Основы направленной кристаллизации жаропрочных сплавов. Этапы развития концентрационного переохлаждения легированных расплавов. Техника литья сплавов монокристальным путем в керамические формы. Формирование композиционных металлических материалов.
При низкой оригинальности работы "Направленная кристаллизация и монокристальное литье жаропрочных сплавов", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Это связано с наличием в таких местах большого количества дислокаций и вакансий, образующихся при стыковке в процессе кристаллизации зерен с разлtrial кристаллографической ориентацией. Их концентрация на границах зерен возрастает во много раз, они образуют легкоплавкие эвтектики, что резко ослабляет жаропрочность сплава. Эти элементы повышают температуры плавления эвтектик на границах зерен, снижают влияние вредных примесей, упрочняют и рафинируют границы зерен, но не делают их равнопрочными с основным материалом. Отсутствие в сплаве границ зерен дает возможность существенной корректировки его химического состава, главным образом, за счет исключения легирующих 7 элементов, предназначенных для упрочнения этих границ. Монокристальные сплавы с ГЦК и ОЦК решетками имеют наиболее высокую жаропрочность при ориентации [111], наименьшую чувствительность к концентрации напряжений и достаточно высокую жаропрочность - при ориентации [001], сочетание пониженной жаропрочности с высокой чувствительностью к концентрации напряжений - при ориентации [011].Зарождение кристаллов зависит от переохлаждения расплава, которое влияет на уровень градиента температуры перед фронтом кристаллизации, на количество образующихся зародышей и скорость их продвижения в расплав. При высокой степени переохлаждения расплава и соответственно высоким уровнем градиента температуры образуется большое количество зародышей, их рост имеет конкурентный характер, который выигрывают кристаллы с ориентацией равной или близкой к 1001 ]. Следовательно, формирование столбчатой структуры сплава влияет на его свойства не только исключением поперечных границ зерен, но также условиями зарождения и роста кристаллов, формой поверхности раздела и скоростью охлаждения, которая определяется градиентом температуры на фронте кристаллизации и скоростью роста кристаллов. Удельные свободные энергии жидкой (FL) и твердой (FSOL) фаз: ТЕ - температура равновесия; ДТ - переохлаждение; AFV - разница удельных свободных энергий жидкой фазы (AFL) и твердой фазы (AFSOI) при переохлаждении ДТ абсолютного нуля наиболее устойчивым является твердое состояние, которому соответствует наименьший уровень удельной свободной энергии. Переохлаждение расплава на величину ЛТ (см. рис.1) увеличивает удельную свободную энергию жидкого и твердого состояний пропорционально их удельным энтропиям: При этой температуре твердое тело имеет более низкий уровень удельной свободной энергии, т.е. большую устойчивость в сравнении с расплавом.При этом кристаллизация может проходить с плоским, ячеистым, ячеисто-дендритным и дендритным фронтами. При отрицательном температурном градиенте, т.е. при теплообмене от фронта кристаллизации к переохлаждаемому жидкому металлу, переохлаждение увеличивается по мере удаления от фронта кристаллизации в расплав. При этом фронт кристаллизации обладает наибольшей температурой, что вызывает выделение теплоты кристаллизации. Если кристалл с более благоприятной ориентацией выдвинется вперед, то его передняя часть попадет в зону с повышенной температурой, что приведет к ее оплавлению и выравниванию фронта кристаллизации. Для обеспечения непрерывного роста кристаллов необходимо, увеличивать градиент температур перед фронтом кристаллизации или снижать скорость роста кристаллов т.е. повышать значение критерия Кф (см. уравнение (37)).В слитках легированных сплавов образуются, как правило, три различные зоны кристаллов: а) зона «замороженных» кристаллов в месте контакта расплава со стенкой изложницы; б) зона «столбчатых» кристаллов, растущих от наружной поверхности (и дна) изложницы в направлении, противоположномтеплоотводу; Это приводитк большому переохлаждению расплава у стенок формы и образует так называемую зону «замороженных» кристаллов, в которой формируется большое количество устойчивых зародышей произвольной ориентации (см. рис. После образования зоны «замороженных» кристаллов их рост будет проходить в направлении,противоположном ТЕПЛООТВОДУQ, чтоиприведет к формированию столбчатых кристаллов. Как уже отмечалось, в зоне «замороженных» кристаллов формируются зародыши произвольной ориентации, которые имеют одинаковые условия для роста только на начальном этапе образования столбчатой зоны.Такие сплавы легируют алюминием и титаном, которые образуют с никелем упрочняющую у1 - фазу на OCHOBENI3(А1,Ті). Однако при работе лопаток турбин на изделии включения окисных плен играют роль концентраторов напряжений и могут способствовать разрушению деталей, Поэтому с целью исключения брака по окисным пленам и другим вредным примесям выплавку исходного сплава, его переплав и заливку форм производят в достаточно глубоком вакууме(10-7 ?5•10-7 МПА)притемпературеперегрева 200?250°С.Жаропрочныесплавы готовят на металлургических предприятиях методом вакуумно-индукционной выплавки и поставляют в виде обточенных мерных шихтовых заготовок. Кислород растворяется в жидком расплаве металла или образует окислы с элементами, имеющими большое сродство к кислороду, главным образом, с алюминием и титаном. Эфф
1.2.1. Распределение примеси перед фронтом кристаллизации................................26
1.2.2. Распределение примеси в условиях стационарного равновесия кристаллизации...............................................................................................................28
1.2.3. Диффузионное распределение примеси в жидкой фазе при отсутствии диффузии в твердой фазе. .............................................................................................29
1.2.4. Развитие концентрационного переохлаждения расплава перед фронтом кристаллизации (рис. 19, 20).........................................................................................34
1.3. Образование различных форм поверхности раздела при направленной кристаллизации сплавов...................................................................................................41
1.3.1. Плоский фронт кристаллизации сплава.............................................................42
1.3.2. Ячеистый (сотовый) фронт кристаллизации сплава.........................................44
1.3.3. Ячеисто-дендритный фронт кристаллизации сплава.......................................47
1.3.5. Условия формирования равноосной структуры...........................................49
1.3.6. Объемная доля дендритов...............................................................................50
1.3.7. Скорость роста дендритов...................................................................................52
1.3.8. Расстояние между осями ветвей дендритов......................................................54
1.3.9. Направление роста дендритов. ...........................................................................55
3
1.3.10. Основные критерии форм поверхностей раздела..........................................55
1.4. Естественное формирование направленной структуры при кристаллизации слитка..................................................................................................................................60
1.4.1. Зона «замороженных» кристаллов слитка.........................................................61
1.4.2. Зона столбчатых кристаллов слитка. .................................................................62
1.4.3. Зона равноосных кристаллов слитка..................................................................64
Глава 2...................................................................................................................................66
2.2. Тепловой баланс и скорость роста кристаллов принаправленнойкристаллизации ..........................................................................................................................................70
2.3. Влияние градиентов температур GL и GS на структуру сплава при направленной кристаллизации...................................................................................................................73
2.5. Направленная кристаллизация с зарождением кристаллов на водоохлаждаемом холодильнике.....................................................................................................................83
2.5.1. Метод постепенного снятия мощности «Powerdown».....................................83
2.5.2. Метод высокоскоростного охлаждения «HRS» (метод Бриджмена-Стокбаргера)...................................................................................................................86
2.6. Направленная кристаллизация с зарождением кристаллов в нижней зоне охлаждаемой керамической формы...................................................................................90
2.6.1. Метод НК..............................................................................................................91
2.6.2. Метод ВНК............................................................................................................94
Глава 3 ...................................................................................................................................96
3.3. Влияние процесса ВНК на параметры дендритной структуры и первичных фаз (в сравнении с НК) ..........................................................................................................104
3.4. Влияние процесса ВНК на микропористость........................................................113
3.5. Особенности литья отливок с переменным сечением МЕТОДОМВНК...................115
3.6. Особенности легирования сплавов для литья с направленной кристаллизацией методом ВНК...................................................................................................................118
Глава 4 .................................................................................................................................125
4.1. Формирование монокристалла за счет конкурентного роста столбчатых зерен.126
4.2. Формирование монокристалла от затравки...........................................................129
4.2.1. Монокристальное литье от затравки с использованием водоохлаждаемого холодильника................................................................................................................129
4.2.2. Монокристальное литье от затравки методом...................................131
4.2.3. Монокристальное литье методом НК..............................................................133
4.2.4. Монокристальное литье методом ВНК. ..........................................................135
4.3. Особенности легирования жаропрочных никелевых сплавов для монокристального литья методом ВНК........................................................................142
Глава 5.................................................................................................................................146
6.4. Опенка изменения скорости кристаллизации при переходе от пера к замку лопатки .............................................................................................................................176
6.5. Расчет технологических режимов ВНК лопаток с монокристаллической структурой для АСУ ТП...................................................................................................178
6
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
