zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2018-84-6-38-42zldm-756Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВSTRUCTURE AND PROPERTIES INVESTIGATIONОсобенности монокристаллической структуры турбинных лопаток из безуглеродистых и углеродсодежащих жаропрочных никелевых сплавовFeatures of the single crystal structure of the turbine blades made of carbon-free and carbon-containing nickel superalloysВисикЕ. М.VisikE. M.admin@viam.ruГерасимовВ. В.GerasimovV. V.admin@viam.ruКолядовЕ. В.KolyadovE. V.admin@viam.ruФилоноваЕ. В.FilonovaE. V.admin@viam.ruВсероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов (ВИАМ), МоскваРоссияAll-Russian Scientific Research Institute of Aviation Materials (VIAM), MoscowRussian Federation2018010820188463843Copyright © Висик Е.М., Герасимов В.В., Колядов Е.В., Филонова Е.В., 20182018Висик Е.М., Герасимов В.В., Колядов Е.В., Филонова Е.В.Visik E.M., Gerasimov V.V., Kolyadov E.V., Filonova E.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/756

Представлены результаты сравнительного исследования структурных особенностей отливок турбинных лопаток с монокристаллической структурой из жаропрочных безуглеродистых и углеродсодежащих жаропрочных никелевых сплавов с кристаллографической ориентацией (001). Влияние режимов направленной кристаллизации на формирование структуры и дефектов отливок исследовали с помощью установок типа УВНК. Установили, что величина растрава приповерхностного слоя образцов меняется в зависимости от условий травления. Анализ микроструктуры приповерхностной зоны отливок после различных технологических процессов показал, что лопатки из жаропрочных безуглеродистых сплавов склонны к образованию блочной структуры и появлению поверхностных рекристаллизованных зерен. Предложены рекомендации по применению неразрушающих методов рентгеноструктурного контроля с использованием рентгеновского аппарата типа КРОС, а также способы предупреждения появления микрорыхлоты на полке и в замке отливок.

A comparative study of structural features of the blade castings having a single-crystal structure and made of heat-resistant carbon-free and carbon-containing high-temperature nickel alloys upon directional crystallization with 001 crystallographic orientation is carried out. The results of the effect of directional crystallization modes on the formation of the structure and defects of castings of working blades made of carbon-containing and carbon-free high-temperature nickel alloys are presented. Changes in the degree of pickling of the near-surface layer of casting are presented as a function of pickling conditions. The microstructure of the near-surface zone of castings made of ZhS32 heat-resistant alloy is studied after different modes of their technological processing. It is shown that blade castings with a single-crystal structure made of heat-resistant carbon-free superalloys have a tendency to formation of the block structure and appearance of surface recrystallized grains. Recommendations on the use of methods of nondestructive X-ray control of blades made of carbon-frees alloys and precautions regarding birth of microporosity on the shelf and in the blade lock are specified.

жаропрочные никелевые сплавымонокристаллынаправленная кристаллизациямакротравлениемикротравлениебольшеугловые границымалоугловые границыразориентация блоков структурыrefractory nickel superalloyssingle crystalsdirectional crystallizationmacro-etchingmicro-etchinglarge-angle boundarieslow-angle boundariesmisorientation of the structural blocksРабота выполнена в рамках реализации комплексного научного направления 9.5: Направленная кристаллизация (с переменным управляемым градиентом) высокотемпературных жаропрочных сплавовReferencesКаблов Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1. С. 3 – 33.Kablov E. N. Innovative developments of FSUE «VIAM» of the SSC RF for the implementation of «Strategic Directions for the Development of Materials and Technologies for Their Processing until 2030» / Aviats. Mater. Tekhnol. 2015. N 1. P. 3 – 33 [in Russian].Каблов Е. Н. Стратегические направления развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 г. / Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 7 – 17.Kablov E. N. Strategic directions of the development of materials and technologies for their processing for the period up to 2030 / Aviats. Mater. Tekhnol. 2012. N S. P. 7 – 17 [in Russian].Каблов Е. Н., Светлов И. Л., Петрушин Н. В. Никелевые жаропрочные сплавы для литья лопаток с направленной и монокристаллической структурой. Ч. I / Материаловедение. 1997. № 4. С. 32 – 39.Kablov E. N., Svetlov I. L., Petrushin N. V. Nickel high-temperature alloys for casting blades with a directional and single-crystal structure. Part I / Materialovedenie. 1997. N 4. P. 32 – 39 [in Russian].Walston S., Cetel A., MacKay R., O’Hara K., Duhl D., Dreshfield R. Joint development of a fourth generation single crystal superalloy / Pennsylvania: Minerals, Metals & Materials Society. 2004. P. 15 – 24.Walston S., Cetel A., MacKay R., O’Hara K., Duhl D., Dreshfield R. Joint development of a fourth generation single crystal superalloy / Pennsylvania: Minerals, Metals & Materials Society. 2004. P. 15 – 24.Harada H. Development of Superalloys for 1700 °C ultra-efficient gas turbines / Proc. 9th Liege Conf. «Materials for Advanced Power Engineering 2010». — University of Liège (Belgium). 2010. P. 604 – 614.Harada H. Development of Superalloys for 1700 °C ultra-efficient gas turbines / Proc. 9th Liege Conf. «Materials for Advanced Power Engineering 2010». — University of Liège (Belgium), 2010. P. 604 – 614.Каблов Е. Н., Петрушин Н. В., Светлов И. Л. Компьютерное конструирование жаропрочного никелевого сплава IV поколения для монокристаллических лопаток газовых турбин / Литейные жаропрочные сплавы. Эффект С. Т. Кишкина. — М.: Наука, 2006. С. 98 – 115.Kablov E. N., Petrushin N. V., Svetlov I. L. Computer Design of Heatproof Nickel Alloy IV Generation for Monocrystalline Blades of Gas Turbines / Foundry heat-resistant alloys. S. T. Kishkin effect. — Moscow: Nauka, 2006. P. 98 – 115 [in Russian].Каблов Е. Н., Петрушин Н. В., Елютин Е. С. Монокристаллические жаропрочные сплавы для газотурбинных двигателей / Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2011. № SP2. С. 38 – 52.Kablov E. N., Petrushin N. V., Elyutin E. S. Monocrystalline high-temperature alloys for gas turbine engines / Vestn. MGTU im. N. E. Baumana. Ser. Mashinostr. 2011. N SP2. P. 38 – 52 [in Russian].Каблов Е. Н., Оспенникова О. Г., Петрушин Н. В., Висик Е. М. Монокристаллический жаропрочный никелевый сплав нового поколения с низкой плотностью / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 2(35). С. 14 – 25.Kablov E. N., Ospennikova O. G., Petrushin N. V., Visik E. M. A new-generation low-density single-crystal, heat-resistant nickel alloy / Aviats. Mater. Tekhnol. 2015. N 2(35). P. 14 – 25 [in Russian].Каблов Е. Н., Светлов И. Л., Петрушин Н. В. Никелевые жаропрочные сплавы, легированные рутением / Авиационные материалы и технологии. 2004. № 1. C. 80 – 90.Kablov E. N., Svetlov I. L., Petrushin N. V. Nickel high-temperature alloys doped with ruthenium / Aviats. Mater. Tekhnol. 2004. N 1. P. 80 – 90 [in Russian].Петрушин Н. В., Оспенникова О. Г., Висик Е. М., Рассохина Л. И., Тимофеева О. Б. Жаропрочные никелевые сплавы низкой плотности / Литейное производство. 2012. № 6. С. 5 – 11.Petrushin N. V., Ospennikova O. G., Visik E. M., Rassokhina L. I., Timofeeva O. B. High-temperature nickel alloys of low density / Litein. Proizv. 2012. N 6. P. 5 – 11 [in Russian].Шарова Н. А., Тихомирова Е. А., Барабаш А. Л., Живушкин А. А., Брауэр В. Э. К вопросу о выборе новых жаропрочных никелевых сплавов для перспективных авиационных ГТД / Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2009. № 3(19). С. 249 – 255.Sharova N. A., Tikhomirova E. A., Barabash A. L. Zhivushkin A. A., Brauer V. E. On the choice of new high-temperature nickel alloys for advanced aircraft GTE / Vestn. Samar. Gos. Aérokosm. Univ. 2009. N 3(19). P. 249 – 255 [in Russian].Сидоров В. В., Ригин В. Е., Бурцев В. Т. Особенности выплавки ренийсодержащих жаропрочных сплавов для литья монокристаллических лопаток ГТД / Авиационные материалы и технологии. 2004. № 1. С. 72 – 80.Sidorov V. V., Rigin V. E., Burtsev V. T. Peculiarities of melting rhenium-containing heat-resistant alloys for casting single-crystal GTE blades / Aviats. Mater. Tekhnol. 2004. N 1. P. 72 – 80 [in Russian].Каблов Е. Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей (сплавы, технология, покрытия). — М.: МИСиС, 2006. — 632 с.Kablov E. N. Cast blades of gas turbine engines (alloys, technology, coatings). — Moscow: MISiS, 2006. — 632 p. [in Russian].Беккерт М., Клемм Х. Справочник по металлографическому травлению. — М.: Металлургия, 1979. — 336 с.Beckert M., Klemm H. Handbook of Metallographic etching. — Moscow: Metallurgy, 1979. — 336 p.Герасимов В. В., Петрушин Н. В., Висик Е. М. Усовершенствование состава и разработка технологии литья монокристаллических лопаток из жаропрочного интерметаллидного сплава / Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2015. № 3. Ст. 01. On-line: http://www.viam-works.ru.Gerasimov V. V., Petrushin N. V., Visik E. M. Improvement of composition and development of technology for casting single-crystal blades from a high-temperature intermetallic alloy / Tr. VIAM: Élektron. Nauch.-Tekhn. Zh. 2015. N 3. Art. 01. On-line: http://www.viam-works.ru [in Russian].Висик Е. М., Тихомирова Е. А., Петрушин Н. В., Оспенникова О. Г., Герасимов В. В., Живушкин А. А. Технологическое опробование нового жаропрочного сплава с низкой плотностью при литье турбинных рабочих монокристаллических лопаток / Металлург. 2017. № 2. С. 34 – 40.Visik E. M., Tikhomirova E. A., Petrushin N. V., Ospennikova O. G., Gerasimov V. V., Zhivushkin A. A. Technological testing of a new high-temperature alloy with low density during casting of turbine working single-crystal blades / Metallurg. 2017. N 2. P. 34 – 40 [in Russian].Каблов Е. Н., Герасимов В. В., Висик Е. М., Демонис И. М. Роль направленной кристаллизации в ресурсосберегающей технологии производства деталей ГТД / Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. 2013. № 3. Ст. 01. On-line: http://www.viam-works.ru.Kablov E. N., Gerasimov V. V., Visik E. M., Demonis I. M. The Role of Directional Crystallization in Resource-Saving Technology for the Production of GTE Parts / Tr. VIAM: Élektron. Nauch.-Tekhn. Zh. 2013. N 3. Art. 01. On-line: http://www.viam-works.ru [in Russian].Висик Е. М., Герасимов В. В. Исследование влияния тепловых условий при направленной кристаллизации на параметры структуры интерметаллидного сплава ВКНА-4УМоно / Металлург. 2013. № 11. С. 99 – 104.Visik E. M., Gerasimov V. V. Investigation of the influence of thermal conditions on directional crystallization on the parameters of thestructure of the intermetallic alloy VKNA-4UMono / Metallurg. 2013. N 11. P. 99 – 104 [in Russian].Шалин Р. Е., Светлов И. Л., Качанов Е. Б., Толораия В. Н., Гаврилин О. С. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов. — М.: Машиностроение, 1997. — 336 с.Shalin R. A., Svetlov I. L., Kachanov E. B., Toloraya V. N., Gavrilin O. S. Single crystals of nickel refractory alloys. — Moscow: Mashinostroenie, 1997. — 336 p. [in Russian].Каблов Е. Н., Толораия В. Н. ВИАМ — основоположник отечественной технологии литья монокристаллических турбинных лопаток ГТД и ГТУ / Авиационные материалы и технологии. 2012. № S. С. 105 – 116.Kablov E. N., Toloraya V. N. VIAM-founder of the domestic casting technology for single-crystal turbine blades GTE and GTU / Aviats. Mater. Tekhnol. 2012. N S. P. 105 – 116 [in Russian].

The authors declare that there are no conflicts of interest present.