УТВОРЕННЯ НЕМЕТАЛЕВИХ ВКРАПЛЕНЬ ПРИ ТВЕРДНЕННІ ЖАРОМІЦНИХ СПЛАВІВ ТА ПРИЙОМИ РАФІНУВАННЯ РОЗПЛАВІВ
Processy litʹâ, 2021, Tom 145, №3, p.12-23
DOI:
https://doi.org/10.15407/plit2021.03.012Ключові слова:
жароміцні нікелеві сплави, мікролегування, внутрішньоформене фільтрування, рафінування, пінокерамічний фільтр, неметалеві вкрапленняАнотація
Надійшла 03.08.2021
УДК 669.245:513.71
Мінімізацію забруднення розплаву жароміцних сплавів від надлишкового вмісту шкідливих домішків, неметалевих вкраплень (НВ) під час кристалізації при отриманні деталей газотурбінних двигунів (ГТД) забезпечує проведене авторами мікролегування сплавів лантаном з подальшим емпіричним встановленням термічних умов та технічних параметрів використання найбільш ефективних для рафінування пінокерамічних фільтрів (ПКФ) для внутрішньо форменого фільтрування розплавів, склад яких розроблено за участю авторів та опробовано в умовах підприємства. Вибір температурних показників граничних інтервалів проведення процесу фільтрації, здійснювали у відповідності з температурами основних фазових перетворень (ТS, ТL ), які виявляли методом диференціальної скануючої калориметрії. Металографічними, електронномікроскопічними, рентгеноструктурними методами та МРСА встановлено, що сірка, яка є потужним поверхнево-активним елементом, у вигляді тугоплавких сполук сульфідів лантану, які утворюються внаслідок мікролегування, зосереджується на стінках плавильного тигля на границі розділу «сплав-кераміка» при плавці та адсорбується шляхом адгезії на поверхні фільтрів при рафінуванні під час фільтрації. В результаті, спостерігається різке зниження вмісту сульфідів в сплаві, замість легкоплавких включень сульфідів нікелю в сплаві залишається незначна кількість тугоплавкого сульфіду лантану. Встановлено, що так як сполука NiP має низьку температуру плавлення (850 0С), то фази, які містять фосфор, є місцем напруження і поширення тріщин, що пов’язано з їх розташуванням переважно по границях зерен, утворенням виділень β-NiAl та фосфідів ніобію. Фосфор є слабким поверхнево-активним елементом, внаслідок чого ефективність рафінування знижена, у порівнюючи з сіркою. Емпірично показано, що завдяки частковому очищенню границь зерен від вкраплень сульфідів, оксидів, фосфідів, спостерігається зменшення розмірів зерен, подрібнення евтектичних виділень γ – γ΄-фаз. Кількість неметалевих вкраплень, сумарно їх об’ємний вміст, %, знизився у 1,3-1,5 разів. Порівняльний аналіз механічних властивостей сплавів після різних методів рафінування виливків показує, що метал, який додатково проходить мікролегування лантаноїдами, у даному випадку, лантаном, з подальшою внутрішньоформеною фільтрацією, має приріст механічних характеристик як за кімнатної, так і при підвищеній температурах. Використання розробленого за участю авторів складу більш хімічно- та термічно стійкої вогнетривкої ливарної кераміки (тиглі, форми, стрижні, фільтри) також суттєво запобігає забрудненню розплаву під час кристалізації надлишковими домішковими елементами.
Посилання
Sidorov V. V., Kablov D. E., Rigin V. E. (2016). Metallurgiya liteynyih zharoprochnyih splavov: tehnologiya i oborudovanie. M.: VIAM. 368 p. [in Russian].
Kablov E.N. (2001). Litye lopatki gazoturbinnykh dvigatelei (splavy, tehnologiia, pokrytiia). (Cast blades of gas turbine engines (alloys, technology, coatings)), Moskow: MISIS, 632 p. [in Russian].
Kishkin S. T. (20001). Sozdanie, issledovanie i primenenie zharoprochnyh splavov: izbrannye trudy (k 100-letiju so dnjarozhdenija) (Creation, research and application of heat-resistant alloys: Selected Works (to the 100th anniversary of birth), Moskow: Nauka, 407 p. [in Russian].
Repiakh S. I. (2006). Tehnologicheskie osnovy litia po vyplavliaemym modeliam (Technological basics of investment casting), Dnepropetrovsk: Lira, 1056 p. [in Russian].
Maksiuta I. I., Kvasnitskaia Ju .H., Mialnitsa H. F., Mikhnian E. V., Neima A. V. (2013). Processy lit'ja. No. 6, pp. 69 – 74 [in Russian].
Shynskyi O. Y., Maksiuta Y. Y., KvasnytskaiaYu. H., Mykhnian E. V., Neima A. V. (2020). Rafinu- vannia rozplaviv zharomitsnykh splaviv pry lytti detalei HTD v obolonkovi formy, otrymanni za pinopolistyrolovymy modeliamy. Metaloznavstvo ta termichna obrobka metaliv. No 1. pp. 37–48 [in Ukrainian].
Maksiuta I. I., Kvasnitskaia Ju. H., Verhovljuk A. M., Mialnitsa H. F. (2016). Processy lit'ja. No. 4, pp. 46 – 51 [in Russian].
Maksiuta Y. Y., Kvasnytskaia Yu. H., Verkhovliuk A. M., Mykhnian E. V., Levchenko Yu. N. (2017). Vzaymodeistvye komponentov v systeme «oksyd-modyfykatori» v korundovoi formovochnoi keramyke dlia detalei s oryentyrovannoi strukturoi. Metall i lityeUkrainy. No 8–10. pp. 31–37 [in Russian].
Kvasnytska Yu. H., Tarasevych M. I., Maksiuta I. I., Tokarieva O. O., Mykhnian O. V., Mialnitsa H. P. (2019). Processy lit'ja. No. 2, pp. 79 – 87 [in Ukrainian].
Shinskij O. I., Maksiuta I .I., Kvasnitskaia Yu. H., Mikhnian E. V., Neima A. V. (2016). Lit'e i metal- lurgija. No. 3, pp. 31 – 37 [in Russian].
Specification Z88YF1-S2 for supplying remelting stocks of alloy CM-88Y. Technical specifications of “ZORYA” – “MASHPROEKT” GTRPC. 2016.
Patent No. 110529 Ukraine, MPK C22C 19/05. Zharomitsnyi koroziinostiikyi splav na nikelevii osnovi dlia lopatok gazoturbinnykh dvyhuniv [Heat-resistant nickel-based corrosion-resistant alloy for blades of gas turbine engines]. Kvasnytska Yu. H., Klias O. V., Kreshchenko V. A., Mialnitsa H. P., Maksiuta I. I., Shynskyi O. I., no. a 201401359; zayavl. 12.02.2014; opubl.12.01.2016, Bul. no. 1, [in Ukrainian].
PatentNo. 90425 Ukraine, MPK B22C 1/18. Sumish dlia vyhotovlennia pinokeramichnykh filtriv [Mixture for making foam ceramic filters]. Kvasnytska Yu. H., Maksiuta I. I., Shynskyi O. I., Mialnitsa H. P., Verkhovliuk A. M., Mykhnian O. V., no. u 201315253 zayavl. 26.12.2013; opubl.26.05.2014, Bul. no. 10, [in Ukrainian].
Suvorov S. A., Tebuev N. B. (1992). Ogneupory. No. 6, pp. 11–13 [in Russian].
Chabina E. B., Filonova E. V., Lomberg B. S., Bakradze M. M. (2015). Vliyaniye lantanoidov na strukturu zharoprochnykh nikelevykh splavov. Vestnik Rossiyskogo fonda fundamentalnykh issledovaniy. No. 1 (85) yanvar–mart . pp. 38–47 [in Russian].
Min P. G., Sidorov V. V., Kablov D. E., Vadeyev V. E. (2015). Issledovaniye sery i fosfora v litey- nykh zharoprochnykh nikelevykhs plavakh i razrabotka effektivnykh sposobov ikrafinirovaniya. Tekhnologiya metallov. No 12, pp. 2–9 [in Russian].
Sidorov V. V., Min P. G., Burtsev V. T., Kablov D. E., Vadeyev V. E. «Kompyuternoye modelirovaniye i eksperimentalnoye issledovaniye reaktsiy rafinirovaniya v vakuume slozhnolegirovannykh reniysoderzhashchikh nikelevykh rasplavov ot primesey sery i kremniya. Vestnik Rossiyskogo fonda fundamentalnykh issledovaniy. № 1 (85) january–march 2015. pp. 32–38 [in Russian].
SAE АМS-2280 (ostanniapravka 05.11.2019) Trace Element Control Nickel Alloy Castings.
Kablov D. E., Belyayev M. S., Sidorov V. V., Min P. G. (2015). Vliyaniye primesey sery i fosfora na malotsiklovuyu ustalost monokristallov zharoprochnogo splava ZhS36-VI. Aviatsionnyye materialy i tekhnologii. No. 4 (37). pp. 25–28. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-4-25-28 [in Russian].
Sidorov V. V., Rigin V. E., Timofeyeva O. B., Min P. G.(2013). Vliyaniye kremniya i fosfora na zharopr- ochnyye svoystva i strukturno-fazovyye prevrashcheniya v monokristallakh iz vysokozharoprochn- ogo splava VZhM4-VI. Aviatsionnyye materialy i tekhnologii. No. 3. pp. 32–38 [in Russian].
Sidorov V. V., Rigin V. E., Min P. G., Folomeykin Yu. I. (2015). Vliyaniye fosfora i kremniya na strukturu i svoystva vysokozharonrochnykh liteynykh splavov i razrabotka effektivnykh metodov ustraneniya ikh otritsatelnogo vliyaniya. MiTOM. No.6. pp. 55–59 [in Russian].
Stoyakina E. A., Simonov V. N., Alekseyeva M. S. (2018). Izucheniye voprosov filtratsii zharopro- chnogo nikelevogo splava ZhS32 ot primesi kremniya. TRUDY VIAM. No. 9 (69). pp. 14–20. DOI: 10. 18577/2307-6046-2018-0-9-12-20 [in Russian].
Mіn P. G. Vliyaniye primesey sery. fosfora i kremniya na strukturu i svoystva monokristallov nikelevykh zharoprochnykh splavov i razrabotka effektivnykh sposobov ikh vakuumnogo rafiniro- vaniya-Avtoreferat dissertatsii. 28 p. 2016, No. 3, pp. 31–37 [in Russian].
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 О. Й. Шинський, Ю. Г. Квасницька, І. І. Максюта, О. В. Михнян
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
