Ливарний жароміцний корозійностійкий нікелевий сплав

Ливарний жароміцний корозійностійкий нікелевий сплав, що містить вуглець, хром, кобальт, вольфрам, молібден, титан, алюміній, ітрій, бор, лантан, нікель, який відрізняється тим, що додатково містить тантал у наступному співвідношенні компонентів, мас. %: вуглець 0,04-0,06 хром 11,2-11,8 кобальт 4,5-5,5 вольфрам 6,7-7,3 молібден 0,6-1,0 титан 4,3-4,7 алюміній 3,2-4,0 тантал 3,7-4,3 бор 0,008-0,0012 ітрій 0,020-0,040 лантан 0,005-0,015 нікель решта. Винахід належить до області металургії, зокрема до виробництва ливарних жароміцних корозійностійких сплавів, призначених для одержання литих деталей газотурбінних двигунів (ГТД) і газотурбінних установок (ГТУ) нового покоління методом монокристалевого (МК) лиття, що працюють в умовах тривалого температурного впливу в агресивних середовищах, наприклад, робочих лопаток першого ступеню турбіни. Наприклад, відомий авіаційний жароміцний сплав (ЖС) на нікелевій основі ЖС-26 для високошвидкісної спрямованої кристалізації (сертифікат 1.2.029-84) для одержання лопаток ГТД. (Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов / Р.Е. Шалин, И.Л. Светлов, Е.Б. Качанов и др. - М.: Машиностроение, 1997. - 336с.), що містить (у мас.%): Вуглець 0,13-0,18; Хром 4,3-5,6; Молібден 0,8-1,4; Вольфрам 10,9-12,5; Алюміній 5,5-6,2; Ванадій 0,8-1,2; Титан 0,8-1,2; Кобальт 8,0-10,0; Ніобій 1,4-1,8; Бор 0,010-0,020; Церій 0,020-0,030; Ітрій 0,000-0,005; Лантан 0,000-0,005; Нікель інше. Відомий сплав має високу жароміцність, однак володіє низькою високотемпературною корозійною стійкістю (ВТК). Деталі газових турбін, виготовлені з нього, не мають необхідну довговічність в умовах впливу корозійного середовища. Відомий сплав ЖС-26 на нікелевій основі розроблений у Росії "ВІАМ" і призначений для одержання деталей ГТД і ГТУ методом спрямованої кристалізації (СК). За опором газової і сольової корозії сплав не відповідає вимогам, пропонованим до ЖС, призначеним для роботи в агресивних середовищах. Найбільш ефективне рішення задачі - це розробка ливарного корозійностійкого сплаву з еквівалентною жароміцністю при забезпеченні необхідного комплексу технологічних властивостей на базі вітчизняного сплаву ЗМІ-3У, що є (19) UA (11) 77606 (13) C2 (21) a200507748 (22) 04.08.2005 (24) 15.12.2006 (46) 15.12.2006, Бюл. № 12, 2006 р. (72) Андрієнко Анатолій Георгійович, Гайдук Сергій Валентинович, Кононов Віталій Владиславович, Михайлов Сергій Борисович, Замковий Василь Євгенійович, Мандра Анатолій Степанович, Налісний Микола Борисович, Єфремов Сергій Григорович, Повх Григорій Васильович (73) ЗАПОРІЗЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) SU, 1072497, A1, 07.07.1993 UA, 20041008594, 15.02.2005 RU, 2215804, C2, 10.11.2003 JP, 9020600, 21.01.1997 US, 4507264, 26.05.1985 US, 4152488, 01.05.1979 3 77606 4 близьким по технічній сутності до сплаву ЖС-26 і 3У має стійкість до ВТК на два порядки вище, одпромислове доступний. Заміна авіаційного сплаву нак помітно уступає в жароміцності. ЖС-26, на корозійностійкий сплав з еквівалентною В даний час, у зв'язку з проблемою конверсії, жароміцністю дозволяє: авіаційні КБ і моторні заводи продовжують широко - підвищити рівень працездатності лопаток за займатися розробкою і виробництвом рахунок опору ВТК, що забезпечить подвійне застаціонарних енергетичних і газоперекачуючих стосування сплаву, як в авіаційних ГТД, так і в ГТУ на базі авіаційних двигунів. У ГТУ нового стаціонарних ГТУ нового покоління; покоління, також як і в авіаційних ГТД, усе ширше - збільшити довговічність роботи деталей на застосовуються робочі лопатки з монокристале50-60%; вою (МК) структурою. Застосування методу - підвищити структурну стабільність; спрямованої кристалізації до корозійно-стійких - розвивати промислову базу України розробсплавів, призначеним для рівновісного лиття (Inкою і впровадженням у виробництво нових ЖС із 939, GTD-111, In-738 за кордоном, ЦНК-7, ЧС-88, відпрацьовуванням технологічного процесу одерЗМІ-3У в Росії) не привело до помітного жання робочих лопаток зі спрямованою структупідвищення характеристик жароміцності. Для цих рою. сплавів також не вдалося забезпечити високого Найбільш близьким по технічній сутності і рерівня виходу придатного лиття по макроструктурі зультату, що досягається, є жароміцний корозійномонокристалевих лопаток, що значно збільшує стійкий нікелевий сплав ЗМІ-3У (ХН64ВМКЮТ) їхню собівартість. Аналіз хімічного складу показав, (А.с. №1072497, СССР, М. Кл.5. С22С 19/05, що схема легування сплаву ЗМІ-3У неоптимально опубл. в БИ №25, 1993г.) на нікелевій основі, що збалансована з погляду зміцнення фаз виділення, містить (у мас.%): зокрема '-фази, у порівнянні з -твердим розчиВуглець 0,07-0,15; ном. Хром 12,5-14,0; Основною задачею даного винаходу є Кобальт 4,0-6,0; підвищення жароміцності відомого Вольфрам 6,5-8,0; корозійностійкого сплаву ЗМІ-3У до рівня ЖС-26 Молібден 0,5-1,25; без зниження параметрів ВТК при забезпеченні Алюміній 2,8-4,0; всього комплексу технологічних властивостей з Титан 4,5-5,5; метою одержання необхідного рівня виходу приІтрій 0,030-0,050; датного лиття по макроструктурі. Підвищення Бор 0,010-0,020; всього комплексу експлуатаційних характеристик Лантан 0,005-0,02; забезпечує подвійне застосування сплаву, як в Нікель інше. авіаційних ГТД, так і в стаціонарних ГТУ нового Відомий ливарний корозійностійкий сплав ЗМІпокоління. 3У призначений для одержання литих деталей Підвищення характеристик жароміцності для методом рівновісної кристалізації (РК). Тривала перспективного ЖС корозійностійкого класу зажаміцність і ВТК-стійкість сплаву знаходяться на дало одночасного рішення питань модернізації і необхідному рівні для даного класу ЖС. Сплав коректування хімічного складу з рівнобіжним ЗМІ-3У після термічної обробки, що включає відпрацьовуванням технології одержання з нього гомогенізаційний відпал при 1180°С протягом 4 виливків великогабаритних лопаток зі спрямовагодин, охолодження і витримка при 1050°С протяною структурою. Такий підхід виявився ефективгом 2 годин і наступне старіння при 850°С протяним і дозволив реалізувати всі потенційні гом 24 годин, має структуру, що характеризується можливості сплаву ЗМІ-3У. Коректування складу наявністю (48-50)% бімодальної ' - фази розміром ЗМІ-3У була проведена по елементах у відношенні оптимальних границь легування: алюмінію, титану, (0,3-0,7) 10-6м і (0,3-0,5) 10-7м, де зміст карбідів вольфраму, а модернізація - уведенням нового метал-вуглець (МеС) і (Ме23С6) складає (0,6-0,8)%. елемента - танталу при незначному зниженні Тривалі витримки до 5000 годин і більш при концентрації хрому. температурах 800° - 850°С призводять до Зазначений технічний результат досягається збільшення кількості ' - фази в сплаві (52-54)%, тим, що в сплаві, що заявляється, є вуглець, хром, вторинних фаз - до (0,7-0,9)%. Характерною рисою кобальт, молібден, вольфрам, алюміній, титан, сплаву при тривалому старінні є розпад карбіду тантал, ітрій, бор, лантан, нікель передбачений МеС з утворенням карбіду Ме23С6 і коагуляція 'співвідношенням інгредієнтів (у мас.%): фази. Незначна кількість охрупчуючих фаз при Вуглець 0,04-0,06; тривалому старінні можлива лише для гранично Хром 11,2-11,8; легованих композицій з одночасним максимальКобальт 4,5-5,5; ним змістом у них хрому, титану, алюмінію і тугоВольфрам 6,7-7,3; плавких елементів - вольфраму, молібдену. Молібден 0,6-1,0; Робочі лопатки першого ступеню турбіни, Титан 4,3-4,7; виготовлені зі сплаву ЗМІ-3У мають ресурс роботи Алюміній 3,2-4,0; до 30 тисяч годин при температурах експлуатації Тантал 3,7-4,3; 800-850°С на газоперекачуючих агрегатах ГТК-10І Бор 0,008-0,012; и ГТК-251, тоді як можливе забезпечення Ітрій 0,020-0,040; тривалості експлуатації 50-60 тисяч годин чи такоЛантан 0,005-0,015; го ж ресурсу, але при більш високих робочих темНікель інше. пературах 900-950°С в ГТУ нового покоління. У Сумарний зміст танталу, молібдену і вольфпорівнянні з авіаційним сплавом ЖС-26 сплав ЗМІ 5 77606 6 раму не повинний перевищувати 12%. Тривала чення. Процесом, що контролює ресурс роботи міцність сплаву, що заявляється, знаходяться на деталей гарячої частини ГТД при постійних темперівні авіаційного сплаву ЖС-26 ВНК. Сплав після ратурно-силових параметрах, є ВТК, що привоТО, що включає гомогенізаційний відпал при дить до прискореного пошкодження робочих лопа1240°С протягом 2 годин, охолодження і витримку ток і передчасному виходу з ладу лопаткового при 1050°С протягом 4 годин, має структуру, що апарата. На Фіг.1 Зображено порівняльну ВТК - стійкість характеризується наявністю -твердого розчину досліджуваних ЖС типу ЗМІ-3У, випробуваних при (1), '-фази (2), евтектики - ' (3) і (МеС) Т=850°С протягом 500 годин: а - у розплаві солей монокарбідної фази (4). (75% Na2SО4+25% NaCl); б - у синтетичній золі. Тривала витримка до 5000 годин і більш при На Фіг.2 Зображено порівняльні механічні температурі 950°С призводить до збільшення властивості монокристалів КГО [001] сплаву типу кількості '-фази в сплаві до (58-60)%, вторинних ЗМІ-3У з перемінною концентрацією хрому і танфаз - до (0,8-0,9)%. Характерною рисою сплаву талу. Температура досліджувань: а - 20°С; б при тривалому старінні є стабільність карбіду МеС 800°С. при незначній коагуляції зміцнюючої '-фази. При На Фіг.3 зображено порівняльні механічні тривалому старінні можлива невелика кількість властивості монокристалів КГО [001] сплаву типу охрупчуючих фаз лише для гранично легованих ЗМІ-3У з перемінною концентрацією хрому і танкомпозицій з одночасним максимальним по марці талу. Температура досліджувань: а - 900°С; б змістом хрому, титану, танталу, алюмінію і туго1000°С. плавких елементів - вольфраму, молібдену. На Фіг.4 Зображено порівняльні механічні Досліджувані сплави виготовляли за допомовластивості монокристалів ЖС із КГО [001]. Темгою одержання злитків з чистих шихтових пература досліджувань: а - 20°С; б - 800°С; в матеріалів вагою 10 кг у вакуумно-індукційній печі 900°С; г - 1000°С. УППФ-2М. На Фіг.5 Зображені криві 100-ч і 1000-ч Перша партія зразків була відлита зі сплаву тривалої міцності монокристалевих нікелевих ЖС: ЗМІ-3У з рівновісною структурою "0-РК" у вакуума - 100; б - 1000; - сплав-прототип ЗМІ-3У; 2 но-індукційній печі УППФ-2М. сплав, що заявляється, №2 - ЗМІ-3У-М1; 3 - сплав Друга партія зразків була відлита зі спрямоваЖС-26 ВНК. ною (стовбчастою) структурою зі сплаву ЗМІ-3У З метою оцінки впливу макроструктурного "0-НК" в установці для спрямованої кристалізації (МС) фактора на ВТК -стійкість сплаву ЗМІ-3У, а УВНК-8П. також впливу перемінних концентрацій хрому і Третя партія зразків досліджуваних сплавів "0танталу в сплавах були проведені порівняльні МК"-"5-МК" з перемінною концентрацією хрому і дослідження. Дослідження проводили в танталу була відлита на базі сплаву ЗМІ-3У з МК синтетичній золі, що імітує продукти згорання структурою на високоградієнтній вакуумній рідкого газотурбінного палива й у розплаві солей установці для спрямованої кристалізації УВНК-8П (75% Na2SО4+25% NaCl) при температурі 850°С зі швидкістю 10мм/хв. Заливання робили в протягом 500 годин. Синтетичну золу в кількості спеціальні керамічні форми з попередньо вста(15мг/див2) попередньо наносили на поверхню новленими усередину запалами зі сплаву бінарної зразків. Склад синтетичної золи: 66,2% Na2SО4, системи (Ni-W). Усі монокристалові зразки [001] 20,4% Fe2O3, 8,3% Ni, 3,3% Co, 1,8% V2O5. Після пройшли 100%-вий контроль макроструктури шляпроведення експериментів продукти ВТК видаляли хом травлення в розчині хлорного заліза і конза методикою водневого відновлення окалини, троль кристалографічної орієнтації (КТО) на розробленої ЦКТІ ім. Ползунова. Потім зразки установці ДРОН-ЗМ. Хімічний склад досліджували методами вагового, досліджуваних сплавів контролювали загальнометалографічного аналізу, склад продуктів ВТК прийнятими методиками хімічного і спектрального рентгеноструктурним аналізом. Стійкість сплавів аналізу. Номінальний склад сплавів приведений у до ВТК оцінювали по середній швидкості корозії таблиці 1. У таблиці 1 позначенню "0" відповідає Vq, г/м2 с і глибині сумарного корозійного проникпаспортному середньо марочному хімічному скланення hk, мм. Порівняльні результати залежності ду сплаву - прототипу ЗМІ-3У; позначення: "РК" швидкості ВТК зразків "0-РК", "0-СК" і "0-МК" спларівновісна кристалізація; "СК" - спрямована (стову ЗМІ-3У від МС фактора представлені на стовбчаста) кристалізація; "МК" - монокристалева - із впчастих діаграмах одночасно з МК зразками КГО [001] відповідають макроструктурному стану. досліджуваних сплавів "0-МК" - "5-МК" з Далі литі заготовки зразків піддавали термічній перемінними концентраціями хрому і танталу обробці (ТО) у вакуумі відповідно до (Фіг.1). індивідуальних режимів: для сплаву ЗМІ-3У - пасАналіз результатів дослідження показав, що портний режим; для досліджуваних сплавів з зразки "0-МК" перевершують по ВТК-стійкості перемінною концентрацією хрому і танталу темпезразки "0-РК": у розплаві солей - у 2,2 рази, у ратуру гомогенізації вибирали на підставі аналізу синтетичній золі - у 1,9 рази. Різниця у швидкості даних, попередньо отриманих методом ВТК обумовлена не хімічним складом, а впливом диференціального термічного аналізу (ДТА). МС фактора. Було встановлено, що процеси ВТК Необхідною умовою високої експлуатаційної насамперед уражають границі зерен (ГЗ), по яких надійності деталей ГТД є корозійна стабільність найбільше легко здійснюється масоперенос сірки, зовнішньої поверхні ЖС. Хоча на лопатки ГТД накисню чи продуктів їхньої реакції. Тому що мононосять різні захисні покриття, однак опір газової і кристали не мають ГЗ, то це робить їх більш сольової корозії сплаву-основи має велике зна 7 77606 8 стійкими. Проміжне місце по ВТК-стійкості займапідвищення швидкості ВТК у порівнянні зі зразками ють зразки "0-СК", мабуть, у силу того, що вплив "0-МК". Однак, збільшення швидкості ВТК не фактора ГЗ має менше значення на швидкість викликає сумніву, тому що вона не перевищує дифузійних процесів у порівнянні зі зразками "0швидкість ВТК зразків "0-РК" сплаву ЗМІ-3У, узятоРК". го за еталон. Гальмування процесів ВТК при Металографічний аналіз не травлених шліфів зниженні концентрації хрому було досягнуто показав присутність у поверхневій зоні зразків "0підвищенням концентрації танталу в РК" оксисульфідних включень, що поширюються досліджуваних складах. на глибину (0,04-0,8мм). На зразках "0-МК" глибиРентгеноструктурні дослідження складу на шару із сульфідами приблизно (0,01-0,03мм) і продуктів ВТК показали, що зі зменшенням сульфіди більш дисперсні. концентрації хрому і збільшенням концентрації Величину глибини сумарного проникнення hk танталу в досліджуваних МК зразках гальмуються вимірювали металографічним методом на процеси збіднення поверхневої зони хромом, що мікроскопі МІМ-8М з допомогою оптичного затрудняє взаємодію нікелю із сіркою. Було встамікрометра на протравлених шліфах при новлено, що концентрація хрому в окалині всіх сплавів практично залишилася незмінною. З збільшенні 300. Обезлігована зона (03) на всіх підвищенням концентрації танталу в окалині шліфах мала вид білої нетруйованої смуги різної спостерігали збільшення концентрації ширини. Ширина 03 залежить не тільки від термодинамічне стійких з'єднань Та2О5, Та2. хімічного складу, температури дослідження і Одночасно з порівняльними іспитами на ВТКкорозійного середовища, але і від впливу МС факстійкість були проведені механічні досліджування тора. При однаковому хімічному складі зразків "0сплавів (Фіг.2, Фіг.3). РК", "0-СК", "0-МК" і інших рівних умовах Аналіз порівняльних результатів короткочасної досліджень величина ОЗ залежить від швидкості міцності сплаву -прототипу ЗМІ-3У залежно від дифузії в ньому легуючих елементів, що в основвпливу МС фактора показав, що межа міцності ному пов'язане з впливом МС фактора. Дифузія зразків "0-РК" у середньому нижче на (80-110) елементів у зразках "0-РК" відбувалася по ГЗ у МПа, чим зразків зі спрямованої "0-СК" і моно "0сотні разів швидше, чим у тілі зерна. МК" структурами. Результати досліджень на триМеталографічні дослідження дозволили зробити валу міцність у температурному діапазоні 800висновок про те, що найбільш широка 03 1000°С показали, що рівень напруг при утворюється при менших швидкостях ВТК і еквівалентній довговічності більше в зразках "0більшої тривалості досліджень. Глибина СК" і "0-МК" на (20-30) МПа, що дає збільшення корозійного проникнення в зразках "0-МК" менш межі тривалої міцності в порівнянні зі зразками "00,03мм, а ширина ОЗ перевищує її в 8-10 разів. РК" за рахунок впливу МС фактора. Одночасно на Аналіз мікроструктури зразків "0-РК" дозволив стовбчастих діаграмах (Фіг.2, Фіг.3) представлені зробити висновок іншого роду: величина ОЗ порівняльні результати короткочасної міцності МК помітно менше в порівнянні з глибиною зразків досліджуваних складів "0-МК" - "5-МК" з корозійного проникнення. Проміжне місце по ВТКперемінною концентрацією хрому і танталу в стійкості займають зразки "0-СК". Аналіз сплаві ЗМІ-3У. порівняльних даних показав, що кращої ВТКАналіз результатів показав, що максимальну стійкістю стосовно рівновісному варіанта "0-РК" короткочасну міцність мають монокристали з мають зразки "0-МК" сплаву-прототипу ЗМІ-3У. 11,5% хрому і 4% танталу при всіх температурах Аналіз фазового складу продуктів ВТК покадосліджувань. зав, що при усіх варіантах кристалізації На підставі аналізу вищенаведених спостерігали ідентичність складу продуктів ВТК на результатів подальші дослідження проводили з початковій стадії (інкубаційному періоді) розвитку метою оптимізації границь легування по змісту корозійних процесів. Зі збільшенням тривалості хрому і танталу в хімічному складі сплаву, що досліджень склад продуктів корозії поступово заявляється, з погляду максимальної змінювався по хімічному і фазовому складу, але з жароміцності. Для цієї мети з кожного хімічного різною інтенсивністю, що, імовірно, зв'язано з складу таблиці 2 були відлиті МК зразки з КГО різною швидкістю протікання дифузійних процесів [001], що пройшли ТО по режимах, згаданим вище. у зразках за рахунок впливу МС фактора. Потім були виготовлені циліндричні стандартні Одночасно на стовбчастих діаграмах (Фіг.1) зразки, що були випробувані за стандартною мепредставлені результати порівняльної ВТКтодикою на короткочасну міцність за ГОСТом стійкості МК зразків досліджуваних складів "0-МК" 1497-61 при температурах 20, 800, 900, 1000°С и "5-МК" з перемінними концентраціями хрому і тантривалу міцність за ГОСТом 10145-81 при темпеталу в сплаві ЗМІ-3У. Різниця у швидкості ВТК у ратурах 800, 900 і 1000°С на машинах марки даному випадку обумовлена не впливом МС факАІМА-5-1. тора, а хімічним складом. Сплави містили компоненти в кількості, що Аналіз результатів показав, що всі МК зразки відповідає: досліджуваних складів показали кращу чи - нижній межі, що заявляється, відповідає еквівалентну ВТК-стійкість у порівнянні зі зразками сплав №1; "0-РК" сплаву ЗМІ-3У, як у розплаві солей, так і в - верхній межі, що заявляється, відповідає синтетичній золі. Дослідження продуктів ВТК покасплав №3; зало, що при зниженні концентрації хрому і - оптимальному співвідношенню, що є збільшенні концентрації танталу в досліджуваних середнім між нижньою і верхньою межами сплавах "1-МК"-"5-МК" спостерігали незначне 9 77606 10 відповідає сплав №2 - (ЗМІ-3У-М1); ТО. Даний висновок заснований на результатах - нижче нижньої межі - сплав №4, де зміст порівняльних досліджень при технологічній хрому складає 10,9%, танталу 3,4%; апробації, що була проведена ЗНТУ, кафедрою - вище верхньої межі - сплав №5, де зміст "Фізичного матеріалознавства" разом з ЗМКБ хрому складає 12,1%, танталу - 4,6%. "Прогрес" і ОАО "Мотор Січ". При проведенні Інші компоненти в складі сплавів №4 і №5 взяапробації сплави були відлиті в злитки в стандартти в оптимальному співвідношенні - обумовленоних ливарних умовах. Наступне заливання му, як середнє значення. досліджуваних лопаток було здійснено на Результати порівняльних механічних високоградієнтній установці УВНК-8П при досліджень наведено по оптимальному складу, що швидкості кристалізації Vкр=7мм/хв. Далі виливки заявляється - сплав №2 (ЗМІ-3У-М1) у порівнянні пройшли контроль макроструктури і контроль КГО, зі сплавом - прототипом ЗМІ-3У і авіаційним сплаа потім повний технологічний цикл від вибивки, вом ЖС-26 ВНК (Фіг.4). відрізки ливникової системи, піскоструйної, Аналіз результатів досліджень показав, що термічної обробок до кольорової дефектоскопії і оптимальні концентрації в сплаві, що заявляється, рентгенівського контролів. складають ( у мас.% ): хром - 11,2-11,8; тантал Після видалення керамічних оболонок ніяких 3,7-4,0. При цьому вдалося забезпечити рівень ознак розтріскування при кристалізації в сплаві, жароміцності еквівалентний авіаційному сплаву що заявляється, не спостерігали. Люмінісцентний і ЖС-26 ВНК без зниження параметрів ВТК-стійкості рентгенівський контролі виливків лопаток не виястосовно сплаву-прототипові ЗМІ-3У. Сплав, що вили нічого, крім незначної усадочної заявляється, має гарну структурну стабільність мікропористості в профілі лопаток. Дані види конпри забезпеченні всього комплексу технологічних тролю проводили на всіх контрольних виливках до властивостей, що дозволяє рекомендувати даний і після ТО. Порівняльні технологічні випробування сплав, як для авіаційних ГТД, так і для наземних показали, що ливарні властивості сплаву знахоГТУ нового покоління. Сплав має оптимальну дяться на рівні сплаву ЖС-26 ВНК. При цьому не комбінацію механічних властивостей, структурну спостерігали помітну різницю в параметрах, що стабільність, стійкість до ВТК і рекомендований визначають кінетику кристалізації виливків. Такими для серійного виробництва МК лопаток авіаційних параметрами є характеристичні крапки сплавів: ГТД і наземних ГТУ нового покоління. Дані характемператури ліквідує і солідус, а також абсолютна теристики були отримані коректуванням і одночасвеличина інтервалу кристалізації. Характеристичні ною модернізацією хімічного складу сплавукрапки сплавів визначали по ДТА - кривих при прототипу ЗМІ-3У з рівнобіжним нагріванні й охолодженні. Порівняльні дані темпевідпрацювуванням технології одержання великоратурних граничних значень сплавів приведені в габаритних виливків лопаток зі спрямованою таблиці 3. З таблиці 3 видно, що температурний структурою. інтервал кристалізації ДТ сплаву - прототипу ЗМІПорівняльний аналіз результатів досліджень 3У ширше, ніж у сплаву, що заявляється, ЗМІ-3Умонокристалів на тривалу міцність (Фіг.5) показав, М1 і сплаву ЖС-26 ВНК у 1,5-2,0 рази. Аналіз що жароміцність сплаву, що заявляється, №2 досліджень показав, що більш широкий інтервал (ЗМІ-3У-М1) і суттєво вище, ніж у сплаві - прототикристалізації стимулює підвищення лікваційної пу ЗМІ-3У при всіх температурах дослідженнях і неоднорідності і помітно знижує рівень виходу еквівалентна жароміцності авіаційного сплаву ЖСпридатного лиття по макроструктурі. Лікваційна 26 ВНК. неоднорідність призводить до локальної Металографічні дослідження показали, що в неоднорідності механічних характеристик, а також сплаві, що заявляється, оптимальні концентрації до браку лопаток по макроструктурному параметхрому і танталу виділення карбідів типу МеС у ру ("паразитні" кристали, струминна ліквація, міждендритних просторах і на малокутових гранирівновісні зерна й ін.). Ці об'єми металу мають цях у монокристалі забезпечує додатковий значно меншу міцність при температурах, близьмеханізм зміцнення при підвищенні структурної ких до солідуса, що сприяє виникненню стабільності в порівнянні зі сплавом - прототипом мікротріщин з появою термічних напруг. ЗМІ-3У. Розбіжність в температурних інтервалах За рахунок більш вузького інтервалу утворення карбідів типу МеС призводить до кристалізації сплав, що заявляється, більш суттєвих змін їхньої морфології. Морфологія і технологічний, чим сплав ЗМІ-3У, що має важливе розподіл карбідної фази в структурі є визначальзначення для одержання виливків із МК структуним чинником, що впливає на властивості міцності рою. Оптимальна концентрація хрому і танталу, а та пластичності. Позитивний вплив на структуру і також інших елементів у сплаві, що заявляється, властивості сплаву, що заявляється, проявилося в ЗМІ-3У-М1 дозволили підвищити його жароміцність до рівня авіаційного сплаву ЖС-26 стабілізації зміцнюючої '-фази, карбідів типу МеС і без зниження ВТК-стійкості в порівнянні зі сплавом поліпшенні їхньої морфології, підвищенні темпераЗМІ-3У. тури повного розчинення '- фази, звуженні Мікрорентгеноспектральний аналіз (МРСА) поінтервалу кристалізації. казав, що в процесі кристалізації відбувається збаТехнологічне випробування в промислових гачення междендритних просторів легкоплавкими умовах сплаву, що заявляється, проводили на складовими на основі титана, алюмінію, а також робочих лопатках енергетичної установки MSскладовими карбоборидних фаз. Аналіз отриманих 5001. Результати показали, сплав, що результатів вказує на те, що при виливанні лопазаявляється, демонструє гарну ливарну щільність, ток зі сплаву, що заявляється, призначеного для не схильний до утворення гарячих тріщин під час 11 77606 12 лиття лопаток зі спрямованою структурою ефек3У-М1, забезпечують підвищення жароміцності до тивне зниження концентрації хрому, дозволило рівня авіаційного сплаву ЖС-26 ВНК без зниження помітно звузити інтервал кристалізації, а також швидкості ВТК стосовно сплаву-прототипові ЗМІзменшити кількість і розміри лікваційних дефектів 3У, що дозволяє рекомендувати даний сплав для на лопатках. Технологічні властивості сплаву області подвійного застосування - наземної й перевірені при виробництві різних лопаток, у тому авіаційної. Весь комплекс властивостей сплаву, числі і на робочих лопатках газоперекачуючих що заявляється, дозволяє застосовувати його в агрегатів ГТК-101 і ГТК-251. Сплав, що серійному виробництві робочих лопаток зі спрямозаявляється, показав високу технологічність. ваною структурою, як авіаційних ГТД, так і наземТаким чином, оптимальні границі легування них ГТУ нового покоління. хромом і танталом у сплаві, що заявляється, ЗМІТаблиця 1 Номінальний хімічний склад досліджуваних сплавів Сплав 0-РК 0-СК 0-МК 1-МК 2-МК 3-МК 4-МК 5-МК Co 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 Cr 13,5 13,5 13,5 13,0 12,5 12,0 11,5 11,0 Al 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 Ті 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 4,5 Мо 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 0,8 W 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 7,0 Та 0,0 0,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 В 0,008 0,008 0,008 0,008 0,008 0,008 0,008 0,008 Y 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 С 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 0,06 La 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 Ni Інше Інше Інше Інше Інше Інше Інше Інше Таблиця 2 Номінальний хімічний склад сплаву, що заявляється Компоненти № сплаву Вуглець Хром Кобальт Вольфрам Молібден Титан Алюміній Тантал Бор Ітрій Лантан Нікель №1 0,04 11,2 4,5 6,7 0,6 4,3 3,2 3,7 0,010 0,030 0,010 Інше №2 0,05 11,5 5,0 7,0 0,8 4,5 3,6 4,0 0,010 0,030 0,010 Інше Хімічний склад, у мас.% №3 №4 №5 0,06 0,05 0,05 11,8 10,9 12,1 5,5 5,0 5,0 7,3 7,0 7,0 1,0 0.8 0,8 4,7 4,5 4,5 4,0 3,6 3,6 4,3 3,4 4,6 0,010 0,010 0,010 0,030 0,030 0,030 0,010 0,010 0,010 Інше Інше Інше Прототип 0,07-0,15 12,5-14,0 4,0-6,0 6,5-8,0 0,5-1,2 4,5-5,5 2,8-4,0 0,015 0,030 0,010 Інше Таблиця 3 Характеристичні температури (°С) і кількість '-фази (%) Сплав ЗМІ-3У-М1 ЖС-26 ВНК Прототип Тп.р. ' 1225 1260 1160 Тэвт. ' 1265 1284 1210 TL 1355 1385 1340 Ts 1290 1310 1220 Т1 65 75 120 T2 40 24 50 V ' 58 62 48 13 77606 14 15 Комп’ютерна верстка М. Клюкін 77606 Підписне 16 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601