Введение к работе
- З -
Актуальность раооты. Технический прогресс в области теплоэнергетики, авиации, космической и оооронной техники существенно зависит от качества отливок из никелевых жаропрочных сплавов.
Значительные резервы повышения их служебных свойств открывает использование физико-химических методов воздействия на характер кристаллизации расплавов, которые позволяют эффективно управлять зарождением и ростом твердых фаз в процессе формирования литой структуры. Из оольшого количества методов управления процессом затвердевания наиболее экономичным и перспективным является высокотемпературная обработка расплавов (ВТОР) и модифицирование РЗМ. Получение стаоильно высоких эксплуатадионных свойств в отливках из таропрочных сплавов сдерживаются отсутствием надежного научно-обо-снованного подхода к выбору оптимальных режимов ВТОР и модифицирования РЗМ.
Создание технологий ВТОР требует более полного понимания механизма воздействия высоких температур и модифицирования на состояние металлических расплавов и управления процессами кристаллизации. Активно воздействовать на процессы зародышеобразования и регулировать скорость роста твердой фазы позволяют дооавки РЗМ. Поэтому совместное использование высокотемпературной оорасотки и модифицирования РЗМ открьшает существенные резервы повышения свойств отливок из никелевых жаропрочных сплавов.
Исследования проводили по заказу министерства науки РФ "Разработка теоретических основ управления структурой и свойствами литых сплавов путем воздействия на жидкие и кристаллизующиеся металлические расплавы", а так же в рамках единого наряд-заказа комите-
- 4 -та по высшей школе: "Исследование жидкого состояния металлических расплавов и изыскание эффективных спосооов воздействия на процесс! рафинирования, формирования литой структуры и служебных свойств сплавов".
Цель раооты. Выявление механизма воздействия ВТОР и модифицирования РЗМ на параметры кристаллизации, литую структуру и служебные характеристики никелевых жаропрочных сплавов. Разработка на этой основе высокоэффективной технологии производства отливок из сплавов ЦНК7П и ИНК2ІП.
Для решения этой проблемы были поставлены следующие задачи:
исследование воздействия высоких температур на характер кристаллизации и структуру никелевых жаропрочных сплавов;
выявление механизма воздействия высоких перегревов и времени выдержки на параметры кристаллизации, литую структуру и служебные свойства никелевых жаропрочных сплавов;
изучение совместного влияния высокотемпературной обработки и модифицирования РЗМ на параметры кристаллизации, литую структуру и служебные свойства сплавов;
определение оптимальных режимов проведения высокотемпературной обработки и модифицирования никелевых жаропрочных сплавов.
Научная новизна. Выявлен механизм воздействия высоких температур на формирование литой структуры и служебных свойств сплавов с интерметаллидным и кароидо-интерметаллидным упрочнениями. Установлено, что высокие перегревы существенным образом изменяют условия зарождения кристаллов твердой фазы. Показано, что не зависимо от вида сплава, высокие перегревы вызывают возникновение глубоких переохлаждений, что резко меняет характер кристаллизации сплавов. Изменения возникающие в процессе кристаллизации связаны с гомоге-
низациеи жидкого расплава, удалением и нейтрализацией подаожек для зарождения кристаллов твердой фазы.
Показан различный характер воздействия высоких перегревов на примере сплавов IC36, ЦЖ8МП, ЖСЛ750, ЖС32, ЦНК7П, ЦНК2ІП.
Экспериментально установлено, что сплавы с интерметаллидным упрочнением (ЖС36, ЦНК8МП и КЛ750) начинают переохлаждаться при нагреве до температур выше 1600 С, длительное пребывание сплавов в ооласти высоких перегревов приводит к смещению начала кристаллизации ниже температуры равновесного солидуса и появлению в структуре сплавов неравновесных включений "белой фазы". Особенности кристаллизации сплавов с карбидо-интерметаллидным упрочнением зависят от температурно-концентрационных условий выделения карбидов. Эти сплавы начинают заметно переохлаждаться после нагрева выше 1650 С. Нагрев сплавов выше 1750 С вызывают смещение начала кристаллизации до температуры выделения кароидной эвтектики. Появление неравновесных включений "белой фазы", стекающих служебные свойства, этих сплавов происходит при нагреве выше 1800 С и выдержке расплава при этой температуре более 15 мин.
Показано, что в процессе ВТОР наблюдается закономерное повышение содержания кислорода в сплавах ЦНК7П и ЦНК2ІП. После проведения высокотемпературной обработки содержание кислорода в сплавах возрастает от 0,0018 до 0,0038 % мае.
Установлено, что добавки РЗМ в никелевые сплавы позволяют сформировать в расплаве подложки для зарождения карбидных либо инте-рметаллидных включений, что позволяет исключить возможность появления грубых выделений "белой фазы" в процессе кристаллизации. Добавки иттрия в жаропрочные сплавы позволяют сформировать включения
- б -с благоприятной морфологией, значительная часть которых захватывается шлаком, что обеспечивает глубокую очистку сплавов от кислорода. Благодоря чему удалось снизить содержание кислорода в сплава: ЦНК7П и ЦНК2ІП до уровня ниже 0,001 % мае.
Практическая значимость. Реализована на НПО "Сатурн" технология высокотемпературной обработки расплава с использованием модифицирования иттрием, позволяющая стабилизировать свойства литьв изделий и в частности длительную прочность на уровне в 6-9 раг превышающие требуемые. Применение иттрия позволило снизить содержание кислорода в сплавах до уровня ниже требований ТУ.
Получены аналитические зависимости для сплавов ЖС32, ЗКС36, ЦНК7П и ЦНК2ІП позволяющие прогнозировать структуру получаемых отливок в зависимости от режима проведения ВТОР.
Предложены различные режимы проведения ВТОР и модифицирования РЗМ никелевых жаропрочных сплавов ЦНК7П и ЦНК2ІП. В частности, удалось сократить время плавки этих сплавов на 12 минут.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на всероссийской научно-технической конференции "Физика-химия металлических и шлаковых расплавов" (Екатеринбург, 1993).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликована I статья и I тезисы доклада.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав,
приложения, списка литературы, включающего наименования.
Основное содержание работы изложено на страницах текста с приложением таблиц и рисунков.