Влияние легирования и модифицирования на свойства жаропрочных сплавов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Днепропетровский национальный университет имени Олеся Гончара

Влияние легирования и модифицирования на свойства жаропрочных сплавов

Н.Е. Калинина, Е.А. Джур, С.И. Мамчур, А.А. Шахов

Запропоновано модифікувати складнолегований нікелевий сплав. Вивчено вплив легуючих елементів на структуроутворення і властивості досліджуваного сплаву. Доведено засвою-ваність модифікатора. Вивчено структурні зміни у сплаві після модифікування, внаслідок чого підвищено рівень механічних властивостей.

Ключові слова: нікелевий сплав, легуючі елементи, модифікування, зерно, структуроутворення, механічні властивості.

Предложено модифицировать сложнолегированный никелевый сплав. Изучено влияние легирующих элементов на структурообразование и свойства исследуемого сплава. Доказана усвояемость модификатора. Изучены структурные изменения в сплаве после модифицирования, в следствии чего повышен уровень механических свойств.

Ключевые слова: никелевый сплав, легирующие элементы, модифицирование, зерно, структурообразование, механические свойства.

Proposed to modify the complex-nickel alloy. The effect of alloying elements on structure and properties of the alloy. Proved digestibility modifier. The structural changes in the alloy after the modification, whereby elevated levels of mechanical properties.

Keywords: nickel alloy, alloy elements, modifying, grain, structure, mechanical properties.

Введение

Научно-технический прогресс является объективной постоянно действующей закономерностью развития производства авиационных двигателей, что невозможно без опережающего развития всех отраслей науки и прежде всего материаловедения [1]. Основной тенденцией развития авиадвигателестроения является непрерывное увеличение температуры газов перед турбиной, обуславливающей повышение требований к конструкции, надежности и ресурсов работы лопаток турбины, что невозможно без применения качественно новых материалов.

Постановка задачи. Задача материаловедов заключается в создании современных высокожаропрочных сплавов со стабильной структурой, способных работать при высоких температурах и напряжениях. Целью данной работы является разработка способа модифицирования и изучение структурных изменений в жаропрочных никелевых сплавах. Эти сплавы по своему химическому составу являются наиболее сложными из всех существующих сплавов конструкционного назначения. Они содержат не менее 6 основных легирующих элементов, не считая многих полезных микродобавок(табл.І). Поэтому изучение влияния легирующих элементов на структурообразование в многокомпонентных никелевых сплавах является также целью данной работы.

В табл.1 приведён химический составляющих сплавов.

Таблица 1 Химический состав исследуемых сплавов

Методы и способы исследования

Материалом исследования служил жаропрочный никелевый сплав ЖС6У, применяемый для изготовления рабочих лопаток газотурбинного двигателя[2]. Изучение структурных изменений в много-компонентном никелевом сплаве после модифицирования проводили при помощи металлографического анализа на микроскопе Neophot-2. Для подтверждения эффективности модифицирования был проведён микрорентгеноспектральный анализ образцов сплава ЖС6У до и после модифицирования. Распределение содержания легирующих и модифицирующих элементов в структурных составляющих сплава ЖС6У определяли на многоцелевом растровом микроскопе JSM-6360LA, оснащённым системой рентгено спектрального энерго-дисперсионного микроанализа JED2200.

легирование модифицирование жаропрочный сплав

Результаты и их обсуждения

Структура многокомпонентного никелевого сплава ЖС6У - гетерофазная, представляющая собой высокодисперсные частицы у-фазы (формирующийся на основе интерметаллического соединения равномерно рассеянные в матрице из твёрдого у-расствора легирующих элементов в №. В никелевом сплаве ЖС6У, по сравнению со сплавами ЖС6У-ВИ и ЖС6К, содержится меньше углерода, который снижает температуру солидуса. Все тугоплавкие легирующие элементы: V*?, Мо, Сг - увеличивают область существования у-фазы.

Вследствие обеднения у-фазы тугоплавкими элементами эффективность твёрдорастворного упрочнения уменьшается, и, как следствие, снижается сопротивление скольжению дислокаций, что в конечном счёте приводит к понижению жаропрочности. А1 и Л являются у-образующими элементами, входят в у' твёрдый раствор и являются основными упрочнителями. Со, Мо, Сг входят в у твёрдый раствор. Наличие одинаково и в у, и в у-твёрдый растворе.

Таким образом, упрочнение рассматриваемых сложно-легируемого сплава ЖС6У происходит за счёт: упрочнения у-твёрдого раст-вора; наличия дисперсных фаз; увеличения процента у-фазы; высокой температуры солидуса; уменьшения скорости укрупнения у-фазы при рабочих температурах.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Изучение влияния легирующих элементов на структуру и свойства жаропрочного никелевого сплава ЖС6У имеет большое практическое значение. Так, оптимальную температуру модифицирования определяли исходя из диаграммы состояния №-Сг и Ті-№ (рис. 1)[3].

В данной работе предложено модифицировать исследуемый сплав ЖС6У.

Согласно классической теории, существует 3 вида модифицирования: измельчение первичных зёрен при кристаллизации матричной фазы; изменение внутреннего строения зерен-дендритов; измельчения эвтектик. Был рассмотрен вид модифицирования за счёт измельчения зерен никелевого твердого раствора, что является результатом зародышевого действия тугоплавких частиц модификатора, специально введённых в расплав. В качестве модификатора был выбран дисперсный порошок карбонитрида титана ТфСЫ), полученный методом плазмохимического синтеза [4].

Механизм действия модификатора в расплаве заключается в том, что на поверхностях частиц Ті(СІ4) происходит зарождения первичных кристаллов аустенитной у-фазы. Модификатор диспергирует дендриты первичного аустенита в сплаве ЖС6У [5,6].

Для подтверждения эффективности действия Ті(СК) как модификатора проведён микрорентгеноспектральный анализ образцов сплава ЖС6У до и после модифицирования. В немодифицированном образце количество титана и углерода соответствует их содержанию в сплаве, содержание азота не обнаружено. Сравнительный анализ полученных данных показал наличие в модифицированном образце всплеска интенсивностей Ті, С и К, что подтверждает модифицирующий эффект Ті(СК) (табл.2).

Таблица 2