Введение к работе
Актуальность работы определяется необходимостью применения дисков турбин в диапазоне от 850 до 975 С, в связи с совершенствованием газотурбинных двигателей (ГТД) для авиационной, космической и наземной техники. Дисковые никелевые жаропрочные сплавы, обладающие при заданных температурах необходимым уровнем свойств и структурной стабильностью * отсутствуют. Систематических исследований по их изысканию недостаточно.
Чтобы соответствовать предъявляемым требованиям, сплавы должны быть многокомпонентными и содержать свыше 55% утгоочняющей у' фазы. Сложность легирования, предельная насыщенность твердого раствора определяют высокую вероятность выделения нежелательных фаз (ТПУ, эвтектики из і и карбоборидов, и др.). Для обеспечения структурной и фазовой стабильности при создании таких материалов необходимо переоценить известные и выбрать наиболее эффективные способы совершенствования химической композиции, учитывая температуру работы и специфику производства дисков путем деформации слитка. При этом необходимо применять методы прогнозирования фазового состава и свойств на основе физико-химического моделирования. Способы, известные в данное время, не позволяют получить требуемый результат.
При производстве заготовок дисков из слитка, методы выплавки, термомехакические параметры формообразования значительно влияют на эксплуатационные свойства. В связи со сложным составом изучаемых сплавов, требуется разработка специальных или корректировка существующих технологий. Необходим научно-обоснованный выбор режимов и способов термической обработки, не только обеспечивающих высокий уровень характеристик сплавов при 850-975С, но н снижающих вероятность растрескивания штамповок в процессе закалки.
Таким образом, задача обеспечения структурной стабильности и свойств никелевых сплавов для дисков ГТД, применимых вплоть до 975С, включающая в себя оптимизацию химического состава, термомеханиче-
ских параметров получения штамповок и режимов их термической обработки является актуальной.
Актуальность темы диссертации подтверждает ее соответствие Президентской Программе развития гражданской авиационной техники России до 2000 года, Программе разработки критических технологий для обеспечения создания узлов двигателей нового поколения, тематическим планам ГП "ВИАМ".
Целью работы является обеспечение структурной стабильности и свойств никелевых сплавов для дисков ГТД, применимых в интервале температур от 850 до 975 С.
Дня реализации поставленной цели были решены следующие взаимозависимые материаловедческие задачи:
развития метода прогнозирования фазового состава и свойств многокомпонентных сложнолегированных никелевых сплавов;
выбора эффективных путей совершенствования химического состава сплавов типа ЭП975, включающего оптимизацию содержания ?'-образующих, тугоплавких элементов и комплексного микролегирования;
изучения термомеханических параметров технологий получения заготовок дисков ГТД, как совокупности стадий термического и деформационного воздействия;
исследования влияния термической обработки - закалки и старения, и поиск режимов, обеспечивающих требуемый уровень структурной стабильности и жаропрочности дисковых сплавов типа ЭП975 при температурах 850-975С.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем:
-
Развит метод прогнозирования свойств и фазового состава никелевых жаропрочных 15 т компонентных сплавов, основывающийся на параметрах, рассчитанных по уравнениям системы неполяризованных ионных радиусов (СНИР).
-
На основе систематических исследований определены эффективные пути совершенствования химического состава, оптимальные соотношения и концентрации основных компонентов сплавов для дисков ГТД рабо-
тающих при 850-975 С, сочетающих структурную стабильность, высокую жаропрочность и достаточную технологичность.
3. Установлены закономерности влияние малых добавок скандия совместно с лантаном и церием, на параметры структуры, эксплуатационные свойства, технологичность деформируемых никелевых сплавов, содержащих более 55% упрочняющей у'-фазы.
-
Предложен способ получения качественных полуфабрикатов дисков турбин из сплавов с близкими температурами неравновесного солидуса и полного растворения упрочняющей у'-фазы.
-
Для дисковых сплавов типа ЭП975 установлено влияние разных способов и параметров термической обработки на характеристики структуры и определены режимы, снижающие риск возникновения закалочных трещин и обеспечивающие наилучший комплекс свойств при температурах от850до975С.
Практическая ценность.
Развитие метода прогнозирования фазовой стабильности и свойств никелевых сплавов позволяет применять его на зтале оптимизации составов, содержащих до 15 основных легирующих элементов.
На основе исследования влияния основных компонентов и малых добавок, в том числе скандия, на свойства и физико-химические параметры материала предложены два никелевых деформируемых сплава для применения при 850 - 975С в дисках турбин, превышающих по ряду характеристик все известные материалы аналогичного назначения (о8503оо ^ 441 МПа, а^зоо Ь 294 МПа, а97^ 196 МПа).
Предложены термомеханические параметры различных этапов обработки, позволившие создать технологии получения заготовок дисков из труднодеформируемых сплавов типа ЭП975 с повышенной жаропрочностью.
Рекомендованы режимы и способы проведения термической обработки, позволяющие повысить уровень свойств сплавов и снизить риск возникновения закалочных трещин.
Опробование на заводах отрасли разработанных сплавов, технологии получения и термической обработки штамповок дисков, показало эффективность выбранных решений.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
- XY Межотраслевой научно-технической конференции молодых уче
ных и специалистов, Москва, 1988г, ВИАМ;
- Отраслевой научно-технической конференции, Москва, 1988г., ВИАМ;
- III Всесоюзной конференции по металлургии гранул, Москва, 1991г, ВИЛС;
- Международной конференции по сверхпластичности передовых ма
териалов, Москва, 1994г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ, в том числе одно авторское свидетельство на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из 5 глав, содержит 165 страниц, включающих 35 таблиц, 41 рисунок, список использованной литературы из 130 наименований.
