Синтез жаропрочных никелевых сплавов для отливок с направленной и монокристаллической структурой

• Автор: Никифоров, Павел Николаевич
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Уфа
• Количество страниц: 222 с. : ил.

Содержание

Перечень сокращений.

Перечень обозначений

Введение

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ СИНТЕЗА ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ

1.1. Анализ развития никелевых жаропрочных сплавов для получения отливок

с равноосной структурой

1.2. Никелевые жаропрочные сплавы для получения отливок с направленной

и монокристаллической структурой.

1.3. Методы синтеза жаропрочных сплавов

1.3.1. Классификация методов синтеза жаропрочных сплавов.

1.3.2. Металлофизические методы синтеза сплавов
1.3.3. Математикостатистические методы синтеза сплавов
1.3.3.1. Теоретические основы математикостатистических методов.
1.3.3.2. Методы, основанные на концепции пассивного эксперимента
1.3.3.2.1. Основные особенности концепции пассивного эксперимента
1.3.3.2.2. Регрессионный анализ.
1.3.3.2.3. Методы теории распознавания образов
1.3.3.2.4. Методы, основанные на использовании искусственных нейронных сетей.
1.3.3.3. Методы, основанные на концепции активного эксперимента.
1.4. Выводы по обзору методов синтеза сплавов
ф 1.5. Постановка задачи исследования
ГЛАВА 2. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРИ РЕШЕНИИ ПРОБЛЕМЫ СИНТЕЗА ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ
2.1. Особенности информационного обеспечения при решении проблемы синтеза жаропрочных никелевых сплавов
2.2. Разработка технологии доступа к информации по жаропрочным никелевым сплавам
2.2.1. Выбор архитектуры базы данных.
2.2.2. Концептуальное проектирование и разработка структуры базы данных
2.2.3. Разработка информационнопоисковой системы
2.3. Повышение информативности базы данных
2.3.1. Применение методов интерполяции жаропрочности сплавов
2.3.2. Выбор шкал для интерполяции
2.4. Анализ полученных результатов
ГЛАВА 3. ВЫБОР ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ
ЖАРОПРОЧНЫЕ СВОЙСТВА НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ
3.1. Теоретические предпосылки выбора легирующих элементов, определяющих жаропрочные свойства никелевых сплавов.
3.2. Анализ влияния легирующих элементов на свойства никелевых жаропрочных сплавов и оценка оптимальных диапазонов их концентраций.
3.2.1. Классификация легирующих элементов по механизму их влияния
на свойства никелевых жаропрочных сплавов.
3.2.2. Методика определения оптимальных концентраций легирующих элементов.
3.2.3. Растворные упрочнители в никелевых жаропрочных сплавах.
3.2.4. Растворнодисперсионные упрочнители в никелевых жаропрочных сплавах.
3.2.5. Микролегирующие элементы в никелевых жаропрочных сплавах
3.2.6. Вредные примеси в никелевых жаропрочных сплавах.
3.2.7. Выводы по анализу влияния легирующих элементов на свойства никелевых жаропрочных сплавов
3.3. Выбор основных легирующих элементов, наиболее значимо влияющих
на жаропрочность.
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. ОПТИМИЗАЦИЯ СОСТАВОВ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ
ПРИ ПОМОЩИ МХТЕМАТИКОСТАТИСТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ СИНТЕЗА СПЛАВОВ
4.1. Преимущества использования математикостатистических методов
при создании новых сплавов.
4.2. Особенности применения активного и пассивного эксперимента
при создании новых жаропрочных сплавов.
4.2.1. Применение активного эксперимента при создании новых жаропрочных сплавов
4.2.2. Применение пассивного эксперимента при создании новых
жаропрочных сплавов.
4.2.3. Сопоставление концепции активного и пассивного экспериментов
при создании новых жаропрочных сплавов
4.3. Использование статистической информации для построения математической модели
4.3.1. Расчт матрицы планирования эксперимента
4.3.1.1. Выбор вида плана эксперимента.
4.3.1.2. Выбор дополнительных факторов, учитывающих возможную нелинейность поверхности отклика.
4.3.1.3. Оценка области определения модели.
4.3.1.4. Отбор статистической информации для построения оптимального плана эксперимента.
4.3.1.5. Расчт матрицы планирования эксперимента
4.3.2. Расчт оптимального плана эксперимента
4.3.3. Расчт математической модели зависимости жаропрочности никелевого сплава от концентраций легирующих элементов
4.4. Использование метода градиентного подъма для поиска оптимального состава сплава.
4.5. Выводы
ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СИНТЕЗИРОВАНОГО СПЛАВА
5.1. Технология выплавки сплавов.
5.2. Исследование эксплуатационных свойств синтезированного сплава
5.2.1. Технология получения образцов для испытаний.
5.2.2. Математическая обработка результатов исследования свойств
5.2.3. Испытания на кратковременную прочность
5.2.4. Испытания на длительную прочность.
5.3. Исследование литейных свойств синтезированного сплава.
5.4. Исследование структуры синтезированного сплава
5.5. Производственная апробация синтезированного сплава
5.6. Обсуждение результатов и технологические рекомендации.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ.
Список литературы


В связи с тем, что стоимость производства монокристальных лопаток во много раз выше, чем лопаток со столбчатой структурой, продолжается совершенствование составов ЖС для НК. В частности, ренийсодержащие ЖС для НК 2го поколения ЖС, СМ , , 2 см. ЖС для монокристального литья 1го поколения типа X2 и . ЖС с рением , 5. В этих сплавах концентрация молибдена повышена соответственно до 4,0 , 4,3 и 8 . Молибден растворяется преимущественно в 7твердом растворе и, в этом смысле, является некоторым аналогом рения. В результате плотность сплавов стала меньше, однако жаростойкость сплавов ухудшилась особенно для сплава 9. Поиск оптимальных составов экономичных ЖС для монокристального литья еще не завершен. Поэтому ежегодно появляются десятки патентов и публикаций в России , , , , США 3, Франции , Великобритании , Японии . Работы направлены на совершенствование составов и режимов термической обработки сплавов с целью повышения их жаропрочности, жаростойкости, коррозионной стойкости, улучшения литейных свойств. В приложении 1 приведены химические составы промышленных и экспериментальных ЖС для НК и монокристального литья. Среди всех возможных кристаллографических ориентаций КГО монокристаллов и направленно закристаллизованных зрен, соответствующих продольной оси лопатки, наибольшее распространение получила ориентация 1. Это связано с тем, что в ГЦКрештке направлению 1 соответствует минимальное значение модуля Юнга, что приводит к максимальному сопротивлению мало и многоцикловой термической усталости таких кристаллов , . Кроме того, в ряде случаев используется КГО 1, соответствующая максимальному значению модуля Юнга и, как следствие, обеспечивающая высокую кратковременную и длительную прочность при температурах до 0. С, а также для некоторых сплавов и температур до 0 С лучшую многоцикловую усталостную прочность . Однако присутствующие в шихтовых материалах примеси могут привести к появлению нежелательных фаз, поэтому при производстве жаропрочных монокристаллов предъявляются высокие требования к чистоте сплавов, особенно в отношении неметаллических включений и карбидов. Содержание углерода в ЖС ограничивается концентрацией 2. Достичь столь малых содержаний примесей можно только специальными и дорогостоящими видами рафинирования. Температурный уровень жаропрочности применяемых ЖС продолжает повышаться, однако темп повышения постепенно замедляется в связи с ограниченными возможностями их основы никеля. Для эффективного использования исходных материалов и дорогостоящего оборудования при разработке ЖС возникает необходимость в систематизации, обобщении и критическом анализе многочисленных результатов исследований по проблеме синтеза ЖС и выработке новых подходов к проблеме прогнозирования свойств сплава. В отличие от задачи анализа, отвечающей на вопрос Почему существующие сплавы имеют те или иные свойства, на которой сосредоточены основные усилия в области материаловедения, и, по сути, играющей объяснительную роль в процессе разработки сплавов, задача синтеза имеет своей целью найти ответ на вопрос Какой состав должен иметь сплав, имеющий определенные свойства. Вполне очевидно, что в полной мерс решение задачи синтеза в такой формулировке не представляется возможным в силу причин как теоретического, так и практического характера. Вопервых, это связано с практической неосуществимостью в настоящее время построения полной количественной теории влияния ЛЭ и образуемых ими соединений на струкгуру и свойства ЖС. Вовторых, это связано с достаточно высокой размерностью исследуемого признакового пространства, поскольку в составе никелевых ЖС может присутствовать и более ЛЭ, значимо влияющих на жаропрочность. Это является отличительной особенностью никелевых ЖС, содержащих гораздо большее число ЛЭ и обладающих более сложным механизмом легирования в сравнении с другими сплавами и сталями. Поэтому большинство существующих расчетных методов малоэффективны и позволяют производить лишь качественный анализ, исключающий определение прямой связи между жаропрочностью и составом сплавов.