Preview

Заводская лаборатория. Диагностика материалов

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Исследование влияния условий направленной кристаллизации на структуру литых лопаток из жаропрочных никелевых сплавов

https://doi.org/10.26896/1028-6861-2022-88-5-34-41

Полный текст:

Аннотация

Характеристики газотурбинных двигателей зависят от структурного состояния материала лопаток турбины и во многом определяются технологией их изготовления. Поскольку к отливкам турбинных лопаток с монокристаллической структурой из высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов (ЖНС) предъявляют повышенные требования по макро- и микроструктуре, выявление специфических дефектов литья — важная задача для повышения качества отливок лопаток. В работе представлены результаты исследования влияния параметров направленной кристаллизации на морфологию дендритной структуры ЖНС и их склонность к образованию литейных дефектов монокристаллической структуры. Анализировали структуру сплавов в монокристаллических отливках лопаток, влияние технологических параметров на дисперсность структурных составляющих ЖНС при литье турбинных лопаток с осевой ориентацией <001> на установках с жидкометаллическим охлаждением. Установлено, что параметры дендритной ячейки отливки меняются по высоте от 220 до 330 мкм, объемная доля микропор — от 0,02 до 0,2 %. Методом электронно-зондового микроанализа выявлено, что фазовый и локальный элементный составы сплава в зонах пера лопатки и изолированных зернах идентичны. Появление изолированных зерен, нарушающих монокристаллическую структуру отливок, наблюдается при снижении скорости охлаждения ЖНС. Для повышения температурного градиента и снижения вероятности формирования перед фронтом кристаллизации посторонних кристаллов в отливках предложены оптимизированные температурно-скоростные режимы литья и направленной кристаллизации. Полученные результаты могут быть использованы при разработке температурно-скоростных параметров процесса направленной кристаллизации лопаток перспективных турбин из новых жаропрочных сплавов.

Об авторах

Е. М. Висик
Всероссийский НИИ авиационных материалов (ВИАМ)
Россия

Елена Михайловна Висик

105005, Москва, ул. Радио, д. 17



Е. В. Филонова
Всероссийский НИИ авиационных материалов (ВИАМ)
Россия

Елена Владимировна Филонова

105005, Москва, ул. Радио, д. 17



А. Б. Ечин
Всероссийский НИИ авиационных материалов (ВИАМ)
Россия

Александр Борисович Ечин

105005, Москва, ул. Радио, д. 17



Е. Б. Чабина
Всероссийский НИИ авиационных материалов (ВИАМ)
Россия

Елена Борисовна Чабина

105005, Москва, ул. Радио, д. 17



Список литературы

1. Каблов Е. Н., Герасимов В. В., Висик Е. М., Демонис И. М. Роль направленной кристаллизации в ресурсосберегающей технологии производства деталей ГТД / Труды ВИАМ. 2013. № 3. Ст. 01.

2. Miller J. D., Chaput K. J., Lee D. S., Uchic M. D. Application and Validation of Directional Solidification Model Dendritic Morphology Criterion For Complex Single Crystal Castings. — Superalloys. Minerals, Metals & Materials Society. 2016. P. 229 – 236.

3. Литые лопатки газотурбинных двигателей. Сплавы, технологии, покрытия / Под ред. Каблова Е. Н. — М.: Наука, 2006. — 632 с.

4. Флемингс М. Процессы затвердевания. — М.: Мир, 1977. — 423 с.

5. Kurz W., Fisher D. Fundamentals of Solidification. — Trans. Tech. Publications. Switzerland, 1998.

6. Петрушин Н. В., Висик Е. М., Елютин Е. С. Усовершенствование состава и структуры литейного жаропрочного никелевого сплава с малой плотностью. Ч. 2 / Труды ВИАМ. 2021. № 3(97). Ст. 01. DOI:10.18577/2307-6046-2021-0-4-3-15

7. Brundidge C. L., Pollock T. M. Processing to Fatigue Properties: Benefits of High Gradient Casting for Single Crystal Airfoils. — Superalloys. Minerals, Metals & Materials Society. 2012. P. 379 – 383.

8. Каблов 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. DOI:10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33

9. Герасимов В. В., Висик Е. М., Колядов Е. В. О неиспользованных резервах направленной кристаллизации в повышении эксплуатационных характеристик деталей ГТД и ГТУ / Литейное производство. 2013. № 9. С. 30 – 32.

10. Курц В., Зам П. Направленная кристаллизация эвтектических сплавов. — М.: Металлургия, 1980. — 272 с.

11. Каблов Е. Н., Герасимов В. В., Висик Е. М. Крупногабаритные лопатки ГТУ с направленной и монокристаллической структурой / Авиационные материалы и технологии. 2003. № 1. С. 45 – 53.

12. Колядов Е. В., Межин Ю. А. Автоматизация технологического процесса получения монокристаллических отливок из жаропрочных сплавов на установках типа УВНК / Труды ВИАМ. 2016. № 4 Ст. 04. DOI:10.18577/2307-6046-2016-0-4-4-4

13. Герасимов В. В. От монокристаллических неохлаждаемых лопаток к лопаткам турбин с проникающим (транспирационным) охлаждением, изготовленным по аддитивным технологиям (обзор по технологии литья монокристаллических лопаток ГТД) / Труды ВИАМ. 2016. № 10. Ст. 01. DOI:10.18577/2307-6046-2016-0-10-1-1

14. Franke M., Hibinger M., Heckl A., Singer R. Effect of Thermophysical Properties and Processing Conditions on Primary Dendrite Arm Spacing of Nickel-Base Superalloys – Numerical Approach / Advanced Materials Research. 2011. Vol. 278. P. 156 – 161. DOI:10.4028/www.scentific.net/AMR.278

15. Elliot A. J., Karney G. B., Pollock T. M., Gigliotti M. F. X. Issue in Processing by the Liquid-Sn Assisted Directional Solidification Technique. — Superalloys. Minerals, Metals & Materials Society. 2004. P. 421 – 445.

16. 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. DOI:10.18577/2071-9140-2015-0-2-14-25

17. McLean M. Directionally Solidified Materials for High Temperature Service. — London: Metals Society, 1983.

18. Светлов И. Л., Кулешова Е. А., Монастырский В. П. и др. Влияние направленной кристаллизации на фазовый состав и дисперсность дендритной структуры никелевых сплавов / Известия АН СССР. Металлы, 1990. № 1. С. 86 – 93.

19. Колядов Е. В., Рассохина Л. И., Висик Е. М., Герасимов В. В., Филонова Е. В. Исследование монокристаллических рабочих турбинных лопаток из сплава ЖС32 с перспективной системой охлаждения / Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2018. Т. 84. № 10. С. 35 – 40.

20. Pollock T. M., Murphy W. H. Grain Defect Formation Directional Solidification Nickel Base Single Crystals. — Superalloys. Minerals, Metals & Materials Society. 1992. P. 123 – 134.

21. Колядов Е. В., Герасимов В. В. Влияние приведенного размера отливки на осевой градиент температуры и макроструктуру отливок при направленной кристаллизации на установке УВНК-15 / Авиационные материалы и технологии. 2014. № 3. С. 3 – 9. DOI:10.18577/2071-9140-2014-0-3-3-9

22. Чабина Е. Б., Алексеев А. А., Филонова Е. В., Лукина Е. А. Применение методов аналитической микроскопии и рентгеноструктурного анализа для исследования структурно-фазового состояния материалов / Всерос. конф. по испытаниям и исследованиям свойств материалов «ТестМат-2013»: сб. докл. — М., 2013. С. 32 – 37.

23. Кузьмина Н. А., Петрушин Н. В., Висик Е. М., Еремин Н. Н., Наприенко С. А. Применение метода Лауэ для исследования структуры образца никелевого жаропрочного сплава, разрушенного в процессе механической обработки / Труды ВИАМ. 2020. № 10. Ст. 01. DOI:10.18577/2307-6046-2020-0-10-3-12


Рецензия

Для цитирования:


Висик Е.М., Филонова Е.В., Ечин А.Б., Чабина Е.Б. Исследование влияния условий направленной кристаллизации на структуру литых лопаток из жаропрочных никелевых сплавов. Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 2022;88(5):34-41. https://doi.org/10.26896/1028-6861-2022-88-5-34-41

For citation:


Visik E.M., Filonova E.V., Echin A.B., Chabina E.B. The effect of conditions of directional crystallization on the structure of cast blades made of nickel superalloys. Industrial laboratory. Diagnostics of materials. 2022;88(5):34-41. (In Russ.) https://doi.org/10.26896/1028-6861-2022-88-5-34-41

Просмотров: 99


ISSN 1028-6861 (Print)
ISSN 2588-0187 (Online)