CC BY
15
УДК 621.74.045
Канд. техн. наук В. В. Наумик1, О. В. Гнатенко2, д-р техн. наук В. В. Луньов1
1 Нацюнальний техтчний утверситет, 2 ВАТ «Мотор Сгч»; м. Запоргжжя
ОТРИМАННЯ ЯК1СНИХ ВИЛИВК1В З ЖАРОМ1ЦНИХ Н1КЕЛЕВИХ СПЛАВ1В З ВИКОРИСТАННЯМ ВЛАСНОГО ТЕХНОЛОГ1ЧНОГО ВОРОТТЯ
Долджено вплив попередньог термочасовог обробки розплаву та спрямованог криста-л^зацИ на х^м^чний склад, структуру та властивост1 жаромщних шкелевих сплавав. Показано принципову можливсть отримання виливыв з жаромщних шкелевих сплавав 1з вико-ристанням в шихт1 власного технолог1чного вороття таких, що за якстю не поступа-ються тим, що були виготовлеш тльки з1 св^жого импортного робочого сплаву.
Ключов1 слова: жаромщний шкелевий сплав, виливок, технолог1чне вороття, термоча-сова обробка, спрямована кристал^зацш, макроструктура, х^м^чний склад, мехашчш влас-тивост1, трщиностшксть.
Постановка проблеми
В сучасних силових установках для ав1ацш-ного та енергетичного машинобудування широко застосовуються ввдповщальш лип вироби 1з жаромщних шкелевих сплавiв з1 спрямованою макроструктурою. Згвдно з директивною техно-лопею Всеросшського шституту авiацiйного машинобудування щ виливки виготовляються вик-лючно 1з готового робочого сплаву, який завозиться в Украшу з Роси. Однак, сучасн1 еко-ном1чн1 умови вимагають вживання всшяких за-ход1в по зниженню соб1вартост1 та щдвищенню конкурентоспроможност1 в1тчизняних виробiв, в тому числ1 1 таких високотехнолопчних.
На п1дприемствах накопичуеться велика кшьысть власного технологичного вороття кош-товних жаромщних сплав1в, в1дправлення якого на переробку за кордон е економ1чно невипд-ним. Тому актуальною е проблема вивчення та вдосконалення технолог1чних процес1в, що за-безпечують отримання в1дпов1дальних виливк1в 1з застосування в шихт1 вторинних матер1ал1в таких, що за як1стю не поступаються тим, що були виготовлеш тшьки з1 св1жого импортного робочого сплаву.
Основний матер1ал дослщжень
Статистичним анализом виробничих даних встановлено, що основною причиною в1дбрако-вування е нев1дпов1дн1сть виливк1в вимогам, що висуваються до !х макроструктури за к1льк1стю, напрямом меж макрокристал1в, кристалограф1ч-ною ор1ентащею, наявн1стю та кшьыстю «пара-зитних кристал1в». Встановлено, що причиною цього е зниження теплопров1дност1 р1дкометале-вого кристал1затора через його забруднення п1д час експлуатацл, що призводило до порушення
умов в1дведення тепла в процесс спрямовано! кристал1зацл [1].
Жаромщш н1келев1 сплави, що використову-ються у сучасному ав1ац1йному двигунобуду-ванш, в1др1зняються дуже складною системою легування 1 е дуже коштовними материалами. Виливки з них отримують вакуумним переплавом готового робочого сплаву 1 багато елеменпв в !х склад в процесс цього сильно вигорае, що неодмшно впливае на властивост1 материалу у раз1 використання технолог1чних в1дход1в.
Ще одн1ею проблемою, яку необх1дно вир1-шити в зазначеному випадку, е забезпечення однородной розплаву перед початком процесу кри-стал1заци, для чого може бути використано в1до-мий метод термочасово! обробки. З лтератури та власних дослщжень в1домо, що в результата тер-мочасово! обробки суттево знижуеться структурна неоднорщшсть р1дкого металу, що призводить до його суттевого переохолодження в1дносно лжвщусу при кристал1заци та, як результат, до суттевого подр1бнення структурних складових. Однак, пщ час витримки металу при високш температура, навпъ пд захисною атмосферою аргону, також ввдбуваеться сильний вигар багатьох елеменпв. Так, в сплав1 ЖС3ДК-В1 особливо ви-горають алюмшш, ренш та вуглець [2].
Досл1дили зразки з1 спрямованою макроструктурою 1з жаром1цних н1келевих сплав1в ЖС26-В1 та ЖС32-В1, як1 було отримано на установках типу УВНК-8П. Шихта при цьому скла-далась з 50 % свгжого робочого сплаву та 50 % технологичного вороття, а також з1 100 % технологичного вороття п1сля попередньо! термочасо-во! обробки, яку проводили в вакуумнш печ1 типу УППФ-3М щд захисною атмосферою аргону з тиском 1 • 10-4 Па.
© В. В. Наумик, О. В. Гнатенко, В. В. Луньов, 2011
- 74 -
Зразки були щшьними без видимих усадко-вих дефект!в. Макроструктура поверхн! зразк!в складалася з 4—6 стовбчастих кристал!в.
Середн! показники механ!чних властивостей при к!мнатн!й температур!, та тривало! м1цност1 при 975 °С зразк!в, що були отриман! з 50 % свжого робочого сплаву та 50 % технолоичного вороття, в!дпов!дали р!вню вимог техн1чних умов.
Х1м!чний анал!з зразк!в, що були отриман! з! 100 % технолоичного вороття сплаву ЖС32-В1 п!сля попередньо'1 термочасово! обробки показав, що через вигар вм!ст деяких легуючих елемент!в зменшився нижче р1вня, припустимого зг!дно до ТУ 1-92.177-91. Найбшьше пщдавались вигару вуглець, алюм!н!й, хром та рен!й. На р!вн! вимог ТУ лишався вм!ст мол!бдену, кобальту, танталу, н!об!ю та вольфраму.
Середня мщн!сть матер!алу цих зразк!в, при к!мнашш температур!, а також тривала мщн!сть при 1000 °С були дек!лька нижчими за вимоги ТУ. Одночасно пластичн!сть цього матер!алу переви-щувала означен! вимоги приблизно в три рази [3].
Як вщомо, саме пластичн!сть е показником ступеню чистоти та однор!дност! основи ливар-ного сплаву, а також р!вня комплексу ф!зико-механ!чних властивостей, що може бути прин-ципово досягнуто. Р1вень мщност! матер!алу при цьому може бути щдвищений, вщповщно до не-обхщного, додатковим легуванням жаром!цного сплаву.
Металограф!чний анал!з нетравлених та трав-лених реактивом Марбле шл!ф!в (рис. 1) показав, що в зразках, що були виплавлен! з! 100 % технолоичного вороття п!сля попередньо'1 термочасово'1 обробки, у пор!внянн! з отриманими з! свгаш шихт! значно зменшились к!льк!сть та розм!ри евтектичних карб!д1в, що явно свщчить про суттевий вигар вуглецю. Тип та морфолог!я карб!д!в лишилися практично незм!нними. Одночасно зб!льшилися к!льк!сть та розм!ри евтек-тично! у + у'-фази. Вочевидь, в не! перейшла частина тих карбщоутворюючих елемент!в, що вив!льнилися.
З жаром!цних н!келевих сплав!в часто виго-товляють виливки !з внутр!шн!ми порожнина-ми, тобто !з використанням внутр!шшх стержн1в, тому окреме питання складае '1х повед!нка в умовах утруднено'! усадки.
Дослщили структуру та властивост! тонко-ст!нних зразк!в !з жаромщних н!келевих сплав!в ЖС26-В1 та ЖС32-В1 !з внутр!шн!м стрижнем !з матер!алу, що характеризуеться практично нульо-вою податлив!стю. Досл!дн! зразки отримували в результат! керовано! р!внов!сно1 та спрямова-но! кристашзацп.
На зразках !з р!внов!сною макроструктурою було виявлено гаряч! тр!щини з окисленими краями, що проходили по межам окремих макрокристал!в.
карбщи
а б
эвтектична у + у'-фаза
Рис. 1. Структуры! складов! зразк!в з! спрямованою
макроструктурою жаромщного н!келевого сплаву ЖС-32В1, що були виплавлен! на св1жш шихт! (а), та з! 100 % технолоичного вороття п!сля попередньо! термочасова! обробки (б) х 200
Встановлено, що зародження цих тр!щин в!дбу-валося по карб!дному каркасу перпендикулярно поверхн! зразка (рис. 2).
Рис. 2. Гаряч! тр!щини в зразках п!сля р!вов!сно1 кристал!зац!! (а) та бездефектний зразок п!сля високо-швидк!сно1 спрямовано! кристал!зац!'1 (б)
а
ISSN 1727-0219
Вестник двигателестроения № 1/2011
- 75 -
На зразках 3i спрямованою макроструктурою окрем1 поздовжт гарячi трiщини виникали лише по межам паразитних кристал1в, виникнення яких обумовлено порушенням теплових умов криста-лзацц. На зразках i3 монокристаичною макроструктурою гарячих трiщин виявлено не було.
Дослiдження показали, що спрямована крис-талiзацiя зразкiв, у пор]внянш iз рiвновiсною, призводила до бшьшо! однорiдностi хiмiчного складу металу, суттевого подрiбнення його ден-дритно! структури та помiтного пiдвищення мжротвердосп всiх структурних складових жа-ромщного нжелевого сплаву.
На ВАТ «Мотор Сч» розроблено технологию та налагоджено сершне виробництво жаромщно-го нжелевого сплаву ЖС6К-В1 з шихти, що скла-даеться зi свгжих матерiалiв та приблизно 80 % власного технолопчного вороття. Проведен дослщ-ження показали, що за хМчним складом, немета-левими включеннями, механiчними та жаромщни-ми властивостями сплав повшстю вщповщае ви-могам нормативно-технiчноi документацц i нiчим не поступаеться аналопчному ]мпортному [4].
Висновки
Таким чином, не дивлячись на дуже високий рiвень вимог, що пред'являються до виливюв iз жаромщних нжелевих сплав]в, принципово мож-ливим та економiчно об 'рунтованим е промис-лове використання при ¿х виготовленнi власного технолопчного вороття.
Застосування термочасово! обробки в комплекс iз додатковим легуванням ще бшьше роз-ширюе можливостi використання вщходдв кош-товних нiкелевих сплав±в.
Спрямована кристалiзацiя суттево щдвишуе р]вень однорiдностi нжелевих сплав]в, покращуе комплекс фiзико-механiчних властивостей, як при юмнатних, так i при щдвищених температурах, i, як результат, щдвишуе експлуатацшш власти-востi виливюв, що виготовляються.
Перелш посилань
1. Наумик В. В. Получение качественных отливок методом высокоскоростной направленной кристаллизации на установках типа УВНК-8П / В. В. Наумик // Вюник двигу-нобудування. - 2010. - № 1. - С. 104-107.
2. Свойства жаропрочных никелевых сплавов после ВТОР / [Клочихин В. В., Жеманюк П. Д., Цивирко Э. И., Наумик В. В.] // Новi мате-рiали i технологii в металургii та машинобу-дуваннi. - 2000. - № 1. - С. 41-46.
3. Наумик В. В. Перспективы использования возврата при получении качественных отливок с управляемой кристаллизацией / На-умик В. В., Цивирко Э. И., Лунев В. В. // Новi матерiали i технологи в металургп та машинобудуванш. - 2008. - № 1. - С. 37 -43.
4. Гнатенко О. В. Производство жаропрочного никелевого сплава с использованием возврата / Гнатенко О. В., Клочихин В. В., На-умик В. В. // Перспективные технологии, материалы и оборудование в литейном производстве : матер. II междунар. науч.-техн. конф., 7-14 сентября 2009 г. ; под общ. ред. А. Н. Фесенко. - Краматорск : ДГМА, 2009. -С. 56-57.
Поступила в редакцию 10.09.2010
Наумик В.В., Гнатенко О.В., Лунев В.В. Получение качественных отливок из жаропрочных никелевых сплавов с использованием собственного технологического возврата
Исследовано влияние предварительной термовременной обработки расплава и направленной кристаллизации на химический состав, структуру и свойства жаропрочных никелевых сплавов. Показана принципиальная возможность получения из жаропрочных никелевых сплавов с использованием в шихте собственного технологического возврата отливок, по качеству не уступающих полученным только из свежего импортного рабочего сплава.
Ключевые слова: жаропрочный никелевый сплав, отливка, технологический возврат, термовременная обработка, направленная кристаллизация, макроструктура, химический состав, механические свойства, трещиноустойчивость.
Naumyk V., Gnatenko О., Lunev V. Receipt of the high-quality casts from heatproof nickel alloys with the use of own technological return
It is investigated the influence of time-thermal treatment of fusion and directed crystallization on chemical composition, structure and properties of heatproof nickel alloys. It is shown the principle possibility of getting of casts from heatproof nickel alloys with the use in the charge of own technological return which in quality are not worse then casts got only from the fresh imported working alloy.
Key words: heatproof nickel alloy, founding, technological return, time-thermal treatment, directed crystallization, macrostructure, chemical composition, mechanical properties, crack resistanc.
