Особливості формування структури у високохромистих жароміцних сплавах за спрямованої їх кристалізації
Processy litʹâ, 2019, Tom 137, №5, p.44-55
Ключові слова:
газотурбінні двигуни, жароміцні сплави, литі лопатки, спрямована кристалізаціяАнотація
Поступила 03.09.2019
УДК 669.245:513.71
Представлено аналіз термокінетичних умов формування орієнтованої структури в литих лопатках, отриманих для газотурбінних двигунів (ГТД) методом спрямованої кристалізації жароміцних сплавів на нікелевій основі. Ці сплави розроблено у ФТІМС НАН України сумісно з ГП НПКГ «Зоря» − «Машпроект» (м. Миколаїв). Лопатки з таких сплавів мають підвищену довговічність, термічну фазово-структурну стабільність. Нові жароміцні сплави створені на базі серійних сплавів ХН57КВЮТМБРЛ-ВІ (марка СМ88Y) і ХН57КВТЮМБЛ (марка ЧС104) шляхом коригування хімічного складу і легування їх танталом і ренієм. Показано, що формування необхідних структури і фізико-механічних характеристик в турбінних лопатках можливо лише при оптимальному тепловідводі від виливка при спрямованій кристалізації сплавів. З цією метою в промисловому ливарному агрегаті встановили ежекторний пристрій для додаткового охолодження форми аргоном. Визначили також раціональні режими інтенсифікації охолодження форм, які дозволили підвищити температурний градієнт на фронті кристалізації сплавів до 170 град/см при швидкості переміщення форми 10−13 мм/хв. У разі переміщення форми з більшою швидкістю порушується плоский фронт кристалізації у виливку і в сплавах інтенсифікується ріст осей в дендритах другого порядку. У результаті цього порушується спрямованість кристалізації сплавів і збільшуються розміри структурних складових в них, що призводить до зниження міцності властивостей лопаток. Визначено оптимальні температурно-кінетичні параметри процесу спрямованої кристалізації легованих жароміцних сплавів, які дозволяють отримати задані структуру і дисперсність зміцнюючих фаз в них, підвищити на 15−20 % основні експлуатаційні характеристики лопаток.
Посилання
Flemings, M. (1977) The processes of solidification. Moscow: Mir [in Russian].
Sims, Ch. T., Stoloff, N. S., Hagel, U. K. (1995) Superalloys II: high-temperature materials for aerospace and industrial power plants. Shalin R.E. (Ed.). (Vol. 1). Moscow: Metallurgiia [in Russian].
Repiakh, S. I. (2006) Technological basics of investment casting. Dnepropetrovsk: Lira [in Russian].
Paton, B. E., Stroganov, H. B., Kishkin, S. T. (1987) The heat resistance of cast nickel alloys and their protection against oxidation. Kiev: Naukova dumka [in Russian].
Shalin, R. E., Svetlov, I. L. et al. (1997) Monocrystal of nickel heat-resistant alloys. Moscow: Mashinostroenie [in Russian].
Kablov, E. N. (2001) Cast blades of gas turbine engines (alloys, technology, coatings). Moscow: MISIS [in Russian].
Neustroev, A. A., Kats, Ye.L. et al. (1980) Study of the thermophysical parameters of high-gradient directional solidification of blades from heat-resistant alloys. Moscow: Mati, pp. 74−79 [in Russian].
Pivnoka, T. S. (2011, 26 March) Method for directional solidification. Pat. 3810504 USA.
Pozdniakov, A. N., Monastyrskii, V. P., Ershov, M. Y. & Monastyrskii, A.V. (2015) Modeling the competitive growth of grains during directional solidification of high-temperature nickel alloy. Fizika metallov i metallovedenie, T. 116, no. 1, pp. 67−76 [in Russian].
Neustroev, A. A., Matveeva, O. V. (2001) Temperature and speed settings of high speed directional crystallization. Liteinoie proizvodstvo, no. 8, pp. 29−32 [in Russian].
Stroganov, H. B., Logunov, A. V., Gerasimov, V. V. & Kats, Ye. L. (1983) High-speed directional crystallization of high-temperature alloys. Liteinoie proizvodstvo, no. 12, pp. 20−22 [in Russian].
Pozdniakov, A. N., Monastyrskii, V. P., Ershov, M. Y. & Monastyrskii, A.V. (2015) Analysis of competitive conditions in the simple helix for directional solidification of high-temperature nickel alloy, no. 7, pp.13−21 [in Russian].
Kaliukin, Yu. N., Lebedev, P. V., Sudakov, Ye. S. (2001) A method of producing directionally solidified castings. A. S. 1578925 USSR, 11 [in Russian].
Alekseev, H. N. (1980) General engineering. Moscow: Vysshaia shkola [in Russian].
Mikheev, M. A., Mikheeva, I. M. (1973) Fundamentals of heat transfer. Moscow: Energiia [in Russian].
Kutateladze, S. S., Borishanskii, V. M. (1959) Handbook on heat transfer. Moscow: Mashgiz, part 1−2 [in Russian].
Simanovskii, V. M., Maksiuta, I. I., Kvasnitskaia, I. H., Prituliak, A. S. & Mikhnian, E. V. (2010) Thermophysical peculiarities of formation of structure of the castings obtained by the method of directional solidification. Processy litia, no. 6, pp. 8−13 [in Russian].
Ivanina, E. S., Batyshev, K. A. (2017) Upgrades of unit UVNK-8P for directional solidification casting of Ni-superalloys. Liteinoe proizvodstvo, no. 1, pp. 34−36 [in Russian].
Maksiuta, I. I., Kliass, O. V., Kvasnitskaia, Yu.H., Mialnitsa, H. F. & Mihknian, E. V. (2014) Technological features of high-chromium nickel alloy complexsolutions with rhenium and tantalum. Sovremennaia elektrometallurgiia, no. 1, pp. 41−48 [in Russian].
Verhovliuk, A. M., & Mihnjan, O. V. (2016) Phase-structural stablest of high-temperature noncorrosive alloy for casting blades of gas turbines. Metaloznavstvo ta obrobka metalіv, no. 3, pp. 3−9 [in Ukrainian].
Maksiuta, І. І.,Kvasnytska, Yu. H.,Mialnytsia,H. P. (2017) Improvement of methods of receipt of foundings with the oriented structure for the workings shoulder-blades of GTD. Processy litia, no. 4, pp. 66−74 [in Russian].
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2019 А. В. Нарівський, Ю. Г. Квасницька, І. І. Максюта, О. В. Михнян
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
