Разработка и исследование штампового сплава для рабочих температур 950-1000° С

• Автор: Деменок, Олег Борисович
• Шифр специальности: 05.16.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 194 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение
ГЛАВА I. Обзор литературы.
1.1.Анализ условий работы штамповых материалов и требования к ним при штамповке в изотермических условиях.
1.1.1.Требования к штамповым материалам, работающим при 950-1000 °С
1.2.Анализ современных сплавов, применяемых для штамповой оснастки.
1.2.1. штамповые стали;
1.2.2. Со-сплавы;
1.2.3. Ni-сплавы;
1.2.4.сплавы на основе тугоплавких металлов;
1.2.5. керамические и интерметаллидные материалы
1.3.Классификация штамповых материалов по рабочей температуре
1.4.Анализ существующих методов повышения стойкости штамповой 36 оснастки.
1.5.Синтез сплавов
1.6.Выводы по обзору литературных источников
1.7.Постановка задачи исследования
ГЛАВА II. Методики исследования.
2.1.Общая методика синтеза дисперсно-упрочненного никелевого сплава
2.2.Методика отливки образцов
2.3.Методика испытаний образцов на разрыв при 20. °С
2.4.Методики испытаний образцов при повышенных температурах (900 -1000 °С
2.4.1. методика определения фрикционных параметров;
2.4.2. на горячую твердость;
2.4.3. на сжатие;
2.4.4. на длительную прочность
2.5.Методики исследования литейных свойств
2.6.Методика исследования жаростойкости и коррозионной стойкости при высоких температурах
2.7.Методика металлографических и электронно-микроскопических исследований
| 2.8.Методика математической обработки результатов эксперимента
ГЛАВА Ш.Выбор тугоплавких дисперсных соединений.
3.1 .Выбор параметров для оценки дисперсных тугоплавких соединений
3.2.Разработка методики ранжирования параметров
3.3. Создание ИПС для выбора дисперсных частиц. 79 3.4.Обоснование выбора тугоплавких дисперсных соединений для дисперсного
упрочнения Ni-сплава и выбор комплекса ТДС для его упрочнения
ГЛАВА IV. Разработка дисперсно-упрочненного пгтампового сплава и исследование его служебных свойств и структуры.
4.1. Разработка базового состава износостойкого никелевого сплава
4.1.1 .Определение зависимости между химическим
составом, физическими и служебными свойствами жаропрочных никелевых сплавов.
4.1.2.Влияние физических и кристаллохимических свойств сплава на жаропрочность.
4.1.3.Оптимизация химического состава износостойкого жаропрочного никелевого сплава.
4.1.4. Выбор базового состава износостойкого никелевого сплава.
4.2. Оптимизация состава дисперсно-упрочненного сплава.
4.2.1. Разработка технологии введения тугоплавких дисперсных соединений в сплав.
4.2.2. Разработка установки для исследования адгезионной составляющей коэффициента трения при высоких температурах
4.2.3. Исследование влияния ТДС на физико-механические свойства и структуру разработанного базового сплава.
4.2.4. Исследование комплекса свойств и структуры разработанного сплава.
4.2.5. Обсуждение результатов исследования сплавов
ГЛАВА V. Производственные испытания штампов из дисперсно-упрочненного сплава и практические рекомендации.
5.1.Технология выплавки сплава и отливка пробной партии штампов из нового сплава.
5.2.Отливка штампов в производственных условиях и отработка технологических параметров литья из опытного сплава.
5.3.Производственные испытания штампов при штамповке лопаток 8-ступени компрессора газотурбинного двигателя и исследование их механических свойств.
5.4.Технологические рекомендации.
Выводы по работе.
Литература.
Приложения.
Введение.
В авиационной промышленности, при изготовлении газотурбинных двигателей, большое распространение получили детали из труднодеформируемых сплавов. Поэтому современное развитие кузнечно-штамповочного производства предъявляет повышенные требования к штамповой оснастке, что вызвано широким применением операций штамповки в жестких термомеханических условиях и распространением горячей штамповки труднодеформируемых материалов.
Использование литых штампов для данных условий эксплуатации является наиболее целесообразным с экономической точки зрения, так как снижается трудоемкость их изготовления за счет снижения или полного устранения механической обработки.
В настоящее время отечественная промышленность располагает широким ассортиментом жаропрочных износостойких сплавов различного назначения. Находясь по жаропрочности и износостойкости на уровне зарубежных сплавов, они оригинальны по составу и более экономичны. Однако низкая износостойкость штампов для изотермического деформирования , составляющая 450 - 500 поковок на комплект, делает разработку новых штамповых материалов наиболее актуальной.
Дисперсно-упрочненные материалы, являясь разновидностью композиционных, наиболее перспективны в этой области. Применение таких материалов позволило совершить резкий скачок в создании новых высокожаропрочных износостойких сплавов. Эти сплавы способны сохранять высокий и стабильный уровень прочностных свойств при температурах до 1200 °С, тогда как в стареющих никелевых сплавах уже при температурах 1050 °С и выше, происходит ускоренная коагуляция и растворение упрочняющей у' - фазы, и как следствие, быстрая потеря работоспособности сплава.
В дисперсно-упрочненных сплавах ведущая роль в упрочнении принадлежит структурным факторам. В этом классе, жаропрочных износостойких композиционных сплавов, повышение термической и структурной стабильности достигается искусственным введением в матрицу весьма дисперсных, и практически с ней не взаимодействующих, до температуры плавления, тугоплавких частиц: карбидов, боридов, нитридов и оксидов.
Дисперсные частицы, обладающие высокой термодинамической стабильностью, позволяют достигать рабочих температур соответствующих 0,95 температуры плавления матрицы, поэтому дисперсно-упрочненные сплавы являются наиболее жаропрочными и износостойкими материалами. Кроме того, они имеют высокое сопротивление циклическому и изотермическому окислению и сульфированию.
Целью данной работы является синтез дисперсно-упрочненного литейного штампового сплава, имеющего высокую износостойкость и механические свойства, способного работать в режиме изотермической штамповки (ИЗШ) и сверхпластичности. Однако прогресс в области синтеза новых сплавов в значительной степени сдерживается отсутствием эффективных методов определения области поиска. Все еще приходится руководствоваться чутьем исследователя в выборе нужных композиций сплавов и затрачивать огромные средства на исходные дефицитные материалы, дорогостоящее оборудование и проведение большого количества плавок. Эти затраты чаще всего не окупаются результатами поиска.
Нужны новые эффективные методы предсказания области существования материалов с необходимым комплексом свойств. Такой прогноз рационально сузит сферу поиска, сделав затрату тех же средств во много раз эффективней.
Таблица 1,8,
Химический состав и свойства дисперсно-упрочненных никелевых сплавов.
1 | Сплав г Химический состав в % по массе і Жаропрочные | свойства,МПа | I
1 і 1 с "Т I 5І | Сг і Мо і і і V | А1 і і Ті г | МЬ Та і і в | гг | і і Дисп.упр. ! і I
1 1 1 2 I 3 | 4 і 5 1 1 | 6 | 7 і і 8 1 9 10 і і 11 |12 | і і 13 14 1 і
Г 1 1 1 1 (ООО
|МА 6000 10.05 |15 і 2 | 4 |4.5 і і 2.5 2 0.01|0.15| і і У203 = 1.1 бЮ00 = 137,3 |
| .ЇМО-2 10.05 1 |5.9 2 1 1 |12.4|4.2 0.8 4.7 1 1 0.01|0.05| У203 = 1.1 1 1=1050 °С 6=160 т>35001
1 І 1 1 1 і=1150 °С 6=140 ТГ=1000.
|МА-1600 I I 1 1 I | 1 1 І I 0
! 1 і ( ! 1 1 1 1 1 1000
|Хастеллой 125 1 1 15 | І 1 0.5 |0.1 | 1 1 н 1г0г =1.8 бюоо = 176 |
1 0.05115- 1 1 I 10.01 1 1 0.01| | 0 У203= 0.5-2
-1.5| £5 1 1-1.5 -0.11 | НТО 1000
|Іп-853 10.06 119.7 | |0.88 2.3 0.01| ! в у20з = 1.18 бюоо = 120 |
! 1 ! А120з =1.8 1000
ІВДУ-1 1 1 1 14 і 1 ! а бюо
1 1 1 1 1 1000 І
ІБДУ-2 1 і 1 1 .і. I і і 1 1 і і Н1'02 = 3 і бюо = 30 |