CC BY
34
5. Технология переработки литейных отходов жаропрочных и интерметаллидных никелевых сплавов /Сайт ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ, 2012. URL: http://www. viam.ru /index.php?id page=310&language=ru (дата обращения 15.06.2012).
6. Касиков А.Г., Петрова A.M. Рециклинг рения из отходов жаропрочных и специальных сплавов //Технология металлов. 2010. №2. С. 2-12.
7. Касиков А.Г., Петрова A.M., Калинников В.Т. Извлечение рения из отходов сложнолеги-рованных жаропрочных сплавов на основе никеля /Сб. докл. II Междунар. конгресса «Цветные металлы - 2010», 2-4 сент. 2010 г., г. Красноярск. Красноярск: ООО «Версо», 2010. С. 798-803.
8. Способ извлечения рения (VII) из кислого раствора: пат. 2330900 Рос. Федерация №2006142845/02; заявл. 04.12.06; опубл. 10.08.08. Бюл. №22.
9. Способ извлечения рения из металлических отходов никельсодержащих жаропрочных сплавов: пат. 2412267 Рос. Федерация №2009145364/02; заявл. 07.12.2009; опубл. 20.02.2011. Бюл. №5.
УДК 669.018.44:669.24:669.297
А.Г. Андриенко*, C.B. Гайдук*,
А.Б. Милосердое**, Т.В. Тихомирова **
ИЗМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА ЖС3ЛС-ВИ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СОДЕРЖАНИЯ ГАФНИЯ
Исследовано влияние добавок гафния в диапазоне легирования от 0,1 до 0,9% (по массе) на структуру и механические свойства сплава ЖС3ЛС-ВИ. Приведены результаты механических испытаний и металлографических исследований опытных составов с разным содержанием гафния в исследованном диапазоне легирования в сравнении со сплавом ЖС3ЛС-ВИ без добавок гафния. Оптимальное легирование сплава ЖС3ЛС-ВИ гафнием способствует формированию благоприятной микроструктуры и повышению механических характеристик.
Ключевые слова: жаропрочные никелевые сплавы, гафний.
Впервые в 60-х годах прошлого столетия было установлено, что добавки гафния заметно повышают пластичность сплавов систем Ni-Cr-Fe и Co-Ni-Cr. В более поздних исследованиях отмечалось благоприятное влияние гафния на служебные характеристики жаропрочных никелевых сплавов.
До настоящего времени одним из перспективных направлений повышения комплекса служебных характеристик литейных жаропрочных коррозионностойких никелевых сплавов является легирование гафнием. Введение гафния - при оптимальном его содержании для многокомпонентной системы легирования конкретного сплава - приводит к одновременному повышению характеристик как длительной прочности, так и пластичности [1-8].
В данной работе исследовано влияние легирования гафнием в диапазоне концентраций от 0,1 до 0,9% (по массе) на механические свойства промышленного марочного сплава ЖС3ЛС-ВИ с целью оптимизации его содержания для повышения уровня прочностных характеристик.
* ЗНТУ (г. Запорожье, Украина).
** ГП «Ивченко-Прогресс» (г. Запорожье, Украина).
Образцы опытных сплавов 1-5 с добавками гафния в исследуемом диапазоне легирования от 0,1 до 0,9% с концентрационным шагом 0,2% (по массе) отливались на базе паспортной шихтовой заготовки промышленного сплава ЖС3ЛС-ВИ. Гафний в опытные составы вводился по расчету в виде №-И лигатуры (85% ИГ, 15% N1).
Заливка образцов опытных составов 1-5 и образцов исходного марочного сплава ЖС3ЛС-ВИ без добавок гафния осуществлялась в вакуумно-индукционной печи марки УППФ-3М в соответствии с серийной технологией. Литые заготовки образцов длиной 70 мм имели цилиндрическую форму 016 мм.
Химический анализ опытных плавок проводился стандартными методами согласно требованиям ТУ 14-1689-73 и ОСТ 1.90127-85. Спектральный химический анализ опытных плавок проводился на оптическом эмиссионном приборе АКЬ-4460 (кван-тометр одновременного многоканального анализа). Химические составы опытных плавок приведены в таблице.
_Химический состав исследованных сплавов_
Условный номер плавки Содержание легирующих элементов, % (по массе)
С Сг А1 Т1 Мо Со ИГ Се 2г В N1
1 0,11 15,4 2,9 2,8 3,9 4,1 4,6 0,1 0,01 0,02 0,015 Основа
2 0,10 15,1 3,1 3,0 4,0 4,0 5,0 0,3 0,01 0,02 0,015 Основа
3 0,09 15,3 3,0 2,9 4,1 3,9 4,9 0,5 0,01 0,02 0,015 Основа
4 0,11 15,2 2,8 3,1 3,8 3,8 4,7 0,7 0,01 0,02 0,015 Основа
5 0,10 15,5 2,9 2,7 3,7 4,1 4,8 0,9 0,01 0,02 0,015 Основа
ЖС3ЛС-ВИ 0,12 16,1 2,7 2,7 3,8 3,7 5,5 - 0,01 0,02 0,015 Основа
С целью оптимизации содержания гафния в сплаве ЖС3ЛС-ВИ по лучшим показателям механических характеристик проведены механические испытания образцов опытных составов 1-5, содержащих по расчету легирующие добавки гафния 0,1; 0,3; 0,5; 0,7 и 0,9% (по массе) соответственно, в сравнении с образцами из сплава ЖС3ЛС-ВИ без гафния (см. таблицу).
Механические испытания образцов проводились после термической обработки по стандартным методикам: на кратковременную прочность при температуре 20°С (ГОСТ 9651-73) и длительную прочность при температуре 950° С (ГОСТ 10145-81).
На рис. 1 представлены результаты испытаний на кратковременную прочность при температуре 20 ° С образцов опытных составов 1-5 с различным содержанием гафния в исследованном диапазоне в сравнении с образцами марочного состава сплава ЖС3ЛС-ВИ без добавок гафния.
ов; Сод, МПа 5, %
Рис. 1. Кратковременные механические свойства (■ - ов; ■ - о0,2; □ - 5) при 20 ° С образцов из сплава ЖС3ЛС-ВИ (0 - без гафния), легированного гафнием в исследованном диапазоне, % (по массе): 0,1 (1); 0,3 (2); 0,5 (3); 0,7 (4); 0,9 (5)
Результаты испытаний на кратковременную прочность показали, что при увеличении содержания гафния в опытных сплавах 1-5 во всем исследованном диапазоне легирования повышаются не только показатели предела прочности, но и показатели пластичности (по сравнению со сплавом ЖС3ЛС-ВИ без добавок гафния). Установлено, что уровень прочностных характеристик зависит от содержания гафния в сплаве ЖС3ЛС-ВИ и имеет ярко выраженный экстремальный характер.
Лучшая кратковременная прочность и пластичность достигаются при содержании гафния 0,3% (по массе), что является оптимальным для системы легирования сплава ЖС3ЛС-ВИ. Так, кратковременная прочность образцов из сплава ЖС3ЛС-ВИ с добавкой 0,3% гафния (состав 2) повысилась на 200-210 МПа по сравнению с образцами из сплава ЖС3ЛС-ВИ марочного состава без добавок гафния. Оптимальное легирование сплава ЖС3ЛС-ВИ гафнием 0,3% (по массе) способствовало повышению предела прочности ов с 730-750 МПа до 930-950 МПа, при этом показатели пластичности 5 повысились в 2,5-3 раза в сравнении с образцами из сплава ЖС3ЛС-ВИ без гафния.
На рис. 2 представлены результаты испытаний на длительную прочность при температуре 950° С и напряжении о=120 МПа образцов опытных составов 1-5 с различным содержанием гафния в сравнении с образцами из сплава ЖС3ЛС-ВИ без добавок гафния. Результаты испытаний показали, что при различном содержании гафния в опытных сплавах 1-5 во всем исследованном диапазоне легирования увеличилось время до разрушения образцов.
При испытаниях на длительную прочность образцов опытного состава 2 - с оптимальным содержанием гафния 0,3% (по массе), при температуре испытания 950°С и напряжении о=120 МПа - время до разрушения образцов увеличилось в 3 раза в сравнении с образцами из сплава ЖС3ЛС-ВИ без гафния. При этом все опытные составы 1-5, легированные гафнием в исследованном диапазоне от 0,1 до 0,9% (по массе), показали более высокие значения прочностных и пластических характеристик, чем исходный марочный сплав ЖС3ЛС-ВИ без добавок гафния. Однако повышение содержания гафния с 0,5 до 0,9% (по массе) приводит к постепенному снижению в сплаве ЖС3ЛС-ВИ не только показателей кратковременной прочности и пластичности, но и долговечности по сравнению со сплавом ЖС3ЛС-ВИ, оптимально легированного гафнием (состав 2).
Металлографический анализ структуры показал, что лучшими структурными и прочностными характеристиками обладает сплав ЖС3ЛС-ВИ, оптимально легированный гафнием 0,3% (по массе) - состав 2. При этом оптимальное легирование сплава ЖС3ЛС-ВИ гафнием способствует благоприятному формированию глобулярных карбидов как по границам зерен, так и в теле зерен. Однако дальнейшее увеличение содержания гафния до 0,9% (по массе) в сплаве ЖС3ЛС-ВИ приводит к заметному огрублению структурных составляющих и увеличению размеров карбидных частиц (в сравнении со сплавом ЖС3ЛС-ВИ без гафния и с 0,3% (по массе) гафния). При этом в структуре с 0,9% (по массе) гафния происходит заметное увеличение количества эвтектических
30 0
200
100
0 0,1 0,3 0,5
Щ % (по массе)
0,7
0,9
Рис. 2. Влияние легирования гафнием (% по массе) на время до разрушения (тр) образцов из сплава ЖС3ЛС-ВИ (0 - без гафния), испытанных при температуре 950°С и напряжении о=120 МПа: 0,1 (1); 0,3 (2); 0,5 (3); 0,7 (4); 0,9 (5)
2
3
4
5
0
выделений у-у' и огрубление ее морфологии, что и приводит к снижению прочности и пластичности.
Таким образом, для многокомпонентной системы легирования сплава ЖС3ЛС-ВИ оптимальным содержанием гафния является 0,3% (по массе), при котором достигаются лучшие характеристики кратковременной и длительной прочности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Масленков С.Б., Бурова H.H., Хангулов В.В. Влияние гафния на структуру и свойства никелевых сплавов //МиТОМ. 1980. №4. С. 45-46.
2. Кишкин С.Т. Литейные жаропрочные сплавы. Эффект С.Т. Кишкина: Науч.-техн. сб.: к 100-летию со дня рождения С.Т. Кишкина. М.: Наука. 2006. 272 с.
3. Каблов E.H. Литые лопатки газотурбинных двигателей (сплавы, технология, покрытия). М.: МИСиС. 2001. 632 с.
4. Каблов E.H., Голубовский Е.Р. Жаропрочность никелевых сплавов. М.: Машиностроение.
1998. 464 с.
5. Каблов E.H., Кишкин С.Т. Перспективы применения литейных жаропрочных сплавов для производства турбинных лопаток ГТД //Газотурбинные технологии. 2002. Январь-февраль. С.34-37.
6. Патон Б.Е., Строганов Г.Б., Кишкин С.Т. и др. Жаропрочность литейных никелевых сплавов и защита их от окисления. К.: Наукова думка. 1987. 256 с.
7. Котсорадис Д., Феликс П., Фишмайстер X. и др. Жаропрочные сплавы для газовых турбин. Материалы международной конференции: Пер. с англ. М.: Металлургия. 1981. 480 с.
8. Симе Ч.Т., Столофф Н.С., Хагель У.К. Суперсплавы II. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок: Пер. с англ. М.: Металлургия. 1995. Кн. 1, 2. 384 с.
УДК 620.193: 669.715
О.В. Старцев, И.М. Медведев, М.Г. Курс
ТВЕРДОСТЬ КАК ИНДИКАТОР КОРРОЗИИ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ В МОРСКИХ УСЛОВИЯХ
Одна из существенных проблем исследования коррозионных процессов - отсутствие точных и достоверных методов определения интегрального коррозионного состояния. Существующие методы или недостаточно точны, или отражают только одну сторону коррозионного процесса, например, потери массы дают информацию об общей коррозии, но невосприимчивы к межкристаллитной коррозии. Ввиду этого значимой областью науки о коррозии является поиск новых методов характеристики коррозионного поражения. Предложен принципиально новый метод определения коррозионного состояния поверхности алюминиевого сплава, основанный на многочисленных измерениях твердости поверхности.
Ключевые слова: коррозия, алюминиевые сплавы, твердость материала.
Экспозиция алюминиевых сплавов проводилась в условиях умеренно теплого морского климата Геленджикского центра климатических испытаний им. Г.В. Акимова ФГУП «ВИАМ» [1]. Категория коррозионной агрессивности атмосферы ГЦКИ им. Г.В. Акимова ФГУП «ВИАМ» по ИСО 9223 может быть определена как «С3» (средняя).
Для испытаний применялся лист алюминиевого сплава 1370 толщиной 1,6 мм. Сплав 1370 - деформируемый термически упрочняемый алюминиевый сплав системы
