬЯ С НАПРАВЛЕННОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИЕЙ, ОБЕСПЕЧИВАЮЩИХ ПОЛУЧЕНИЕ ЗАДАННОЙ МИКРОСТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ
6.1 Обобщенная модель зависимости параметров литой микроструктуры жаропрочных никелевых сплавов от химического состава и технологических режимов направленной кристаллизации
6.1.1 Практические номограммы для определения режимов направленной кристаллизации в зависимости от параметров микроструктуры и тсплофизических свойств сплава.
6.1.2 Практические номограммы для определения режимов направленной кристаллизации в зависимости от параметров микроструктуры и химического состава сплава.
6.2 Влияние параметров микроструктуры X и сГУ на механические и эксплуатационные свойства жаропрочных никелевых сплавов. Построение обобщенной практической модели для сплава ЖС.
6.3 Промышленная апробация алгоритма определения режимов направленной кристаллизации в зависимости от требуемых параметров
микроструктуры и эксплуатационных свойств отливки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ВВЕДЕНИЕ


Высокие характеристики жаропрочности условный предел ползучести То 2,г, предел длительной прочности а, долговечность т. Высокие характеристики усталости и термоусталости предел выносливости при повышенной температуре СтГц среднее число теплосмен до разрушения. Высокая жаростойкость. Постоянство прочностных характеристик в любом сечении лопатки. Оптимальная структура по всему объему лопатки. Высокая технологичность при производстве. Надежность работы лопаток турбины зависит не только от их конструктивной прочности, сопротивления циклическим и длительным статическим нагрузкам, но и от технологии их изготовления, которая непосредственно влияет на качество лопаток. В поверхностном слое образуются конструктивные и технологические концентраторы напряжений, он испытывает влияние внутренних остаточных напряжений при механической обработке. Кроме того, поверхностный слой подвергается воздействию внешних нагрузок при основных видах напряженного состояния изгибе, растяжении и внешней среды. Наиболее высоким характеристикам прочности, жаропрочности, усталости соответствуют лопатки с моиокристаллической и столбчатой структурой. Одним из основных требований, обеспечивающих качество лопаток, является монокристалл и ческая столбчатая структура, соответствующая заложенным в технических условиях требованиям. При соблюдении вышеперечисленных требований отливка считается годной по лигой макроструктуре и подлежит дальнейшей обработке. На сегодняшний день требования к литой микроструктуре отливки, полученной методами направленной кристаллизации, на производстве не регламентируются. Рис. Однако, даже при строгом соблюдении параметров технологического процесса литья методом направленной кристаллизации и выполнении всех требований, предъявляемых к макроструктуре отливки, на производстве возникают случаи получения значительного разброса механических свойств табл. Таблица 1. Рис. Как видно по рис. ДаВМАХ 0 МПа. Таким образом, на механические свойства отливок влияет не только макроструктура отливки и определенный химический состав сплава, а такие факторы, как литая микроструктура, обеспечиваемая в свою очередь определенными режимами направленной кристаллизации. Для анализа имеющихся проблем в области получения монокристаллической макро и микроструктуры при направленной кристаллизации проведен анализ литературных данных по вышеперечисленным направлениям. Основные технологические схемы, способы и устройства получения отливок методом направленной кристаллизации. Все существующие способы и устройства, предназначенные для производства монокристаллических отливок и отливок с направленной структурой, можно классифицировать в соответствии со схемой, приведенной на рис. В основе классификации положена решаемая данным способом или устройством задача. Способы и устройства, решающие задачу получения качественной монокристаллической структуры в основном макроструктуры. Способы и устройства, решающие задачу производства монокристаллической лопатки специальной конструкции технология получения стержней, оболочковой формы, прокалки и т. Специальная конструкция верхних элементов ЛПС заливочный стояк с узкими каналами заливочная чаша с отверст ИЯМИ малого диаметра и т. Использование крнсталлоотборников прямой угол, керамическая вставка, геликоид вращении Специальная форма затравочной полости под углом, форма параллелограмма Специальная форма стартовой полости . Рис. Использование в технологии различных эффективных способов и моделей охлаждения, а также других технологических особенностей, связанных с теплофизическими процессами в металле. УДП различного химического состава. Данная классификация является достаточно условной, так как большинство патентов содержит несколько решений, относящихся к разным классам. Приведенная классификация сделана для систематизации и анализа существующих решений задачи получения монокристаллических отливок, выявления факторов, оказывающих влияние на формирование качественной монокристаллической структуры и поиска путей, позволяющих достичь более высокого выхода годных отливок.