Закономірності впливу модифікування гафнієм і цирконієм та термічної обробки на структуру і властивості виливок з жароміцних нікелевих сплавів. Підвищення фізико-механічних властивостей, надійності та експлуатаційної довговічності литих деталей.
Аннотация к работе
НАЦІОНАЛЬНА МЕТАЛУРГІЙНА АКАДЕМІЯ УКРАЇНИ РОЗРОБКА І ВИПРОБУВАННЯ ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА ВИЛИВОК ГАЗОТУРБІННИХ ДВИГУНІВ З ЖАРОМІЦНИХ СПЛАВІВРобота виконана у Запорізькому національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України на кафедрі машин і технології ливарного виробництва. Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Запоріжжя, професор кафедри машин і технології ливарного виробництва Харків, професор кафедри ливарного виробництва кандидат технічних наук, доцент Захист відбудеться “__08__” __червня___ 2004 р. о _12.30__год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.084.02 в Національній металургійній академії України за адресою: 49600, м.Надійність і тривалість роботи ГТД в значній ступені залежать від експлуатаційної довговічності їх окремих елементів, серед яких найбільш відповідальними є литі деталі гарячого тракту турбіни: робочі лопатки і соплові апарати, які виготовляються литтям по моделям, що витоплюються в керамічних формах. Експлуатаційна довговічність литих робочих лопаток в значній мірі залежить від стабільності структури та фізико-механічних властивостей жароміцних нікелевих сплавів. В звязку з викладеним вище робота, яка направлена на розробку удосконалених технологій виробництва виливок за рахунок раціонального модифікування гафнієм і цирконієм, а також удосконалення режиму термічної обробки модифікованих сплавів, що забезпечують збільшення фізико-механічних властивостей та експлуатаційної довговічності литих деталей, а в підсумку підвищення надійності та ресурсу роботи ГТД є актуальною і логічно повязаною із загальною концепцією розвитку авіаційного газотурбобудування. Метою дисертаційної роботи було розробка і промислове випробування удосконалених технологій виробництва виливок газотурбінних двигунів з жароміцних нікелевих сплавів для підвищення їх фізико-механічних властивостей, надійності та експлуатаційної довговічності. Дослідити вплив модифікування вказаними елементами та термічної обробки на макро-і мікроструктуру, склад, форму, кількість, розмір та морфологію структурних складових жароміцних нікелевих сплавів і, як наслідок, на комплекс фізико-механічних властивостей при звичайній (20°С) та високій (760…795°С) температурах.Перший розділ носить оглядовий характер і присвячений аналізу можливостей удосконалення технологій виробництва литих деталей гарячого тракту газотурбінних двигунів з жароміцних нікелевих сплавів, з метою підвищення їх фізико-механічних та експлуатаційних властивостей.Третій розділ присвячений визначенню причин зниженої експлуатаційної довговічності литих робочих лопаток гарячого тракту ГТД, дослідженню структурних змін, що відбуваються в цих деталях в процесі експлуатації, а також впливу модифікування гафнієм і цирконієм та термічної обробки на структуру виливок з жароміцних нікелевих сплавів. В процесі експлуатації під дією високих температур (760…975°С) та складнонапруженого стану в лопатках відбувалося збільшення розміру макрозерна, зміна топографії, кількості та середнього розміру карбідів, евтектичної (? ??)-фази, а також злиття і коагуляція часток зміцнюючої ??-фази. Для підвищення термічної стабільності структури та фізико-механічних властивостей литих деталей було проведено модифікування гафнієм і цирконієм серійних жароміцних нікелевих сплавів ЖС6У-ВІ і ЖС3ДК-ВІ та досліджено вплив цих елементів на структуру виливок. Підвищення вмісту цирконію від 0,046 до 0,387 % та гафнію від 0,187 до 1,267 % призводило до помітного зменшення середнього розміру макрозерна обох сплавів і цирконій сприяв більш активнішому подрібненню макрозерна в порівнянні з гафнієм. При введенні в сплави ЖС6У-ВІ та ЖС3ДК-ВІ гафнію і цирконію відбувалось подрібнення гілок карбідів типу “китайських ієрогліфів” та їх глобуляризація, а також збільшення кількості та середнього розміру карбідів.Промислові випробування розроблених технологій виробництва виливок проводили на підприємстві ВАТ “Мотор Січ”.Одержали подальший розвиток якісні та кількісні залежності, що характеризують вплив модифікування гафнієм і цирконієм та термічної обробки на макро-і мікроструктуру, склад, форму, кількість, розмір та морфологію структурних складових жароміцних нікелевих сплавів ЖС6У-ВІ та ЖС3ДК-ВІ, а також на фізико-механічні властивості цих сплавів: - відсоток засвоєння елементів розплавом тим менше, чим більше кількість їхньої присадки та час витримки рідкого розплаву з моменту модифікування до заливки ливарної форми; введення в сплави гафнію і цирконію збільшувало кількість, середній розмір карбідів та змінювало їхній склад, форму і морфологію. Підвищення вмісту гафнію призводило до утворення замість карбідів типу “китайських ієрогліфів”, карбідів глобулярної, кубічної та іншої різноманітної форми, які містять гафній.