Вы здесь

Розробка і випробування технології виробництва виливок газотурбінних двигунів з жароміцних сплавів

Автор: 
Кудін Вадим Валерійович
Тип работы: 
Дис. канд. наук
Год: 
2004
Артикул:
3404U002817
99 грн
(320 руб)
Добавить в корзину

Содержимое

РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
Для выполнения задач, поставленных настоящим исследованием, применили
прогрессивные методы выплавки жаропрочных сплавов и получения отливок, надежные
методы качественной и количественной оценки структурных составляющих сплавов, а
также определения физико-механических и жаропрочных свойств отливок при
различных температурах.
2.1. Технология производства отливок
Объектом исследования выбрали технологию производства литых деталей горячего
тракта газотурбинных двигателей. Предметом исследования служили литые рабочие
лопатки турбины, изготавливаемые на предприятии ОАО «Мотор Сич» из жаропрочных
никелевых сплавов.
В качестве шихты использовались серийные сплавы ЖС6У-ВИ и ЖС3ДК-ВИ в виде литых
заготовок Ж 60 мм вакуумно-индукционной выплавки, соответствующие требованиям
ОСТ 1.90.126-85 (табл. 2.1). Сплавы выплавляли методом переплава мерной
заготовки в вакуумной высокочастотной индукционной печи УППФ-3М с емкостью
тигля до 15 кг. Футеровка тигля выполнялась из плавленного магнезита, а сливное
кольцо из электрокорунда.
Таблица 2.1 –
Химический состав используемых жаропрочных никелевых сплавов
Марка
сплава
Массовая доля элементов, %

Cr
Co
Mo
Al
Ti
Nb
ЖС6У-ВИ
0,13-0,20
8,0-9,5
9,0-10,5
1,2-2,4
9,5-11,0
5,1-6,0
2,0-2,9
0,8-1,2
ЖС3ДК-ВИ
0,06-0,11
11,0-12,5
8,0-10,0
3,8-4,5
3,8-4,5
4,0-4,8
2,5-3,2
Плавки велись форсированно, на максимальной мощности 120 кВт, при глубине
вакуума 0,665 Па. Глубину вакуума контролировали по потенциометру КСП-4 и
вакууметру ВТ-2А-П ГОСТ 22261-82. После расплавления шихты, жидкий металл
нагревали до температуры 1600°С и выдерживали 2 мин. Температуру расплава
замеряли радиационным пирометром ТЭРА-50 гр. РС-20 ГОСТ 6923-81. Корректировку
показаний температуры пирометра производили по термопаре погружения ТПР 0679
ГОСТ 3044-84.
Для модифицирования расплавов использовались гафний-никелевая и
цирконий-никелевая лигатуры (табл. 2.2), которые предварительно дробились на
прессе РYЕ-40 до размеров 0,2-1,0 мм.
Таблица 2.2 –
Химический состав лигатур
Лигатура
Марка,
(ТУ)
Массовая доля элементов, %

Hf
Zr
Ni
Ca
Nb
Гафний-никелевая
ГФН-10,
ТУ48-4-419-80
88,0
1,0
10,5
0,01
0,05
0,2
0,2
Цирконий-никелевая
ZrNi-85,
ТУ05.20.04-91
81,5
15,0
1,0
2,5
Перед сливом металла, в готовый расплав при температуре 1580+10°С опускали
пакет из алюминиевой фольги, содержащий необходимое количество лигатуры. Пакет
подавали в жидкий металл через загрузочную камеру печи при помощи специального
устройства. После этого производили выдержку расплава от 10 секунд до 3 минут
при включенной печи. За счет индукционного перемешивания навеска лигатуры
равномерно распределялась по всему объему металла и растворялась. При
температуре 1560-1580°С металл опытных плавок разливали в специально
разработанные и предварительно нагретые до 950°С керамические формы, полученные
по выплавляемым моделям (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Керамическая форма для получения литых образцов.
Рис. 2.2. Блок литых образцов.
Литые заготовки образцов (рис. 2.2) подвергали термической обработке в камерной
электропечи КS-800 с силитовыми нагревателями по следующему режиму: нагрев до
1210+15°С, выдержка в течении 4 часов, охлаждение на воздухе.
Состав сплавов различных вариантов модифицирования определяли химическим
(углерод, гафний, цирконий) и спектральным (хром, никель, кобальт, молибден,
вольфрам, алюминий, титан, ниобий и железо) методами.
2.2. Изучение структурных составляющих сплавов
2.2.1. М а к р о – и м и к р о с т р у к т у р а. Методами фрактографического
анализа оценивали поверхность изломов ударных образцов, испытанных при
комнатной температуре. Исследование фрактограмм разрушения материала литых
образцов и лопаток осуществляли на растровом электронном микроскопе JSM T-300.
При этом использовали рабочее ускоряющее напряжение 20-30 кВ.
Микроструктуру исследуемых сплавов изучали на шлифованных темплетах, вырезанных
по различным сечениям образцов и протравленных реактивом Марбле (4 гр. медного
купороса, 20 мл. концентрированной соляной кислоты, 20 мл. дистиллированной
воды). На металлографических микроскопах NEOPHOT и МИМ-10 изучали характерные
микроструктуры сплавов различных вариантов модифицирования и термической
обработки.
2.2.2. М а к р о з е р н о. Макрозерно, выявленное химическим травлением шлифов
в реактиве (90 мл. соляной кислоты, 10 мл. перекиси водорода), оценивали
линейным методом подсчета на бинокуляре МБС-9 при увеличении ґ10.
Для оценки макрозерна линейным методом (ГОСТ 1778-70) образцы помещали на
предметный столик бинокуляра и перемещали их вдоль оси бинокуляра, фиксируя
только зерна, попавшие в перекрестие нитей окуляр-микрометра. При этом замеряли
наименьший и наибольший размер зерна. Затем отдельно определяли средний
наименьший и средний наибольший размер зерна () [137].
, (2.1)
где – цена деления окулярной шкалы, мкм;
– i-тое значение наименьшего или наибольшего размера зерна в делениях окулярной
шкалы;
– количество зерен.
Средний диаметр зерна определяли как среднее арифметическое между средним
наименьшим () и средним наибольшим () размером зерна:
(2.2)
Длина подсчёта каждого исследуемого варианта была не менее 50 мм, что
гарантировано, обеспечивало ошибку определения менее 5%.
2.2.3 С т р у к т у р н ы е с о с т а в л я ю щ и е. Оценку структурных
составляющих исследуемых жаропрочных сплавов проводили методами качественной и
количественной металлографии.
На металлографических микроскопах NEOPHOT и МИМ-10 при увеличениях ґ100ё1000
определяли количество, цвет, фор