Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ влияния ГИП на микроструктуру и механические свойства отливок из жаропрочных: никелевых сплавов (обзор литературных данных).
1.1 Горячее изостатнческое уплотнение - эффективный метод улучшения;качества отливок
1.2Микрострукггура'литейныхжаропрочных никелевых сплавов и прогнозирование ее поведения при ГШ1. 2.0
1.3 Особенности процесса рекристаллизации в жаропрочных никелевых сплавах . 2-Hl
1.4. Анализ повреждаемости жаропрочных никелевых сплавов при: эксплуатации: 3 5-
Заключение. Обобщенная цель работы и конкретные задачи HS
Глава 2. Разработка технологии горячего-изостатического уплотнения литых лопаток ГТД из жаропрочных никелевых сплавов
Введение. ЦЬ
2.1 Анализ термодинамики и кинетики процесса «залечивания» микропор по механизму вакансионного растворения в условиях.всестороннего сжатия :
212 Разработка технологических режимов ТИП литых; поли кристаллических лопаток из сплава ЖС6У 5Г9
Заключение.
Глава 3. Разработка технологии ГИП для восстановления структуры и свойств лопаток ГТД из жаропрочного никелевого сплава ЖСбУ-ВИ после наработки .
Введение. Краткий анализ повреждаемости микроструктуры при эксплуатации изделий из жаропрочных никелевых сплавов...?f
3.1 Исследование повреждаемости микроструктуры при наработке лопаток ГТД из жаропрочного никелевого сплава ЖС6У-ВИ: постановка задачи, методика и объекты исследования 73
3.2 Результаты исследования влияния наработки и ГРШ на микростр тоуру и распределение в ней легирующих элементов... * S
Визуальное обследование лопаток 3-В
Исследование микроструктуры и фазового состава -методические особенности и результаты 50
3.3 Радиоизотопное исследование повреждаемости материала лопаток ГТД из жаропрочного никелевого сплава ЖС6У в процессе длительной наработки. 109
3.4 Исследование влияния ТИП на микропоры в лопатках из сплава ЖС6У-ВИпосле наработки;,... П8
3.5 Металлографические исследования поверхностных зон лопаток в различных состояниях .119
3.6 Испытания механических свойств ". \%Ъ
Заключение. Оценка эффективности рекомендуемого режима ГИП в качестве ремонтно-восстановительной обработки лопаток ГТД из жаропрочного никелевого сплава ЖС6 ВИ.
Глава 4. Заключение.
Приложения (технологические инструкции, заявки на изобретения)
- Горячее изостатнческое уплотнение - эффективный метод улучшения;качества отливок
- Особенности процесса рекристаллизации в жаропрочных никелевых сплавах
- Анализ термодинамики и кинетики процесса «залечивания» микропор по механизму вакансионного растворения в условиях.всестороннего сжатия
- Исследование повреждаемости микроструктуры при наработке лопаток ГТД из жаропрочного никелевого сплава ЖС6У-ВИ: постановка задачи, методика и объекты исследования
Введение к работе
Актуальность проблемы.
Повышение работоспособности лігшх лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) является одним из важнейших направлений работ, связанных с увеличением ресурса и надежности современных ГТД. Одной из глазных проблем в этом плане является уплотнение отливок путем «залечивания» несплат ноете» усадочного и газового происхождения/
Литейная пористость является практически неизбежным дефектом отливок и, в частности, литых лопаток ГТД. Основными причинами образования пор в литых лопатках при кристаллизации является различие объемов жидкой и твердой фазы и-дефицит расплава у фронта кристаллизации. В результате при затвердевании в лопатках ГТД формируется система пор разного масштаба, которая негативно влияет, на механические свойства и эксплуатационные характеристики изделий.
Эффективной технологией* уплотнения материала за счет удаления пористости является горячее изостатическое прессование (ГИП). Эффект уплотнешы при ПШ имеет термодинамическую природу: приложение: давления всестороннего сжатия, в соотзетстзии с принципом Ле-Шателье, должно приводить к уменьшению объема -уплотнению - и, следовательно, к уменьшению пористости. Термодинамическая природа уплотнения при ГИП делает, эту технологию, по существу, универсальным; способом «залечивания» пористости в различных материалах. Вот почему технология ГИП нашла широкое применение во многих областях производства и обработки материалов: компактнровании заготовок и деталей из порошков (гранул), реакционном спекании керамики, уплотнении отливок, при диффузионной сварке, обработке специальных материалов ракетно-космической техники и др.
При разработке технологических режимов ГИП пористых материалов обычно руководствуются модельными;представлениями процесса уплотнения, развитыми Эшбн, Харрпсоном, и другими. Обобщая, данные разных авторов, предложенные механизмы уплотнения можно разделить на 2 группы:
деформационные, когда диффузионные процессы не играют существенной
роли;
диффузионное заполнение пор, включая различные виды ползучести.
На практихе процессы ГИП отливок обычно проводят в условиях преобладания деформационных механизмов уплотнения, которые реализуются при относительно высоких температурах и давлениях. Однако применительно к обработке л:ггьгх лопаток ГТД правомерность такого подхода вызывает сомнения. Дело в том. что деформационное
заполнение микропор обычно сопровождается- большими степенями, локальной деформации, следствием которой является лекальная неконтролируемая рекристаллизация. Очевидно, что <снерегламентируемая» рекристаллизация может сказывать, негативное влияние' на механические свойства, и эксплуатационные характеристики литейных (недеформируемых) сплавов.
Кроме этого, при обработке литых лопаток ГТД из жаропрочных никелевых сплазоз существует ряд других научных запросов, ответы на которые до сих пор не получены. Перечислим некоторые из наиболее важных:
- следует ли ориентироваться г на температуру полного растворения у'- фазы (линия sobxis в иностранной литературе) при выборе температурного режима ГИП лопаток ГТД из жаропрочных нихелезых сплавов?
Допустимо ли проведение П-Ш таких лопаток в двухфазной области '/-/*?
Каковы принципы регламентации минимальных и максимальных давлений при ГИП — не с точки зрения возможностей оборудования, а с.позиций решения задачи удаления пор?
Наличие: этих вопросов говорит о том, что научные принципы регламентации технологических режимов ГИП литых лопаток ГТД га жаропрочных никелевых сплавов требуют существенного развития.
Другая важная проблема повышения качества и работоспособности лопаток ГТД сзяззїіа с возможностью и; эффективностью использования ГТЩ для восстановления структуры и свойств поврежденных при эксплуатации лопаток. Термин «повреждаемость» обычно означает появление в лопатках микроскопических дефектов {«повреждений»), при накоплении которых постепенно ухудшаются эксплуатационные характеристики.
Для уменьшения степени «поврежденности» материала при наработке в настоящее время применяют ремонтно-восстановительную. обработку. Ее цель - повысить ресурс эксплуатируемых изделий. Дія увеличения ресурса лопаток ГТД из жаропрочных никелевых сплавов после наработки обычно используют восстановительную термовакуумную обработку (ВТВО). Один из главных недостатков ВТВО как восстановительной обработки заключается атом, что ВТВО не способствует уплотнению материала и уменьшению пористости. Очевидно, что и в случае литых лопаток ГТД после наработки для уплотнения и «залечивания» пор не зависимо от их происхождения может сыть эффективно использована технология ГИП.
Целью настоящей работы является разработка основ технологического процесса газостати^свания литых лопаток ГТД из жаропрочного никелевого сплава ЖС6У, а
тзк;ке внедрение разработанного технологического процесса з серийное прсизЕСлстао,
ЧТО ДОЛЖНО СОеСПеЧИТЬ КЛрЛИНаЛЬНОе Повышение урОВНЯ Служебных СЗОЙСТЗ: ЭТИХ
деталей.
Для достижения поставленной цели потребуется решение двух ОСНОВНЫХ задач:
Изучение влияния ТИП на качество литых лопаток: ГТД из сплаза ЖСб У в исходном состоянии (сразу после отливки - as cast).
Изучение эффективности ГИП как ремонтно-восстановительной обработки лопаток ГТД после наработки. Научная новизна: Развиты научные принципы регламентации параметров ГТІП ('температура, давление, время) для уплотнения отливок из жаропрочных никелевых сплазоа, позволяющие минимизировать действие пластической деформационной моды закрытия литейной, и эксплуатационной пористости. Установленные закономерности поведения ансамбля л;ггейных пор при ГТІП использованы для решения ДБух важных прикладных задач:
- уплотнения исходной (as-cast) литой структуры лопаток ГТД;.
использования газостатирования а качестве составляющей ремонтно-восстановительной обработки лопаток ГТД после длительной наработки. Показано,. что после ГТІП среднее значение предела выносливости лопаток из сплаза ЖС6У (as-cast) с технологический прибылью равно с -і = 16,0 кгс\мм*. в то время как без ГИП соответствующее значение составляет сг .і = 12,5 кгс\мм" Таким образом, газостатическая обработка литых лопаток ГТД из жаропрочного никелевого сплава ЖС 6У по предложенному режиму на 20 % повышает усталостную прочность деталей. На защиту выносятся:
1. Методика выбора оптимального режима газостатической обработки литых лопаток из
жаропрочных никелевых сплавов, обеспечивающего доминирующую роль механизма диффузионного растворения пор при всестороннем сжатии (ГИП). Критерий априорной оценки оптимальных значений температуры и времени ГИП, основанный на сопоставлении диффузионного пути вакансий в гетерогенной микроструктуре сплаза. и среднего расстояния от поры до вакансионнаго стока. Результаты экспериментального опробования методики налитых лопатхах ГТД из жаропрочного никелевого сплава ЖС6У.
2. Данные о влиянии ГИП по разработанному режиму на микроструктуру,
распределение легирующих элементов н механические свойства лігтьіх сбразіісв и
лопаток ГТД из жаропрочного илкелезсго сплава ЖС6У.
Практическая ценность представленной работы заключается з том, что разработана технология ГИП хтя уплотнения материала литых лопаток ГТД из жаропрочного никелевого сплава ЖС 6У с равноосной зеренной структурой в исходном состоянии (as-cast). Показано, что при газостатировании лопаток первой ступени (предприятие ОАО «НПО «Сатурн») из сплава ЖС6У по прелложенному режиму получаются \ наиболее стабильные значения предела усталостной прочности. Разработанная технология положена в основу «Технических условий:»ТУ 1-503-0100-2002 «Поставка отливок из жаропрочных никелевых сплавов ЖСбУ-ВИ, ЖС6УМ-ВИ, прошелшігх высокотемпературную газостатическую обработку» предприятия ОАО «НПО «Сатурн» и внедрена в серийное производство.
Другая важная прикладная задача, решаемая.в настоящей работе - исследование эффективности ГИП в технологической цепи ремонтно-восстано в ительнон обработки лопаток ГТД из жаропрочных никелевых сплавов после длительной наработки. Показано, что it в данном случае газостатнрование, проведенное по режиму ТУ 1-503-0100-2002, является эффективным способом уплотнения сплава ЖС6У после наработки (размер: мнхропор в «отработанных» лопатках ГТД после ГИП уменьшается на порядок величины) и вносит существенный вклад в восстановление исходной микроструктурьмг свойств жаропрочного сплава.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на TV International Scientific Forum "AIMS for Future of Encieneering Science", IgaJo, Rep. of Montenegro, 2003; V International Scientific Forum "ATMS for Future of Engieneering Science", Paris, France, 2004; 24 Международной конференции «Композиционные материалы в промышленности», Ялта, Крым, 2004; 3 Международной конференции «Материалы и покрытия в экстремальных условиях», Кацивели-Понизовка, Крым, 2004; 4 Московской Международной конференции «Теория и практика технологии производства изделии пз композиционных материалов и новых металлических сплавов, (ТПКМЛІ), Москва, 2С05; Conference on Hot Isostatic Pressing (HIP'05), Paris, France, 2005.
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 8 печатных работах.
*
Горячее изостатнческое уплотнение - эффективный метод улучшения;качества отливок
Повышение работоспособности литых лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) является одним из важнейших направлений работ, связанных с увеличением ресурса и надежности современных ГТД. Одной из главных проблем в этом плане является уплотнение отливок путем «залечивания» несплошностей усадочного и газового происхождения.
Литейная пористость является неизбежным дефектом отливок и, в частности, литых лопаток ГТД. Основными причинами образования пор в литых лопатках при кристаллизации является различие объемов жидкой и твердой фазы и дефицит расплава у фронта кристаллизации. В результате при затвердевании в лопатках ГТД формируется система пор разного масштаба, которая негативно влияет на механические свойства и эксплуатационные характеристики изделий.
Эффективной технологией уплотнения материала за счет удаления пористости является горячее изостатическое прессование (ГШТ). Эффект уплотнения при ГИП имеет термодинамическую природу: приложение давления всестороннего сжатия, в соответствии с принципом Ле-Шателье, должно приводить к уменьшению объема -уплотнению - и, следовательно, к уменьшению пористости. Термодинамическая природа уплотнения при ГИП делает эту технологию, по существу, универсальным способом «залечивания» пористости в любых материалах: системе, подвергнутой давлению всестороннего сжатия, выгодно уменьшать объем. Вот почему технология ГИП находит широкое применение в различных ооластях производства и обработки материалов: компактировании заготовок и деталей из порошков (гранул), реакционном спекании керамики, уплотнении отливок, диффузионной сварки, обработке специальных материалов ракетно-космической техники и др. [1,2]:
При разработке технологических режимов; ГИП пористых материалов обычно руководствуются модельными представлениями процесса уплотнения, развитыми Эшби, Харрисоном, Коблом и др. (см;, например, обзоры [3,4]). Обобщая данные различных авторов, предложенные механизмы уплотнения можно разделить на 2 группы: - деформационные; когда диффузия не играет ведущей роли; - вакансионное: растворение пор, контролируемое диффузией вакансий.
На; практике процессы ГИП отливок обычно проводят в условиях преобладания деформационных механизмов уплотнения, которые реализуются при относительно высоких температурах и давлениях; Технолопія ГИП для лоликристаллических лопаток турбин современньк серийных авиационных, н стационарных ГТД в настоящее время разработана и применена с положительным эффектом - главным образом за рубежом. Типичные режимы ГТЇП отливок из некоторых зарубежных жаропрочных никелевых сплавов приведены в табл. 1 (цитируем по [3]).
Из табл. I и сравнения с результатами испытаний механических свойств1 сплавов следует, что давление всестороннего сжатия при ПИП никелевых жаропрочных сплавов превышает пределы текучести сплавов при температурах обработки. В таких условиях процесс «заполнения» каждой поры материалом будет сопровождаться большой локальной пластической деформацией. Тем не менее, в таких условиях обеспечивается решение главной задачи - улучшение комплекса механических свойств, таблица-2.
Известно, что высокие степени деформации часто приводят к локальной рекристаллизации - либо непосредственно в процессе ГИП, либо при последующей термической обработке сплава. И если появление новых: зерен в поликристаллах обычно не вызывает серьезных опасений, то в, монокристаллических лопатках ГТД появление рекристаллизации в; результате ГИП крайне нежелательно и в идеальном случае должно быть исключено. Вот почему разработка научных и: технологических принципов ГИП монокристальных лопаток ГТД из жаропрочных никелевых сплавов представляет собой серьезную и актуальную проблему - здесь простой перенос опыта из области обработки поликристаллических материалов неприемлем.
К настоящему времени опубликовано всего несколько работ, в которых предложены технологии ГИП для монокристатлическнх изделии из жаропрочных никелевых сплавов [5,6].
Способ уплотнения монокристаллов, предложенный в работе [5], включает следующую последовательность технологических операций и регламентацию параметров обработки (излишние подробности опускаем): - термическую обработку сплава на твердый раствор (гомогенизация); - перенос; изделия в газостат и нагрев = в камере газсстата до температуры гомогенизации;, выдержка под давлениемі 32.5: МПа (5000 psi) в течение 12 часов (ОПТ); - повторная гомогенизация после ПШТ; при той же температуре в течение 15 минут. В; качестве примера; использования технологии [5] авторы: приводят регламентированные: значения- параметров ГИП для монокристаллических изделий из сплава PWA I4S0 (Nt-10 Сг-5 Со-4 W-1.5Ti-12Ta-5:Al): - температура: ГИП!. равная; температуре; гомогенизации, составляет 1288 С, что практически совпадает с: температурой- полного растворения? у -- фазы- в: сплаве; PWA 1480;. - давление:П-Ш:принято равным;32,5 МПа; - продолжительность ГИП составляет 12 часов. К сожхтению, об эффективности технологии; [5]; судить трудно, поскольку авторьь не приводят ни результатов структурных исследований, ни; механических испытаний. С позиций физического материаловедения регламентация параметров ГИП по [5] также; вызывает ряд вопросов, например; - отсутствуют доказательстваi оптимальности выбранных авторами параметров ГИП; - почему- при: выборе температурного режима: ГИП следует ориентироваться- на температуру- термической: обработки на: тверлыи раствор?
Особенности процесса рекристаллизации в жаропрочных никелевых сплавах
Строго говоря,, границы зерен даже в хорошо отожженном поликристалле являются неравновесными объектами; поскольку обладают избыточной энергией, стимулирующей-рост зерен. Однако в реальных поликристаллах, особенно в сложных по химическому составу и структуре жаропрочных, никелевых- сплавах, стабильность границ зерен поддерживается мошнымш стопорами - выделениями упрочняющих фаз. Поэтому отожженную зеренную структуру в жаропрочных никелевых сплавах можно считать стабильной:
Стабильная зеренная структура в жаропрочных сплавах в процессе эксплуатации подвержена воздействию внешних факторов, нарушающих ее; устойчивость. Такими возмущающими: структуру факторами являются высокие температуры; нагрузки и агрессивная среда. Оставляя фактор агрессивной среды за скобками данного раздела, ограничимся анализом влияния; на? зеренную структуру высоких температур и нагрузок.
Основной фактор, нарушающий равновесие микроструктуры сплава — высокотемпературная; внешняя нагрузка и. связанный- с ней; процесс пластической! деформации; В процессе пластической; деформации происходит взаимодействие решеточных дислокаций с границами:зерен, в результате чего микроструктура границ становится неравновесной, [39]! Изменение структуры равновесных границ сопровождается: изменением их свойств, в частности, диффузионных характеристик.
Диффузионная проницаемость границ зерен с неравновесной структурой, образовавшейся в результате взаимодействия границ с решеточными лислокаииями при: пластической: деформации, бьша изучена- в работе [40]. Объектами исследования служили поликристаллы жаропрочного никелевого сплава состава (мае. %): Ni- 9 Сг- 6.5 W- 4ЧМо- 16 Со- 4.5 А1- 2 Ті- 0.12 С
Різ; слитка сплава (d = 60 мм), гомогенизированного при температуре 1200 С в течение 5 часов, путем горячей деформации при температуре 1135 С получали пруток (d: = 15 мм). Из прутка нарезаш серию цилиндрических заготовок, высотой 20 мм, которые: затем отжигали при 1200 С в течение 3 часов. После отжига в сплаве формировалась равновесная зеренная- структура с характерной 120-градусной конфигурацией границ в окрестности тройных стыков.
Для создания неравновесной структуры границ зерен, часть заготовок деформировали в холодную осадкой на 10 %. Образцы для последующих диффузионных отжигов и микроструктурных исследований вырезали из центральных частей циллиндрических заготовок на электроискровом станке. Одна группа образцов имела отожженную равновесную структуру, другая группа образцов была получена из деформированных заготовок.
Рабочие поверхности образцов шлифовали, полировали на алмазной пасте н подвергали электрополировке - для удаления поверхностного деформированного слоя.
Ка подготовленную таким образом рабочую поверхность каждого из образцов в элетролитической ванне осаждали слой никеля, содержащего атомы: радиоактивного изотопа 6_vNn Покрытые: радиоактивными никелем пары образцов подвергали диффузионным отжигам І в вакуум е при задан ных тем пературах и врем єнах.
Для определения? диффузионной; проницаемости границ зерен измеряли глубину проникновениям 0jNr в; границьп зерен у[: после; диффузионного отжига на: авторадиограммах, полученных с: косых-срезов образцов [41 ]. Затем І ПО измеренным2 значениям , рассчитывали диффузионную проницаемость границ Р.
Методами; оптической І ИЇ сканирующей электронной микроскопии было установлено, что сплав в з исходном: состоянии имеет равноосную зеренную; структуру со средним размером зерен около 100 микрометров: Внутри- зерен: наблюдались дисперсные выделения упрочняющей — фазы. После; отжига исходных, недеформированных: образцов-, в интервате, температур 600 - 1000 С микроструктура практически не: изменялась.
Холодная; пластическая? деформация не вызывала; существенного изменения- конфигурации: исходной зереннойі структуры. Изменения» проявлялись BE другом: резко возрастала? плотность, решеточных дислокаций: в; теле зерен; Оценки, проведенные: с помощью просвечивающей электронной»микроскопии по:методике [42] показати, что плотность дислокаций в теле зерендостигаетзначений О111 - 10й см"", а плотность захваченных границами.зерен решеточных дислокаций превышает значение 5x10і смГ
Анализ термодинамики и кинетики процесса «залечивания» микропор по механизму вакансионного растворения в условиях.всестороннего сжатия
Литые;лопатки% ГТД из сплава ЖС6У имеют. полшсристаллическую структуру, поэтому проблема: подавлениям рекристаллизации здесь не играет большой: роли; Это означает,, что при выборе давления- в технологии- ГШТ ограничения- на: Р сверху можно: не: накладывать, допуская действие деформационной моды заполнениялитейных пор.
Пришыборе режима ГИП поликристаллических лопаток ПТД будем; также, исходить, из. то го, что; в условиях ПІП должна: бытьт обеспечена возможность диффузионного переноса:«пустоты» из.объема лопатки на главныш сток вакансий - внешнюю поверхность. Покажем, что такая возможность может быть реализована при следующих параметрах ГИП: Т= 1200 С,Р= 150 МПа,ґ = 2:5 часа.
Для: проведення оценок используем значения диффузионных: характеристик вакансий в объеме D и междендритных поверхностях D 5 жаропрочного никелевого сплава при температуре 1200 С [58]:
D = 7х10"и смАсек; D S"= П9хІ0 14 см3\сек. При 5 = 5x10" см коэффициент диффузии вакансий вдоль границы раздела примет значение D =3.8x10 7 см/сек.
Сначала: оценим влияние приложенного давления Р = 150 МПана значения коэффициентов диффузии закансиіЬ Для этого используем соотношение [55]
{с tn D Ср) 4-У RT)-Здесь D -- коэффициент самодиффузии, р -компонента; всестороннего сжатия (в? нашем случае равно приложенному давлению Р), V?- активаціюнныи объем при: самодиффузии. R - газовая постоянная,. Г - температура в К В;сплавах ГЦК-решеткой, каковым: является исследуемый жаропрочный: сплав, активацнонныГг есъем I примерно равен атомному объему никеля Ґ2 - ID см\мол ь= 10" м \моль.
Уменьшение коэффициента диффузии вахансий при наложении давления всестороннего сжатия можно оценить по формуле In (Dj/D;) = [ - (pi - pi) ВТ)]. Полагая (pi - pi) 150 МПа и подставляя /ї= S.34 ДиЛмоль град, находим для Т 1200 =С = 1473 К: Di/D; = ехр [ - (1.5x10s Па 10 !м\моль)/ S.34 Дж\моль град 1433 град. К] -0.9. Отсюда следует, что давление Р = 150 МПа при Т = 1200 СС в условиях ГТШ всего на 10 % замедляет, подвижность вакансий з жаропрочном никелевом сплаве, и потому влиянием давления на диффузию вакансий в этом случае можно пренебречь.
Таким образом, выбранное для проведения ГТШ давление Р = 150 МПа, с одной стороны, не вызывает, существенного замедления диффузии вакансий в сплаве, ас другой стороны, является достаточно высоким для локальной пластической деформации материала при заполнении литейных пор.
Для определения возможности: диффузионного удаления «остаточной пустоты» из і материала по механизму вакансионного растворения оценим величину диффузионного пути вакансий в жаропрочном сплаве при Т = 1200.С за время 2.5. часа.
Для перемещения вакансий в объеме сплава будем иметь: Ьоб = 2 VDt = 2 V(7xl0 M см2\сек) х (9x103 сек) = 1.6х10 : мм.
Однако известно, что усадочная пористость при кристаллизации жаропрочных никелевых сплавов обычно локализуется в междендритных пространствах, т.е. в тех участках сплава, которые затвердевают в последнюю очередь. В таком случае растворение пор будет осуществляться путем диффузии вакансий вдоль междендритных поверхностей, а диффузионный путь будет равен L,p = 2 \ D t = 2 \ (3.SxI0 7 см2\сек) x (9x103 сек) = 1.2 мм.
Таким образом, выбранный нами режим ГИП (1200 С, 2,5 часа, Р -150 МПа) обеспечивает «диффузионную проработку» изделий сечением около 1 мм, что примерно соответствует сечению пера лопаток I ступени 40-04-4217 производства ОАО НПО «Сатурн».
Для отработки технологии газостатирования лопаток из сплава ЖС6У.-І0 лопаток были подвергнуты газостатической обработке по трем режимам вблизи прогнозируемых значений (Т- = 1200 С, Р = 150 МПа, t= 2.5 часа); 1. Т= 1190 С, Р= 168 МПа, t = 3 часа. 2. Т.= 1200 G, Р= 16S МПа, t = 3 часа. 3: Т= 1209 С, Р =168 МПа, t = 3 часа.
Варьирование проводилось по температуре, поскольку от температуры сильнее всего - экспоненциально - зависит подвижность закансий в сплаве. Для определения оптимального режима: газостатической обработки лопаток были проведены их усталостные испытания; результаты которых приведены в таблице 7.
Исследование повреждаемости микроструктуры при наработке лопаток ГТД из жаропрочного никелевого сплава ЖС6У-ВИ: постановка задачи, методика и объекты исследования
Рентгеновские дифрактограммы получались на автоматизированном рентгеновском дифрактометре ДРОН-4, сфокусированном? по Брэггу-Брентано; с графитовым монохроматором; на дифрагированном , пучке; управляемом с помощью компьютерной программы EXPRESS. Измерения проводились на Си Ка-излучении в режиме пошагового сканирования с шагом;0,1-0,05 , время экспозиции на одну точку - 3-5 сек. В основе работы программы EXPRESS лежит измерение интенсивности в каждойточке углового:интерв&іа съемки и построениезависимости интенсивности от величины угла I=f( 9). Кроме то го, в программе предусм отрен те кущий контрол ь стаб иль ности: работы аппарата,,поэтому погрешность в определении интенсивности излучения составляла не более Г,5-2;5%.
Обработка полученных рентгеновских дифракто грамм-осуществлялась с использованием набора программ5 X-RAYS. Программа PHAN предназначена-для качественного фазового анализа: образцов с известным элементным- составом:. Программа работает с банком: данных, содержащим более 100: тысяч: карточек в формате картотеки; JCPDS. Каждая: карточка содержит необходимые: для качественного анализа данные о наборе межплоскостных расстояний и: интенсивности: линий, а также информацию о кристаллической системе, периодах решеток, количестве атомов в элементарной ячейке, условиях съемки и трактования данной фазы: Кроме того, банк содержит более 25 тысяч карточек, полученных расчетом интенснвностеи по данным: о кристаллической структуре с использованием программыSPECTRUM;
Первый этап анализа {предварительныйІ отбор фаз) обычно выполняется в автоматическом режиме; Второй этап анализа (окончательный! отбор- фаз) всегда проводится; в режиме визуального сравнения штрих-диаграмм табличных фаз, отобранных в первом круге, и экспериментального спектра:
Главной; задачей ренгенофазового анализа в-; данном3 случае является идентификация нежелательных ТПУ-фаз в; различных состояниях сплава: локального рентгеноспектрального анализа (ЛPC А) и растровой электронной микроскопии (РЭМ).
Исследования проводились на аппарате Camebax MBX-I, модернизированном ИНЭ1ТХФ РАН. Суть метода состоит в облучении: образца сканирующим пучком электронов; малого диаметра (менее О,Гмкм) с энергией 5-25кВ последующей регистрацией -возбуждаемого излучения=для І получения информации о топографии І и составе образца:. Отношение плошали получаемого изображения; к: плошали растра на образце определяет увеличение, прибора , которое может достигать 10 000:
При исследовании топографии образцов получение изображений; осуществлялось путем І регистрации- вторичных электронов (SE), испускаемых образцом; либо путем;регистрации тока, т.е: поглощенных, образцом: электронов (АЕ). Режим; регистрации поглощенного тока, используется: хтя: усиления: контраста атомного номера электронно-скопического: изображения,- В- последнем; случае при получении: изображения использовался; инверсный» режим (АН inv), при котором более легкие элементы? выглядят темнее, а: более тяжелые - светлее-Аналогичное: изображение получается и при использовании сигнала обратнорассеянных электронов:
При: исследовании элементного состага образца использовался режима регистрации; характеристического рентгеновского излучения-элементов, входящих в, состав образна. Зона: возбуждения такого излучения (а соответственно и зона химического анализа) обычно близка; к 1 кубическому микрону. Регистрация рентгеновского излучения осуществлялась при помощи- встроенного спектрометра, в котором для; разложения; излучениям а спектр (по длине волн) используются; четыре: кристалла-анализатора . — OdPb, ТАР,-. PET, LiF. Чувствительность метода для элементов с Z 11 обычно не хуже чем, 0,1% помассе. Для более легких элементов чувствительность составляет несколько процентов по массе.
Результаты анализа представлены, в виде спектров, где осью абсцисс является; синус некоего; угла (величина, определяемая конструкцией: прибора и; применяемым кристаллом-анализатром), однозначно определяющий длину волны рентгеновского излучения, а осью ординат является интенсивность, этого излучения,, пропорциональная. концентрации- анализируемого; элемента: в; исследуемой зоне образца.. Распределение: элементов исследуется - при сканировании электронным зондом как по площади, так и по линии при одновременной регистрации характеристического рентгеновского излученшг того или г иного химического элемента. В первом- случае большая концентрация светлых; точек: соответствует большей концентрации анализируемого элемента, во; втором концентрация элемента прямо пропорциональна его измеренной интенсивности.
