Исследование структурных превращений жаропрочных никелевых сплавов в условиях ползучести

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Івченко Т. І. и др. — Дніпропетровськ, 2008. — 295 с. -№ ДР 0106Ш811, № 7−138−06.
5. Волков А. И. Большой химический справочник / А. И. Волков, И. М. Жарский // Современная школа. — М., 2005. — 608 с.
6. Шаповалова О. М. Высокоэффективные раскислители-модификаторы-микролигатуры / О. М. Шаповалова і і
Строительство, материаловедение. — Д.: Изд-во ПГА-СиА, 2001. — С. 11−17.
7. Шаповалова О. М. Влияние обработки расплавов комплексными модификаторами на неметаллические включения в кремнемарганцовистой стали / О. М. Шаповалова, А. В. Калинин // Нові материіали і технології в металургії та машинобудуванні. — 2006. — № 2. — С. 38−40.
Одержано 10. 05. 2012
Полішко С. О. Вплив багатофункціональних розкислювачів-модифікаторів на стабілізацію хімічного складу і підвищення рівня механічних властивостей сталей СТ1КПІ КП-Т
Розглянуто вплив багатофункціональних розкислювачів-модифікаторів на стабілізацію хімічного складу і механічних властивостей сталей Стікп і КП-Т. З метою встановлення умов взаємодії компонентів багатофункціональних модифікаторів з розплавом досліджені термодинамічні характеристики сполук, що утворюються, які можуть формуватися при взаємодії багатокомпонентних розкислювачів-модифікаторів з розплавом.
Ключові слова: багатофункціональні розкислювачі-модифікатори, маловуглецева і колісна сталі, модифікування, хімічний склад, механічні властивості.
Polishko S. Influence of multifunction deoxidizers-modifiers on chemical composition stabilizing and mechanical properties level increase of steels СТ1КП and КП-Т
Influence of multifunction deoxidizers-modifiers on chemical composition stabilizing and mechanical properties of steels СТ1КП and КП-Т was considered. With the purpose of components co-operation terms establishment of multifunction modifiers with fusion thermodynamics descriptions of appearing connections which can be formed at co-operating of multi component deoxidizers-modifiers with fusion were investigational.
Key words: multifunction deoxidizers-modifiers, the low-carbon and wheeled became, retrofitting, chemical composition, mechanical properties.
УДК 621. 74. 045:669. 245. 018:620. 193. 53
Канд. техн. наук С. В. Гайдук1, О. В. Гнатенко2, канд. техн. наук А. Г. Андриенко1,
д-р техн. наук В. В. Наумик1
Национальный технический университет, 2АО «Мотор Сич" — г Запорожье
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРНЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ ЖАРОПРОЧНЫХ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ В УСЛОВИЯХ ПОЛЗУЧЕСТИ
Изучена кинетика и динамика структурных превращений при высокотемпературной ползучести образцов жаропрочных никелевых сплавов смонокристаллической макроструктурой. Установлено, что при повышении температуры испытаний механизм сопротивления высокотемпературной ползучести изменяется от перерезания и огибания частиц у'--фазы дислокациями на переползание дислокаций.
Ключевые слова: жаропрочный никелевый сплав, структурные превращения, длительная прочность, высокотемпературная ползучесть, структура, у-фаза, морфология, дислокация, коагуляция
До настоящего времени литейные жаропрочные никелевые сплавы интенсивно исследуются во всех мировых научных центрах, занимающихся разработкой новых и модернизацией существующих промыш-
ленных сплавов, способных долговременно и надежно работать в условиях влияния агрессивных коррозийных сред при высоких температурах [1,2].
Структура жаропрочных сплавов представляет со-
© С. В. Гайдук, О. В. Гнатенко, А. Г. Андриенко, В. В. Наумик, 2012
1607−6885 Нові матеріали і технології е металургії та машинобудуванні № 2, 2012
37
бой матрицу с гц.к. решёткой, содержащую карбиды и когерентную ингерметаллидную /-фазу Свойства сплавов определяются количеством, формой и распределением фаз, а эти параметры зависят от скорости охлаждения при литье и режимов термической обработки [3].
Жаропрочный сплав должен иметь достаточную стабильность структуры и жаропрочность на протяжении расчетного ресурса работы в условиях действия высоких рабочих температур и напряжений [4].
Перспективным направлением на сегодня, как с технической, так и с экономической точки зрения, является разработка экономнолегированных модификаций на основе дорогих промышленных жаропрочных никелевых сплавов, которые имеют значительно меньшую стоимость и эквивалентный уровень показателей механических свойств.
Разработан экономнолегированный жаропрочный никелевый сплав ЖС32Э-ВИ [5] с пониженным содержанием рения и повышенным содержанием тантала, обладающий прочностными свойствами при комнатных и высоких температурах на уровне сплава ЖС32-ВИ, существенно большей стойкостью против высокотемпературной коррозии, применение которого обеспечивает снижение себестоимости ответственных отливок на 40… 45%.
Целью данной работы является изучение кинетики и динамики структурных превращений при высокотемпературной ползучести опытных образцов жаропрочных никелевых сплавов с мо, но кристаллической макроструктурой.
Химический состав сплава ЖС32-ВИ согласно ОСТ 1. 90. 126−85 и ЖС32Э-ВИ [5] приведен в таблице 1.
На монокристаллических образцах сплава ЖС32-ВИ и разработанной его экономичной модификации провели исследования динамики структурных превращений в условиях высокотемпературной ползучести с использованием растрового электронного микроско-
па ШОЪ18М-6360ЪА при увеличениях на 1 ООО и на 5000 раз.
Анализ микроструктуры опытных образцов показал, что после 100-часовых испытаний на долговременную прочность при температурах 800, 900 и 1000 °C при напряжениях, соответственно 620, 450 и 250 МПа соответственно, в условиях высокотемпературной ползучести частицы основной укрепляющей у'--фазы коагулируют, сращиваясь в пластины и приобретают вытянутую форму в виде «рафт"-структуры, преимущественно ориентированной перпендикулярно к оси прилагаемой нагрузки.
Установлено, что кинетика и динамика формирования структуры существенно зависит от температуры испытания и величины нагрузки. Основная упрочняющая у'--фаза сплавов — это мелкодисперсные частицы, которые тормозят дислокации и препятствуют развитию высокотемпературной ползучести. При этом частицы у'--фазы преимущественно коагулируют направлено, вытягиваясь в направлении, перпендикулярном к оси растягивающею напряжения. Однако механизм сопротивления сплавов высокотемпературной ползучести при различных температурах испытаний и напряжений не остается постоянным и одинаковым как по кинетике, так и по динамике термодинамических процессов.
Так, после выдержки на протяжении 100 часов монокристаллических образцов сплава ЖС32-ВИ и разработанного сплава ЖС32Э-ВИ в условиях высокотемпературной ползучести при температуре 800 °C и напряжении 620 МПа «рафт"-структура еще не формируется (рис. 1). В основном, в структуре происходит ненаправленная коагуляция более крупных частиц у'--фазы, которые не растворились после второй ступени термообработки (низкотемпературной гомогенизации при 1050 °С).
Таблица 1 — Химический состав исследованных жаропрочных никелевых сплавов
Сплав Массовая доля элементов, %
С Сг Со Мо V/ А1 Ы Ь Та 11е
ЖС32-ВИ 0,12… 0,18 4,3… 5,6 8,0… 10,0 0,8… 1,4 7,7… 9,3 5,6… 6,3 1,4… 1,8 3,5… 4,8 3,5… 4,5
ЖС32Э-ВИ 0,04… 0,10 4,3… 5,6 5,0… 6,0 0,4… 0,8 6,4… 7,0 5,6… 6,3 0,6… 1,0 7,7… 8,3 1,7… 2,3
Примечание: в сплавах допускается содержание не более (%): 1,0 Ре- 0,025 Се- 0,06 2г- 0,035 В- 0,4 5/- 0,01 0,015 Р-
0,01 У- 0,0012 РЬ- 0,0005 Ві
яшштшщтш»
X 1000
к. т. Лиі. 'к*___г I ' ЯГ & quot-. 4? '- >
х 5000
Рис. 1. Типичная структура для сплавов ЖС32-ВИ и ЖС32Э-ВИ, сформировавшаяся в условиях ползучести при 800 °C и
напряжении 620 МПа
Постепенно частицы у'--фазы приобретают неправильную форму, без подавляющей ориентации по отношению к оси прилагаемой нагрузки. Однако наблюдаются незначительные участки сращивания мелкодис-персных частиц у'--фазы, ориентированных перпендикулярно к направлению действующего напряжения (см. рис. 1).
Для этих условий высокотемпературной ползучести подавляющим является механизм перерезания и огибания частиц у'--фазы дислокациями, и скорость ползучести зависит как от размера частиц у'--фазы, так и от расстояния между ними.
В этом случае долговременная прочность обеспечивается преимущественно мелкодисперсными частицами у'--фазы по размеру (0,20… 0,30 мкм), довыдвлившимися из пересыщенного у-твердош раствора после второй ступени термической обработки (низкотемпературной гомогенизации при 1050 °С).
После выдержки образцов обоих исследованных сплавов в условиях высокотемпературной ползучести при температуре 900 °C и напряжении 450 МПа анализ микроструктуры показал, что формирование «рафт"-структуры происходит частично, но в большем объеме, преимущественно в зонах, которые окружают выделение эвтектики у + у'-. Это происходит за счет анизотропного сращивания мелкодисперсных у'--фазы перпендикулярно направлению растягивающего напряжения (рис. 2).
При этом также наблюдается ненаправленная коагуляция более крупных частиц у'--фазы, которые не растворились после второй ступени термической обработки (низкотемпературной гомогенизации при 1050 °С). Частицы у'--фазы постепенно приобретают
X 1000
неправильную форму без подавляющего ориентирования по отношению к направлению действующего напряжения (см. рис. 2).
Для этих условий ползучести долговременная прочность для сплавов ЖС32-ВИ и ЖС32Э-ВИ обеспечивается в большей степени оптимальным размером частиц у'--фазы (0,40… 0,60 мкм), сформировавшихся после первой ступени термической обработки (высокотемпературной гомогенизации при 1280 °C и 1270 °C, соответственно).
Анализ микроструктуры после выдержки образцов обоих сплавов в условиях высокотемпературной ползучести при температуре 1000 °C и напряжении 250 МПа показал, что морфология частиц основной укрепляющей у'--фазы полностью изменяется. Вместо кубичес-ки-сферической морфологии они приобретают вытянутую форму в направлении, перпендикулярном к действию растягивающего напряжения. Происходит полное формирование «рафт"-структуры в результате анизотропной (направленной) коагуляции частиц основной укрепляющей у'--фазы, и потеря ими начальной (более правильной) геометрической формы (рис. 3).
Установлено, что «рафт"-структура в монокристал-лических образцах обоих сплавов преимущественно формируется на первой стадии ползучести на протяжении нескольких десятков часов, за счет большей растворимости частиц у'--фазы в у-твердом растворе и значительного ускорения диффузионных процессов. При этом часть оставшейся объемной доли у'--фазы деградирует на второй стадии ползучести. Начиная с середины второй стадии ползучести, деградация частиц у'--фазы в структуре образцов обоих сплавов достигает 60… 80% (см. рис. 3).
X 5000
Рис. 2. Типичная структура для сплавов ЖС32-ВИ и ЖС32Э-ВИ, сформировавшаяся в условиях ползучести при 900 °C и
напряжении 450 МПа
X 1000
~'-4а^йа__~и?
х 5000
Рис. 3. Типичная структура для сплавов ЖС32-ВИ и ЖС32Э-ВИ, сформировавшаяся в условиях ползучести при 1000 °C и
напряжении 250 МПа
ISSN1607−6885 Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні № 2, 2012
39
Для этих условий ползучести подавляющим является механизм переползания дислокаций, что и определяет скорость ползучести монокристаллических образцов исследованных сплавов.
В этом случае долговременная прочность обеспечивается преимущественно частицами у'--фазы большого размера (0,60… 0,70 мкм), которые формируются после проведения двух ступеней термической обработки (высокотемпературной и низкотемпературной гомогенизации).
Выводы
Изучена кинетика и динамика структурных превращений при высокотемпературной ползучести образцов жаропрочных никелевых сплавов с монокристал-лической макроструктурой. Установлено, что при повышении температуры испытания от 800 до 900 °C и снижении напряжения от 620 до 450 МПа постепенно увеличивается степень ненаправленной коагуляции частиц у'--фазы, а при 1000 °C и 250 МПа частицы у'--фазы приобретают вытянутую форму в направлении, перпендикулярном к действию растягивающего напряжения, формируются «рафт"-структуры. При этом
механизм сопротивления высокотемпературной ползучести образцов жаропрочных сплавов изменяется от перерезания и огибания частиц у'--фазы дислокациями на переползание дислокаций.
Список литературы
1. Бобылёв А. В. Механические и технологические свойства металлов: справочник / А. В. Бобылёв. — М.: Металлургия, 1980. — 296 с.
2. Воздвиженский В. М. Литейные сплавы и технология их плавки в машино строении / В. М. Воздвиженский, В. А. Грачёв, В. В. Спасский. — М.: Машино строение, 1984. — 432 с.
3. Декер Р. Ф. Металловедение сплавов на никелевой основе / Декер Р. Ф., Симе Ч. Т. // Жаропрочные сплавы — [пер. с ант.]. — М.: Металлургия, 1976. — С. 39−82.
4. Технические требования к перспективным материалам высокотемпературных ГТУ Ч. 1 // Лопатки турбин, камеры сгорания. — Л.: НПО ЦКТИ, 1986. — 28 с.
5. Пат. 48 242, Україна, МПК6 С22С19/05. Ливарний жароміцний нікелевий сплав / [А. Д. Коваль, А. Г. Андрі-єнко, С. В. Гайдук та ін. ]: заявник і патентовласник Запорізький нац. техн. ун-т — заявл. 21. 09. 2009, № и 200 909 668 — опубл. 10. 03. 2010, Бюл. № 5. -8 с.
Одержано 24. 09. 2012
Гайдук С. В., Гиатенко О. В., Аидрієнко А.Г., Наумик В. В. Дослідження структурних перетворень жароміцних нікелевих сплавів в умовах повзучості
Досліджено кінетику та динаміку структурних перетворювань під час високотемпературної повзучості зразків жароміцних нікелевих сплавів з монокристалічною макроструктурою. Встановлено, що при підвищенні температури випробувань механізм опору високотемпературній повзучості змінюється з пере різання та огинання часток у-фази дислокаціями на переповзання дислокацій.
Ключові слова: жароміцний нікелевий сплав, структурні перетворювання, довготривала міцність, високотемпературна повзучість, структура, у-фаза, морфологія, дислокація, коагуляція
GaydukS., Gnatenko О., Andrienko A., NaumikV. Investigation of structural transformations heat-resistant nickelbase superalloys under creep
The kinetics and dynamics of structural transformations in the high-temperature creep of nickelbase superalloys samples with a single-crystal macrostructure was investigated. It was found that with test temperature increasing the resistance of high-temperature creep mechanism changes from cutting and rounding the particles у-phase by the dislocations to the climb of dislocations.
Key words: nickelbase super alloy structural transformation, long-term strength, high temperature creep, structure, y'--phase, morphology, dislocation, coagulation.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой