Введение к работе
Актуальность представляемой работы определяется необходимостью разработки и внедрения сплавов на никелевой основе для производства монокристальных рабочих лопаток ГТД, сочетающих высокий уровень длительной прочности, коррозионную стойкость в продуктах сгорания жидкого топлива и структурную
-4-стабильность в процессе эксплуатации. Разработка и внедрение сплавов является комплексной проблемой, для решения которой помимо оптимизации химического состава необходима корректировка технологических параметров направленной кристаллизации и совершенствование режимов термической обработки.
Актуальность темы подтверждается выполнением ее в соответствии с планами научно-исследовательских работ ГНЦ РФ ЦНИИчермет им. И.П. Бардина в рамках Государственной научно-технической программы «Перспективные материалы».
Цель работы: разработка и исследование высокохромистых сплавов на никелевой основе для производства рабочих лопаток современных ГТД методом монокристального литья.
Для достижения поставленной цели в работе:
исследованы закономерности влияния основных легирующих элементов и их соотношений на формирование структуры и фазового состава, характеристики длительной прочности и сопротивление высокотемпературной солевой коррозии высокохромистого сплава на никелевой основе, полученного методом монокристального литья;
установлены закономерности влияния фазового состава на эксплуатационные свойства монокристальных композиций высокохромистого сплава на никелевой основе;
определены оптимальный фазовый состав и структурное состояние, обеспечивающие сочетание высокого уровня длительной прочности и коррозионной стойкости при эксплуатации высокохромистого сплава на никелевой основе в агрессивной среде продуктов сгорания жидкого топлива;
изучено влияние режимов термической обработки и скоростных параметров направленной кристаллизации на формирование структуры и свойств монокристальных отливок высокохромистого сплава на никелевой основе;
освоено металлургическое производство разработанного сплава и проведено технологическое опробование монокристального литья рабочих лопаток ГТД.
Научная новизна
расчетным путем установлена область оптимальных составов высокохромистого коррозионностойкого сплава на никелевой основе, отвечающих требованию сохранения структурной стабильности (по методу РНАСОМР, базирующемся на расчете средней и критической концентрации электронных вакансий в сплаве) и обеспечивающих уровень длительной прочности не менее 330 МПа при температуре 900С на базе испытаний 100 ч;
в результате комплекса расчетных и инструментальных исследований установлены закономерности влияния основных легирующих элементов на характеристики длительной прочности, стойкость к высокотемпературной солевой коррозии и
-5-структурную стабильность высокохромистого никелевого сплава, полученного монокристальным литьем;
показано, что в высокохромистом сплаве на никелевой основе при суммарном содержании основных у'-образующих элементов (А1 и Ті) ~8 мас.% объемное содержание частиц упрочняющей у'-фазы составляет ~50%, что обеспечивает необходимый уровень длительной прочности, а при соотношении (мас.%) Ті/А1>1,0 высокохромистый сплав не склонен к образованию охрупчивающей ст-фазы;
разработан научно обоснованный режим термической обработки высокохромистого коррозионностойкого сплава, полученного монокристальным литьем, обеспечивающий термическую стабильность структуры и фазового состава, что в значительной степени определяет высокий комплекс служебных характеристик в процессе длительной высокотемпературной эксплуатации.
Практическая ценность
установлено влияние легирующих элементов на формирование структуры и свойств высокохромистого сплава на никелевой основе, полученного монокристальным литьем;
разработан новый сплав на никелевой основе с высокими эксплуатационными и технологическими характеристиками и опробован в качестве материала для производства монокристальных лопаток ГТД на существующем серийном оборудовании;
разработан трехступенчатый режим термической обработки монокристальных отливок высокохромистого сплава на никелевой основе, обеспечивающий состояние структурной стабильности и комплекс эксплуатационных характеристик.
На защиту выносятся:
-
Установленные закономерности влияния основных легирующих элементов на структуру и фазовый состав, длительную прочность и коррозионную стойкость в продуктах сгорания жидкого топлива разработанного сплава на никелевой основе, полученного монокристальным литьем.
-
Оптимальное сочетание концентраций хрома, титана, алюминия, ниобия, гафния, кобальта в разработанном сплаве для монокристального литья, обеспечивающее высокий уровень жаропрочности, коррозионную стойкость и структурную стабильность при длительной высокотемпературной эксплуатации.
-
Оптимальный фазовый состав и структурное состояние разработанного сплава на никелевой основе, полученного монокристальным литьем, определяющие требуемый комплекс эксплуатационных характеристик.
-
Результаты металлургического производства и технологического опробования монокристального литья рабочих лопаток ГТД из разработанного сплава на никелевой основе.
Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 4 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов и списка использованной литературы из 84 наименований. Материал диссертации изложен на 171 странице, включая 60 рисунков, 24 таблицы.
