Вплив способів модифікування на структуру та властивості жароміцних нікелевих сплавів - Автореферат

В той же час вдосконалення технології одержання вже існуючих матеріалів шляхом покращення їх структурних параметрів може забезпечити суттєве підвищення фізико-механічних та експлуатаційних характеристик агрегатів відповідального призначення при мінімальних матеріальних витратах. Метою дисертаційної роботи було визначення оптимальних способів модифікування нікелевих жароміцних сплавів для підвищення фізико-механічних та експлуатаційних показників виливків гарячого тракту ГТД. Визначити вплив і оптимізувати технологічні параметри поверхневого модифікування алюмінатом кобальту для сплавів ЖС3ЛС-ВІ та ЗМІ3У-ВІ з метою покращення структури та властивостей виливків. Провести порівняльне дослідження впливу поверхневого, обємного і комбінованого (одночасного застосування поверхневого і обємного) модифікувань на структуру та властивості виливків зі сплавів ЖС3ЛС-ВІ та ЗМІ3У-ВІ. жароміцний нікелевий цирконій виливок Визначити ефективність впливу різних способів модифікування на структуру та властивості виливків, отриманих зі сплавів ЖС3ЛС-ВІ та ЗМІ3У-ВІ з різною чистотою за шкідливими домішками.Проведені раніше різними дослідниками роботи в галузі застосування вищезазначених технологій не розкривають у повній мірі проблем, що поставлені даним дослідженням, що зумовлює актуальність їх проведення та визначення оптимального способу модифікування з метою покращення структури та підвищення фізико-механічних властивостей виливків, ресурсу та надійності роботи газотурбінних двигунів в цілому. Виливки проходили термічну обробку за режимами: сплав ЖС3ЛС-ВІ - нагрівання до 1190±10°С, витримка 4 год., охолодження на повітрі; сплав На зменшення розміру макрозерна в зразках обох сплавів суттєво впливало комбіноване модифікування з цирконієм та проведення ВТОР сплаву ЖС3ЛС-ВІ. Середня відстань між осями дендритів другого порядку в зразках сплаву ЖС3ЛС-ВІ була в межах 40...65 мкм (мінімальні значення при комбінованому модифікуванні з цирконієм) та сплаву ЗМІ3У-ВІ - 28...48 мкм (мінімальні значення після обємного модифікування бором) Показники пластичності (?, ?) та ударна вязкість (KCU) у виливках із сплаву ЖС3ЛС-ВІ були кращими після обємного модифікування цирконієм однорідного сплаву, а із сплаву ЗМІ3У-ВІ - після поверхневого модифікування також однорідного сплаву (див. табл.Проведений комплекс досліджень по визначенню впливу різних способів модифікування на структуру та властивості жароміцних нікелевих сплавів дозволив сформувати наступні висновки: 1. Отримали подальшого розвитку дослідження по визначенню впливу цирконію на структуру та властивості жароміцних нікелевих сплавів, зокрема розроблено способи комбінованого модифікування з одночасним використанням поверхневого модифікування алюмінатом кобальту та обємного модифікування цирконієм, у тому числі після високотемпературної обробки розплаву, та встановлено оптимальний вміст цирконію за цих умов. Так, покращення показників міцності (?в, ?02) та жароміцності виливків із сплаву ЖС3ЛС-ВІ забезпечує поверхневе модифікування, а для однорідного (після високотемпературної обробки розплавів) сплаву - комбіноване. Зміна морфології карбідів з плівкової на глобулярну після обємного модифікування цирконієм однорідного сплаву сприяла покращенню показників пластичності (?, ?) та ударної вязкості (KCU) виливків із сплаву ЖС3ЛС-ВІ, а в сплаві ЗМІ3У-ВІ ці показники підвищувалися після поверхневого модифікування однорідного металу через утворення дрібнозеренної структури та очищення сплаву від неметалевих включень. Вперше розроблено та опробувано в промислових умовах технологію отримання високоякісних виливків із жароміцних нікелевих сплавів після високотемпературної обробки розплаву, для яких використано комбіноване модифікування цирконієм (патент на корисну модель №26499).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Проведений комплекс досліджень по визначенню впливу різних способів модифікування на структуру та властивості жароміцних нікелевих сплавів дозволив сформувати наступні висновки: 1. Отримали подальшого розвитку дослідження по визначенню впливу цирконію на структуру та властивості жароміцних нікелевих сплавів, зокрема розроблено способи комбінованого модифікування з одночасним використанням поверхневого модифікування алюмінатом кобальту та обємного модифікування цирконієм, у тому числі після високотемпературної обробки розплаву, та встановлено оптимальний вміст цирконію за цих умов.

2. Встановлені достовірні залежності впливу способу модифікування жароміцних нікелевих сплавів на структурні складові, фізико-механічні та експлуатаційні характеристики виливків з них. Так, покращення показників міцності (?в, ?02) та жароміцності виливків із сплаву ЖС3ЛС-ВІ забезпечує поверхневе модифікування, а для однорідного (після високотемпературної обробки розплавів) сплаву - комбіноване. Зміна морфології карбідів з плівкової на глобулярну після обємного модифікування цирконієм однорідного сплаву сприяла покращенню показників пластичності (?, ?) та ударної вязкості (KCU) виливків із сплаву ЖС3ЛС-ВІ, а в сплаві ЗМІ3У-ВІ ці показники підвищувалися після поверхневого модифікування однорідного металу через утворення дрібнозеренної структури та очищення сплаву від неметалевих включень.

3. Встановлено оптимальні температури заливання нікелевих розплавів в ливарні форми з поверхневим модифікуванням алюмінатом кобальту: 1500…1550°С, при якій суттєво покращується стан поверхні, макро- і мікроструктура виливків.

4. Вперше розроблено та опробувано в промислових умовах технологію отримання високоякісних виливків із жароміцних нікелевих сплавів після високотемпературної обробки розплаву, для яких використано комбіноване модифікування цирконієм (патент на корисну модель №26499).

5. Розроблено та опробувано в промислових умовах спосіб нанесення покриття з алюмінатом кобальту на керамічні стрижні для забезпечення поверхневого модифікування внутрішніх поверхонь охолоджуваних деталей ГТД із нікелевих жароміцних сплавів (патент на корисну модель № 48858).

6. Використання результатів досліджень у виробництві на Запорізькому машинобудівному підприємстві ім. Омельченко дозволяє підвищити вихід придатних виливків й збільшити експлуатаційні властивості литих деталей гарячого тракту ГТД. Економічний ефект від впровадження розроблених рекомендацій по виробництву литих деталей ГТД складе на один моторокомплект секторів статору 16816 грн. (для двигуна Д-336-2) та 3102 грн. на один виливок цільнолитого соплового апарату двигуна ТВ3-117.

ПЕРЕЛІК ОПУБЛІКОВАНИХ РОБІТ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Измельчение структуры отливок ГТД модифицированием /Э.И. Цивирко, А.А. Педаш, Н.А. Лысенко, В.В. Клочихин // Вестник двигателестроения. - 2004. - №3. - С. 112-116.

2. Улучшение структуры и свойств никелевого жаропрочного сплава

3. ЗМИ3У-ВИ / Н.А. Лысенко, А.А. Педаш, А.Г. Коломойцев, Э.И. Цивирко // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2005. - №2. - С. 34-39.

4. Структура и свойства сплава ЖС3ЛС-ВИ различных вариантов

5. выплавки и модифицирования / Н.А. Лысенко, А.А. Педаш, А.Г. Коломойцев, 6. Э.И. Цивирко // Вестник двигателестроения. - 2005. - №3. - С. 144-149.

7. Педаш О.О. Комбіноване модифікування рафінованого жароміцного сплаву ЗМІ3У-ВІ / О.О. Педаш, Е.І. Цивірко // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2008. - №2 - С. 8-13.

8. Педаш А.А. Влияние модифицирования однородного расплава на структуру и свойства сплава ЖС3ЛС-ВИ / А.А. Педаш, Э.И. Цивирко // Вестник двигателестроения. - 2008. - №2. -

9. С. 171-177.

6. Пат. 26499 Україна, МПК С22С19/03. Спосіб отримання виливків з жароміцних нікелевих сплавів / Педаш О.О., Жеманюк П.Д., Лисенко Н.О., Цивірко Е.І., Клочихін В.В., Педаш О.Ф.; заявник і патентовласник ВАТ "Мотор Січ". - № u 200705204; заявлено 11.05.2007; опубліковано 25.09.2007, Бюл. №15.

7. Пат. 48858 Україна, МПК B22C3/00 Спосіб отримання пустотілих виливків з жароміцних сплавів на основі нікелю / Педаш О.О., Цивірко Е.І., Жеманюк П.Д., Педаш О.Ф.; заявник і патентовласник ВАТ "Мотор Січ". - № u 200909446;

заявлено 04.09.2009; опубліковано 12.04.2010, Бюл. № 7.

8. Особенности модифицирования никелевых жаропрочных сплавов /

Э.И. Цивирко, А.А. Педаш, Н.А. Лысенко, В.В. Клочихин // мат-лы междунар. конф. ["Пути повышения качества и экономичности литейных процессов"], (Одесса, 7-9 сентября 2005 г.) / Одесск. нац. политех. ун-т. - Одесса: Одесск. нац. политех. ун-т (ОНПУ), 2005. - С. 43-49.

9. Педаш О.О. Комбіноване модифікування жароміцного сплаву ЗМІ3У-ВІ / О.О. Педаш, Е.І. Цивірко : зб. матеріалів міжнародної науково-технічної конф. ["Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів"], (Запоріжжя, 8-10 жовтня 2008 р.) / Запорізький національний технічний університет (ЗНТУ). - Запоріжжя: ЗНТУ, 2008. - С. 151-153.

10. Технологія рафінування жароміцного нікелевого сплаву ЗМІ3У-ВІ /

11. Н.О. Лисенко, О.О. Педаш, О.Г. Коломойцев, Е.І. Цивірко : зб. матеріалів міжнародної науково-технічної конф. ["Неметалеві вкраплення і гази у ливарних сплавах"], (Запоріжжя, 15-17 вересня 2006 р.) / Запорізький національний технічний університет (ЗНТУ). - Запоріжжя: ЗНТУ, 2006. - С. 167-168.

11. Педаш О.О. Покращення структурного стану виливків деталей ГТД шляхом поверхневого та комбінованого модифікування / О.О. Педаш, Е.І. Цивірко : зб. матеріалів міжнародної науково-технічної конф. ["Неметалеві вкраплення і гази у ливарних сплавах"], Запорізький національний технічний університет (ЗНТУ). - Запоріжжя: ЗНТУ, 2009. - С. 137-138.

12. Лысенко Н.А. Структура и свойства рафинированных и модифицированных жаропрочных никелевых сплавов / Н.А. Лысенко, А.А. Педаш, Э.И. Цивирко

// Молодежь в авиации: новые решения и перспективные технологии : междунар. молодежн. науч.-техн. конф., 15-18 мая 2007 г.: тезисы докл. - Алушта, 2007. -

С. 234-235.

13. Педаш А.А. Комбинированное модифицирование жаропрочных никелевых сплавов / А.А. Педаш, Э.И. Цивирко // Молодежь в авиации: новые решения и перспективные технологии : междунар. молодежн. науч-техн. конф., 12-16 мая 2008 г.: тезисы докл. - Алушта, 2008. - С. 143-144.