Комплексное влияние технологических операций на структуру и свойства жаропрочного никелевого сплава ЖС3ДК-ВИ

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

8. Беззубенко, Н. К. Повышение эффективности алмазного шлифования путем введения в зону обработки дополнительной энергии в форме электрических разрядов/ / Н. К. Беззубенко. Дис… докт. техн. наук: 05. 03. 01. — Харьков, 1996. — 468 с.
9. Сурду, Н. В. Пути повышения эффективности процессов резания труднообрабатываемых материалов [Текст]/Н.В. Сурду, А. А. Тарелин, В. В. Романов, А.Г. Фистик//Восточно-Европейский журнал передовых технологий. — 2007. -№ 2. — С.9 — 17.
10. Пат. 59 078 Україна, МПК (2011. 01) В24 В 1/00. Спосіб комбінованої обробки матеріалів/А.І. Грабченко, І.М. Пижов, М. Д. Узунян, В. О. Федорович, P.M. Стрельчук- заявник і патентовласник Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут». -№ u 2011 17- заявл. 04. 01. 2011- опубл. 25. 08. 2011. Бюл. № 16. — 6 стр.
--------------? ?-----------------
Дослі джено комплексний
вплив технологічних операцій термочасової обробки розплаву (ТЧО), модифікування ультрадисперсними частками карбонітриду титану ТЇ(С, Щ та наступного гарячого ізостатичного пресування (ГІП) на структуру і властивості жароміцного нікелевого сплаву ЖС3ДК-ВІ, після стандартної термічної обробки
Ключові слова: термоча-
сова обробка, модифікування, ультрадисперсні частки, гаряче ізостатичне пресування, термообробка
?---------------------------?
Изучено комплексное влияние технологических операций термовременной обработки расплава (ТВО), модифицирования ультрадисперсними частицами (УДП) кар-бонитрида титана ТЇ(С, Щ и последующего горячего изостатического прессования (ГИП) на структуру и свойства жаропрочного никелевого сплава ЖС3ДК-ВИ, после стандартной термической обработки
Ключевые слова: термовременная обработка расплава, модифицирование, ультрадисперсные частицы, горячее изостатическое прессование, термообработка --------------? ?-----------------
УДК 621. 74. 045:669. 24:21. 981
КОМПЛЕКСНОЕ ВЛИЯНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
операций на структуру и свойства
ЖАРОПРОЧНОГО НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА
ЖС3ДК-ВИ
П. Д. Жеманюк
Кандидат технических наук, технический директор *
В. В. Клочихин
Инженер, начальник лаборатории специальной металлургии *
E-mail: motor@motorsich. com Н. А. Лысенко Инженер* В. В. Наумик Доктор технических наук, профессор Кафедра «Машины и технология литейного производства» Запорожский национальный технический университет ул. Жуковского, 64, г. Запорожье, 69 063 E-mail: naumik@zntu. edu. ua *АО «Мотор-Сич» просп. Машиностроителей, 15, г. Запорожье, 69 068
1. Введение
Для получения качественных литых деталей из жаропрочных никелевых сплавов для современного авиастроения необходимо постоянно совершенствовать технологические и металлургические процессы, обеспечивающие соответствующий уровень эксплуатационных свойств материалов и изделий.
Одним из перспективных направлений является обеспечение повышенной чистоты и однородности расплавов в процессе литейных технологических переделов.
Известно, что стали и сплавы с мелкокристаллической структурой обладают рядом преимуществ конструкционных и технологических свойств перед сталями и сплавами с крупнокристаллической структурой. Одним из перспективных направлений получения сплавов с мелкокристаллической структурой является модифицирование их тугоплавкими уль-традисперсными порошками (УДП). Применение нанотехнологии позволяет получать материалы с принципиально улучшенными свойствами, многократно повышать эффективность процессов [1 — 6].
(c)
Одним из распространённых видов брака литых детали горячего тракта авиационных двигателей, изготавливаемых из жаропрочных никелевых сплавов и характеризующихся сложной конфигурацией, является наличия внутренних дефектов усадочного характера.
Эффективным способом исправления внутренних дефектов ответственных отливок является метод горячего изостатического прессования (ГИП), сущность которого состоит во всестороннем сжатии отливок специальными жидкостями или газами при высоких температурах [7 — 12].
Проведение последующей термической обработки позволяет снять остаточные напряжения и повысить пластичность материала при сохранении уровня прочностных свойств [13, 14].
2. Методика исследований
Исследовали состав, структуру и свойства литых образцов из жаропрочного никелевого сплава ЖС3ДК-ВИ, полученных с применением следующих комплексов технологических операций:
0 — по серийной технологии-
1 — по серийной технологии после горячего изостатического прессования (ГИП) —
2 — с применением предварительной термовременной обработки расплава (ТВО) —
3 — с применением предварительной термовременной обработки расплава (ТВО) после горячего изостатического прессования (ГИП) —
4 — с применением предварительной термовременной обработки расплава (ТВО) и модифицирования ультрадисперсными частицами карбонитрида титана ТЦТ^С^)]-
5 — с применением предварительной термовременной обработки расплава (ТВО) и модифицирования ультрадисперсными частицами карбонитрида титана Т^Т^С^)] после горячего изостатического прессования (ГИП).
Все опытные образцы подвергали гомогенизация при 1210 ± 10 °C в течение 4 часов в вакууме.
Исходный сплав был получен на АО «Мотор — Сич» на установке FM 1−2-100 фирмы «и^АС».
Плавки по изготовлению опытных образцов проводили в печи УППФ-3М при температуре 1570 ± 10 °C.
Термовременную обработку (ТВО) расплава проводили при температуре 1800 °C в течение 6 минут.
Заливку расплава осуществляли при температуре 1540 ± 10 °C в керамические формы, полученные по выплавляемым моделям нагретые до температуры 810 + 40 °C.
Модифицирование ультрадисперсными частицами (УДП) карбонитрида титана проводили из расчёта 0,05% [Т^С^)] по массе с использованием таблеток на основе титана при температуре 1650 °C с выдержкой от
1 мин. 55 с. до 2 мин. 45 с. Содержание компонентов в таблетке находилось в соотношении: Т — 90%- Т^С^) — 10%.
Процесс горячего изостатического прессования (ГИП) проводили по следующему режиму:
• начальное давление в СВД — 38 МПа-
• нагрев до 1040 ± 10 °C со скоростью 8… 10 °С/мин-
• выдержка при 1040±10 °С — 1,5 часа-
• давление в СВД при 1040 °C — 120 МПа-
• нагрев до 1210 ± 10 °C со скоростью — 4о/мин. -
• выдержка при 1210 ± 10 °C — 2 часа-
• давление в СВД при 1210 °C — 160 МПа-
• охлаждение отливок до 300 0С со скоростью 26 °/мин.
3. Основной материал исследований
Химический состав образцов из сплава ЖС3ДК-ВИ опытных вариантов представлен в табл. 1.
таблица 1
Из данных, приведенных в табл. 3, видно, что содержание элементов в исследуемых образцах, в основном, соответствовало требованиям ОСТ 1. 90 126−85. За исключением образцов, модифицированных ТЦТ^С^)], в которых содержание титана примерно на 11% превышало уровень требований ОСТ.
Исследовали макроструктуру образцов после химического травления в реактиве, состоящем из 80% НС1 и 20% Н202 (рис. 1). Установлено, что проведение термовременной обработки расплава (ТВО) способствует некоторому укрупнению макрозерна (рис. 1, варианты 2 и 3), а модифицирование карбонитридны-ми частицами Т^С^) приводит к измельчению зерна (рис. 1, варианты 4 и 5, табл. 2).
Физико-механические свойства определяли на отдельно отлитых пальчиковых образцах (0 и 1=12 мм) после их термической обработки по стандартному режиму (гомогенизация при температуре 1210 °C с выдержкой 3,5 часа и охлаждением на воздухе). Результаты испытаний механических свойств при комнатной температуре и жаропрочных — при температуре 850 °C и напряжении 35 кгс/мм2 представлены в табл. 3.
Химический состав сплава ЖС3ДК-ВИ опытных вариантов
Вариант Содержание элементов, %
С Сг Со W А1 Ті Мо Fe, а Мп
0 0,068 11,78 9,55 4,28 4,54 3,05 4,26 & lt- 2,0 & lt- 0,4 & lt- 0,4
1 0,071 11,92 9,62 4,21 4,53 3,07 4,23 & lt- 2,0 & lt- 0,4 & lt- 0,4
2 0,060 11,60 9,56 4,30 4,48 3,06 4,27 & lt- 2,0 & lt- 0,4 & lt- 0,4
3 0,077 11,55 9,66 4,23 4,60 3,20 4,24 & lt- 2,0 & lt- 0,4 & lt- 0,4
4 0,067 11,44 9,55 4,29 4,67 3,42 4,27 & lt- 2,0 & lt- 0,4 & lt- 0,4
5 0,070 11,41 9,63 4,32 4,60 3,49 4,26 & lt- 2,0 & lt- 0,4 & lt- 0,4
Нормы 0,06- 11,0- 8,0- 3,8- 4,0- 2,5- 3,8- & lt- 2,0 & lt- 0,4 & lt- 0,4
ОСТ 1. 90 126−85 0,11 12,5 10,0 4,5 4,8 3,2 4,5
Е
без ГИП
после ГИП
с применением ТВО
с применением ТВО + Ті[Ті(СД)]
Рис. 1. Макроструктура опытных образцов из сплава ЖС3ДК-ВИ х 2
таблица 2
Размер макрозерна, мм образцов ≠12 мм из сплава ЖС3ДК-ВИ опытных вариантов
0 1 2 3 4 5
3,0… 8,5 2,5. 13,5 3,0. 18,0 ~ 26,0 0,5… 3,0 (единичные кристаллы до 7 мм) 0,5… 2,0 (мелкие частицы ~0,07 мм)
таблица 3
Механические и жаропрочные свойства опытных образцов из сплава ЖС3ДК-ВИ после стандартной термообработки
Вари- Состояние Механические свойства при 20 °C Время до разрушения при 850 °С
ант материала Sв, кгс/мм2 d, % У, % кси, кГс-м/см2 под нагрузкой 35 кгс/мм2, tp, час.
0 серийная без ГИП 88,1 91,4 10,4 10,8 16,2 12,4 2,25 3,50 689.0 705. 0
1 серийная после ГИП 97.3 101.3 12,0 11,6 15.4 15.4 3. 13 3. 13 685.5 445. 5
2 с применением ТВО без ГИП 82.3 87,2 80.4 18,0 17,6 21,2 16,1 22,8 23,5 7. 50 8. 50 16.5 30.5 20. 5
3 с применением ТВО после ГИП 99,6 97,4 95,1 16,8 19.2 11.2 14,2 22,8 12,9 6,00 4,38 6,25 499.0 454. 0
4 с применением ТВО + ТІ[ТІ(СД)] без ГИП 97,5 108,0 12,0 14,8 16,1 15,6 7,13 4,25 784.5 1050. 5
5 с применением ТВО + ТІ[ТІ(СД)] после ГИП 102,0 111,7 10,4 13,6 19,7 12,6 4. 75 5. 75 692.0 784. 0
Нормы ОСТ 1. 9 012 685 3 95,0 з 7,0 — з 3,0 3 50,0
Из представленных данных видно, что механические и жаропрочные свойства исследованных образцов (за исключением варианта 2), удовлетворитель-
ные и отвечают требованиям ОСТ 1. 90 126−85.
Наиболее благоприятное сочетание прочност-серийная ных ^в) и пластических
^,?, КСи) характеристик, а также длительной прочности при температуре 850 оС и нагрузке 35 кгс/мм2, характеризующееся стабильностью результатов испытаний, получено на образцах, модифицированных Т^С^) (варианты 4 и 5).
Микроструктура образцов, изготовленных по серийной технологии (варианты 0 и 1), а также после модифицирования частицами Т^С^) (варианты 4 и 5), как до, так и после газоста-тирования, удовлетворительная для сплава ЖС3ДК-ВИ в нормально термообработанном состоянии (рис. 2).
В материале образцов, изготовленных по вариантам 4 и 5 обнаружены включения нитридов и карбонитри-дов, размеры которых составляют 3… 12 мкм (табл. 4). В немодифицированном металле нитридные включения встречаются редко, и размер их не превышает 2 мкм (табл. 4).
В образцах, полученных без проведения операции газостатирования (варианты 0, 2 и 4) обнаружены микропоры, а также усадочные рыхлоты размером до 30 мкм (табл. 4, рис. 3).
Проведение операции горячего изо-статического прессования (варианты 1, 3 и 5) способствует «залечиванию» усадочных дефектов. В структуре исследованных лопаток после ГИП микропоры и рыхлоты практически отсутствуют (табл. 4, рис. 4).
В серийных образцах карбиды типа МС выделяются, в основном, в виде дискретных глобулярных частиц с наличием пластин эвтектических карбидов типа МбС размером до 40 мкм, располагающихся преимущественно на границах зерен и в междендритных пространствах (табл. 4, рис. 5, вариант 0).
Проведение термовременной обработки расплава при температуре 1850 °C в течение 5 минут и в особенности модифицирования карбонитридами титана способствует дроблению карбидных пластин и равномерному их распределению в объеме металла (рис. 5, варианты 2 и 4).
Расстояние между осями дендритов второго порядка в образцах, отлитых по серийной технологии, а также с проведением ТВО примерно на 20% больше, чем в модифицированных образцах (табл. 4).
На рис. 6 показаны зоны «залечивания» микропор в образцах, прошедших газостатирование (варианты 1, 3 и 5).
э
без ГИП
после ГИП
серийная
с применением ТВО + Ті[Ті(СД)]
Рис. 2. Микроструктура образцов из сплава ЖС3ДК-ВИ, изготовленных по различным вариантам, х 500
таблица 4
Размеры структурных составляющих в опытных образцах из сплава ЖС3ДК-ВИ
Вариант Состояние сплава Размер карбидов, мкм Размер нитридов, мкм Размер микро-пор, мкм Расстояние между осями дендритов 2-го порядка, мкм
глобулярные типа МС пластинчатые типа М6С
0 серийная без ГИП 2… 12 0 4 2 ~2(редко) 8. 30 55. 90
1 серийная после ГИП 2… 10 10. 32 ~2(редко) — 55. 90
2 с применением ТВО без ГИП 2.6 до ~ 14 (редко) ~2(редко) 6. 28 55. 85
3 с применением ТВО после ГИП 2. 10 до ~ 18 (редко) ~2(редко) — 60. 85
4 с применением ТВО + Ті[Ті(С^)] без ГИП 2. 14 до ~ 10 (редко) 3.7 6. 20 0 6 0 5
5 с применением ТВО + Ті[Ті(С^)] после ГИП 2. 10 до ~ 16 (редко) 3. 12 — 50. 60
серийная
с применением ТВО
ТВО + Ті[Ті(С^)]
Рис. 3. Микропористость в образцах из сплава ЖС3ДК-ВИ, изготовленных по различным вариантам без проведения операции ГИП, х 200

BuCTuHHu-EBpunencHuU ЖУрИаЛ nepeguE^I-i TeHHunuruU ISSN 1729−3774
серийная
с применением TBO
TBO + Ti[Ti (C, N)]
Рис. 4. Нетравленая структура образцов из сплава ЖС3ДК-ВИ, изготовленных по различным вариантам с применением
операции ГИП, х 200
_____________________Ш,
серийная
с применением TBO
TBO + Ti[Ti (C, N)]
Рис. 5. Карбиды в образцах из сплава ЖС3ДК-ВИ, изготовленных по различным вариантам без применения
операции ГИП, х 500
серийная с применением ТВО ТВО + ТЦТ^С, Ы)]
Рис. 6. Зоны «залечивания» микропор в образцах из сплава ЖС3ДК-ВИ после ГИП, х 1000
4. Выводы
1. Химический состав опытных образцов из сплава ЖС3ДК-ВИ, изготовленных по различным вариантам, в основном, соответствует требованиям ОСТ 1. 90 126−85. При этом в образцах, модифицированных Ti[Ti (C, N)] (варианты 4 и 5), содержание титана приметно на 11% превышает уровень требований ОСТ.
2. Проведение термовременной обработки расплава (ТВО) способствует некоторому укрупнению макрозерна (варианты 2 и 3), а модифицирование карбони-тридными частицами Ti (C, N) (вариант 5) — приводит к измельчению зерна.
3. Механические и жаропрочные свойства исследуемых образцов после различных вариантов (за исключением варианта 2), удовлетворительные и отвечают требованиям ОСТ 1. 90 126−85. Снижении ме-
ханических (ов) и жаропрочных (время до разрушения Тр) свойств материала образцов, изготовленных по варианту 2, обусловлено наличием структур перегрева, образовавшихся в процессе термической обработки, вероятно, вследствие снижения температуры солидус в результате проведении ТВО при температуре 1800 °C в течении 6 минут.
4. Наиболее благоприятное сочетание прочностных (ов) и пластических (8, Т, КСи) характеристик, а также длительной прочности при температуре 850 °C и нагрузке 35 кгс/мм2, характеризующееся стабильностью результатов испытаний, получено на образцах, модифицированных Т1(С^) (варианты 4 и 5).
5. Проведение операции горячего изостатического прессования способствует «залечиванию» усадочных дефектов типа пор и рыхлот.
Литература
1. Рыбкин, В. А. Направления развития технологий специальных способов литья [Текст] / В. А. Рыбкин. — Литейное производство. — 2010 — № 2.
3
2. Иншаков, О. О приоритете государства в сфере наноиндустрии [Текст] / О. Иншаков, А. Фесин. // Экономист. — 2009. -№ 10.
3. Сабуров, В. П. Упрочняющее модифицирование стали и сплавов / В. П. Сабуров // Литейное производство. — 1988. -№ 9. — С. 7 — 8.
4. Седельников, В. В. Закономерности влияния ультрадисперсных порошков на физико-механические свойства фосфатно-силикатных связующих и литых заготовок / Седельников В. В. — Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 05. 16. 04 // Литейное производство. — 2006 г. — 130 с.
5. Фаткуллин, О. Х. Модифицирование жаропрочных никелевых сплавов дисперсными частицам тугоплавких соединений / О. Х. Фаткуллин // Литейное производство. — 1993. — № 4. — С. 13 — 14.
6. Влияние модифицирования на пластичность сплава ЖС6К / Л. Н. Лариков, Ю. З. Бабаскин, С. Я. Шипицын, О. А. Шматко. // Металловедение и термическая обработка. — 1983. — № 2. -. 52 — 54.
7. Галдин, Н. М. Цветное литьё: справочник [Текст] / Н. М. Галдин, Д. Ф. Чернега, Д. Ф. Иванчук и др.- под общ. ред. Н.М. Гал-дина. — М.: Машиностроение, 1989. — 528 с.
8. Диффузионная модель вакансионного растворения пор в условиях газоизостатического прессования монокристалла жаропрочного сплава на никелевой основе / Б. С. Бокштейн, В. А. Есин, В. Н. Ларионов и др. // Известия вузов. Черная металлургия. — 2006. — № 3. — С. 5 — 9.
9. Оспенникова, О. Г. Повышение свойств жаропрочного сплава ЖС6У-ВИ путем горячего изостатического прессования и последующей термической обработки. / О. Г. Оспенникова, М. Р. Орлов // Материаловедение. — 2007. — № 9. — С. 32 — 36.
10. Технологическое обеспечение эксплуатационных характеристик деталей ГТД. Лопатки турбины. Часть II. Монография. Изд. 2-е, переработанное и дополненное / В. А. Богуслаев, Ф. М. Муравченко, П. Д. Жеманюк и др. — г. Запорожье, изд. ОАО «Мотор Сич». — 2007. — 496 с.
11. Орлов, М. Р. Аналитическая оценка кинетики релаксационных процессов в никелевом жаропрочном сплаве ЖС6У-ВИ / М. Р. Орлов, Е. М. Орлов // Авиационно-космическая техника и технология. — 2005. — № 1/17. — С. 26 — 29.
12. Особенности механизма пластической деформации сплава ЖС6У-ВИ при нормальной и повышенной температурах. / П. Д. Жеманюк, В. К. Яценко, М. Р. Орлов, О. В. Рубель // Металознавство та обробка меташв. — 2000. — № 3. — С. 31 — 37.
13. Химушин, Ф. Ф. Легирование, термическая обработка и свойства жаропрочных сталей и сплавов [Текст] / Ф. Ф. Химушин -М.: Оборонгиз, 1962. — 336 с.
14. Гуляев, А. П. Металловедение [Текст] / А. П. Гуляев — М.: Металлургиздат, 1948. — 556 с.
-------------------? ?----------------------
Наведено перспективний напрямок застосування високообертових турбін, що мають високі значення ККД і питомої потужності, які через редуктор, що знижує частоту обертання вихідного валу, з'єднуються з ротором електрогенератора. При однаковому перепаді тиску газу, що спрацьовує, в порівнянні з без-редукторною схемою, потрібна витрата газу в цій установці менше приблизно на 30%
Ключові слова: газ, турбіна, компресор, ККД, потужність, тепло, електрогенератор, редуктор
?------------------------------?
Описано перспективное направление применения высокооборотных турбин, имеющих высокие значения КПД и удельной мощности, которые через редуктор, понижающий частоту вращения выходного вала, соединяются с ротором электрогенератора. При одинаковом срабатываемом перепаде давления газа, по сравнению с безредукторной схемой, потребный расход газа в данной установке меньше примерно на 30%
Ключевые слова: газ, турбина, компрессор, КПД, мощность, тепло, электрогенератор, редуктор
-------------------? ?----------------------
УДК 622. 691. 48. 053(07)
использование перепада давления ГАЗА, редуцируемого
НА ГРС И ГРП
для получения электроэнергии и
ТЕПЛА
А. П. Черных
Кандидат технических наук, генеральный директор, член-корреспондент Международной инженерной
академии
Научно-производственное предприятие Тазэлектроприбор" E-mail: g-e-p@mail. ru А. И. Васильев
Доктор экономических наук Президент инженерной академии Украины ул. Дм. Пожарского 2/10, г. Харьков, Украина, 61 046
E-mail: 7 788 982@gmail. com

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой