Научная статья на тему 'Влияние комплексного электролитноплазменного и ионно-имплантационного модифицирования на эксплуатационные свойства жаропрочного никелевого сплава чс88у-ви'

Влияние комплексного электролитноплазменного и ионно-имплантационного модифицирования на эксплуатационные свойства жаропрочного никелевого сплава чс88у-ви Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
79
23
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ / HEAT-RESISTANT ALLOY / ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ / ION IMPLANTATION / ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННАЯ ОБРАБОТКА / МОДИФИЦИРОВАННАЯ ПОВЕРХНОСТЬ / MODIFIED SURFACE / МИКРОСТРУКТУРА / MICROSTRUCTURE / ДЛИТЕЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ / LONG-TERM STRENGTH / ПРЕДЕЛ ВЫНОСЛИВОСТИ / LIMIT ENDURANCE / ELECTROLYTIC PLASMA TREATMENT

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Настека В. В., Семенова И. П., Голуб В. П.

В работе представлены результаты экспериментальных исследований по применению передовых технологий совершенствования структуры поверхностных слоев рабочих лопаток газотурбинных двигателей, применяемых в авиационной промышленности, к лопаткам горячего тракта газоперекачивающих агрегатов, эксплуатируемых в ПАО «Газпром». Исследуемый в данной работе жаропрочный никелевый сплав ЧС88У-ВИ применяется в качестве материала для изготовления рабочих лопаток конвертированных авиационных двигателей АИ-20 и Д-336, установленных в ПАЭС-2500 и ГПА-Ц-6,3 в качестве источников электроснабжения и компримирования газа соответственно. Двигатели изготавливаются на АО «Мотор Сич» (Украина). Лопатки горячего тракта являются высоконагруженными деталями, лимитирующими ресурс агрегата. Совершенствование их эксплуатационных свойств за счет увеличения стойкости поверхности при работе в условиях высоких температур позволяет повысить срок службы лопаток и соответственно увеличить межремонтный интервал газоперекачивающих агрегатов в целом. В целях повышения работоспособности лопаток проведены работы по упрочнению поверхностного слоя образцов методом ионной имплантации. Результаты исследований микроструктуры и механических свойств сплава с модифицированной поверхностью подтверждают возможность использования данного подхода при изготовлении и ремонте газовых турбин на предприятиях ПАО «Газпром» для повышения эффективности их работы.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Настека В. В., Семенова И. П., Голуб В. П.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Influence of integrated electrolytic plasma and ion-implantation modification on the operational properties of the heat-resistant nickel alloy ChS88U-VI

The article presents the results of experimental studies on the application of advanced technologies for improving the structure of the surface layers of moving blades of gas-turbine engines used in the aviation industry to the blades of the hot gas path of gas-pumping units used in Gazprom PJSC. The heat-resistant nickel alloy ChS88U-VI investigated in this work is used as a material for manufacturing blades of converted AI-20 and D-336 aircraft engines installed in PAES-2500 and GPA-Ts-6,3 as sources of electricity supply and gas compression, correspondingly. Engines are manufactured at Motor Sich JSC (Ukraine). Blades of the hot gas path are highly loaded parts, limiting the life of the unit. The increase in their performance due to the increase in surface resistance during operation in high-temperature conditions makes it possible to increase the service life of the blades and, respectively, to increase the repair interval of the gas pumping units as a whole. The hardening of the surface layer of the samples by ion implantation was carried out in order to increase the efficiency of the blades. The results of investigations of the microstructure and mechanical properties of the alloy with modified surface confirm the possibility of using this approach in the manufacture and repair of gas turbines at the enterprises of Gazprom PJSC in order to increase the efficiency of their operation.

Текст научной работы на тему «Влияние комплексного электролитноплазменного и ионно-имплантационного модифицирования на эксплуатационные свойства жаропрочного никелевого сплава чс88у-ви»

ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСНОГО ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННОГО И ИОННО-ИМПЛАНТАЦИОННОГО МОДИФИЦИРОВАНИЯ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ЖАРОПРОЧНОГО НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА ЧС88У-ВИ

УДК 669.245+620.1

В.В. Настека, ПАО «Газпром (Санкт-Петербург, РФ) И.П. Семенова, ФГБОУ ВО «Уфимский государственный авиационный технический университет» (Уфа, РФ) В.П. Голуб, к.т.н., ПАО «Газпром», [email protected]

В работе представлены результаты экспериментальных исследований по применению передовых технологий совершенствования структуры поверхностных слоев рабочих лопаток газотурбинных двигателей, применяемых в авиационной промышленности, к лопаткам горячего тракта газоперекачивающих агрегатов, эксплуатируемых в ПАО «Газпром».

Исследуемый в данной работе жаропрочный никелевый сплав ЧС88У-ВИ применяется в качестве материала для изготовления рабочих лопаток конвертированных авиационных двигателей АИ-20 и Д-336, установленных в ПАЭС-2500 и ГПА-Ц-6,3 в качестве источников электроснабжения и компримирования газа соответственно. Двигатели изготавливаются на АО «Мотор Сич» (Украина).

Лопатки горячего тракта являются высоконагруженными деталями, лимитирующими ресурс агрегата. Совершенствование их эксплуатационных свойств за счет увеличения стойкости поверхности при работе в условиях высоких температур позволяет повысить срок службы лопаток и соответственно увеличить межремонтный интервал газоперекачивающих агрегатов в целом. В целях повышения работоспособности лопаток проведены работы по упрочнению поверхностного слоя образцов методом ионной имплантации. Результаты исследований микроструктуры и механических свойств сплава с модифицированной поверхностью подтверждают возможность использования данного подхода при изготовлении и ремонте газовых турбин на предприятиях ПАО «Газпром» для повышения эффективности их работы.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ЖАРОПРОЧНЫЙ СПЛАВ, ИОННАЯ ИМПЛАНТАЦИЯ, ЭЛЕКТРОЛИТНО-ПЛАЗМЕННАЯ ОБРАБОТКА, МОДИФИЦИРОВАННАЯ ПОВЕРХНОСТЬ, МИКРОСТРУКТУРА, ДЛИТЕЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ, ПРЕДЕЛ ВЫНОСЛИВОСТИ.

Качество поверхностного слоя материала лопаток газоперекачивающих агрегатов (ГПА) из жаропрочных сплавов оказывает существенное влияние на предел выносливости и коррозионную стойкость указанных деталей. Для повышения эксплуатационных характеристик лопаток ГПА используются различные методы защитно-упрочняющей обработки их поверхностного слоя. Одним из перспективных и уже хорошо зарекомендовавших себя для упрочнения деталей методов

обработки поверхностного слоя материала деталей является ионная имплантация [1-3].

Метод ионной модификации, как показано в ряде работ [1-7], может существенным образом изменить физико-химическое состояние поверхности и, как следствие, повысить эксплуатационные свойства лопатки в целом. Целенаправленно выбирая атомы легирующей примеси и режимы облучения, с помощью метода ионной имплантации можно обеспечить высокую прочность

поверхностного или подповерхностного слоя, изменить концентрацию и пространственное распределение дислокаций и иных дефектов структуры, обеспечить формирование мелкодисперсных высокопрочных выделений.

По сравнению с традиционными методами химико-термической обработки ионная имплантация позволяет в десятки раз сократить время и резко понизить температуру обработки. Важным преимуществом метода является отсутствие явной границы раздела фаз,

Nasteka V.V., Gazprom PJSC (Saint Petersburg, Russian Federation)

Semenova I.P., Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education "Ufa State Aviation Technical University" (Ufa, Russian Federation)

Golub V.P., Candidate of Sciences (Engineering), Gazprom PJSC, [email protected]

Influence of integrated electrolytic plasma and ion-implantation modification on the operational properties of the heat-resistant nickel alloy ChS88U-VI

The article presents the results of experimental studies on the application of advanced technologies for improving the structure of the surface layers of moving blades of gas-turbine engines used in the aviation industry to the blades of the hot gas path of gas-pumping units used in Gazprom PJSC.

The heat-resistant nickel alloy ChS88U-VI investigated in this work is used as a material for manufacturing blades of converted AI-20 and D-336 aircraft engines installed in PAES-2500 and GPA-Ts-6,3 as sources of electricity supply and gas compression, correspondingly. Engines are manufactured at Motor Sich JSC (Ukraine).

Blades of the hot gas path are highly loaded parts, limiting the life of the unit. The increase in their performance due to the increase in surface resistance during operation in high-temperature conditions makes it possible to increase the service life of the blades and, respectively, to increase the repair interval of the gas pumping units as a whole. The hardening of the surface layer of the samples by ion implantation was carried out in order to increase the efficiency of the blades. The results of investigations of the microstructure and mechanical properties of the alloy with modified surface confirm the possibility of using this approach in the manufacture and repair of gas turbines at the enterprises of Gazprom PJSC in order to increase the efficiency of their operation.

KEYWORDS: HEAT-RESISTANT ALLOY, I STRENGTH, LIMIT ENDURANCE.

I IMPLANTATION, ELECTROLYTIC PLASMA TREATMENT, MODIFIED SURFACE, MICROSTRUCTURE, LONG-TERM

заметного изменения размеров детали [1-7]. Данное обстоятельство позволяет исключить проблемы, которые приходится решать при разработке технологии нанесения покрытия, такие как обеспечение адгезионной прочности, минимального влияния на прочностные свойства детали, совместимости с основой.

Вместе с тем применительно к лопаткам ГПА из жаропрочного никелевого сплава ЧС88У-ВИ, который достаточно широко используется для производства лопаток ГПА, такие исследования в настоящее время отсутствуют. С учетом крайней важности возможности повышения ресурса работы существующих и перспективных ГПА проведение таких исследований является важной научно-технической задачей.

МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ

Наибольшее влияние имплантируемый ион оказывает на упрочняющую у'-фазу Ж3А1, имеющую упорядоченную гра-нецентрированную кубическую решетку с атомами А1 в вершинах куба и атомами Ж, центрирую-

\ : ■ !, ияишщ

ÎOktf Х50 5С0МГП

а) а) б) b)

Рис. 1. Шероховатость поверхности сплава ЧС88У-ВИ: а) до ЭПП; б) после ЭПП Fig. 1. Surface roughness of the ChS88U-VI alloy: a) before electrolytic plasma processing; b) after electrolytic plasma processing

щими грани [8]. Лантан образует достаточно большую область твердых растворов с никелем и алюминием. Учитывая значительную разницу в атомных радиусах La и А1, N1 ионная имплантация позволит упрочнить сплав за счет значительного искажения решетки у'-фазы.

После постимплантационного отжига метастабильный поверхностный слой будет стремиться к термодинамическому равновесию. Возможно образование интерметаллидов как с никелем (Ьа№2, 1_а№3, 1_аЖ4, 1_а№5), так и с алюминием ^аА|, LaAl2, LaAl4,

La3Al2). При этом лантан образует оксиды Ьа203 и фазы перов-скитового типа LaMe03 с высокой степенью стехиометрии, где Ме - входящий в подложку элемент, например А1. В связи с этим для ионно-имплантационной обработки сплава ЧС88У-ВИ были выбраны ионы La+ и Yb+.

Практика обработки деталей в машиностроении показывает, что для модификации физико-химических свойств металлов необходимы достаточно высокие дозы ионов Д = 1017-1018 ион/см2 [1-3]. При таких дозах все атомы имплантированного слоя за

а) a)

15,0 10,0 5,0

L 0,0

-5,0 -10,0

л

л А

/ lU/tr 1 А ft MJW

7 V жг '1 l'y и г W V [1

V I У

0,0

0,2

0,4

0,6

Длина профиля, мм Profile length, mm

0,8

1,0

1,2

б) b)

0,8 z 0,6 i Е 0,4 'S £ 0,2 S jf 0,0 | 1 -0Л i 1r -0,6 1 £ -0,8 CO in À

/Г _J, HhA -4

fVJT it L

/ V /V \ 7 T \

I_1 X / \ / _\ _/ \

t 7Z ТГ _WjJ (lAkJ \

V yf

- I,U -1,2 -1,4 0,0 0,2 0,4 0,6 0 Длина профиля, мм Profile length, mm 8 1 0 1,2

Рис. 2. Профилограммы исследуемых образцов: а) до ЭПП; б) после ЭПП Fig. 2. Profilograms of the test samples: a) before electrolytic plasma processing; b) after electrolytic plasma processing

5500 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000

Исходное значение Initial value

5-10" 1-1017 2-1Ü17 5-10"

Д, ион/см2 Д, ion/cmz

• ЗПП + La* АЭПП + Yb* 0 La* i Yb*

Рис. 3. Влияние дозы имплантируемого иона Д на микротвердость поверхности имплантируемых образцов H^

Fig. 3. Influence of the implantation dose Д on the microhardness of the surface of the implanted samples H

время облучения при комнатной температуре могут быть неоднократно смещенными из своих положений равновесия, что приводит к более заметным структурным изменениям. В процессе дальнейшей термообработки, когда междоузельные атомы и вакансии достаточно подвижны, дефекты структуры частично ан -нигилируют в имплантированном слое, представляющем собой пересыщенный твердый раствор, происходит выделение дополнительных фаз в соответствии с равновесными фазовыми диаграммами, а также образование оксидов.

В качестве постимплантаци-онной термообработки целесообразно рассматривать средний интервал температур 700-1000 °C, который используется при старении никелевых жаропрочных сплавов для снятия поверхностных напряжений, стабилизации и регуляризации кубических частиц у'-фазы [9].

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ

В качестве объекта исследования были взяты образцы из сплава ЧС88У-ВИ, полученные по технологии изготовления лопаток турбины методом равноосной кристаллизации.Образцы подвергались стандартной термической обработке.

Для ионно-имплантационной обработки сплава ЧС88У-ВИ были выбраны следующие режимы проведения ионной имплантации: имплантируемые ионы La+ и Yb+; энергия E = 40 кэВ; плотность тока J = 20-40 мкА/см2; Д от 5Ю16 до 5.1017 ион/см2. Режимы постим-плантационного отжига: вакуум Р = 310-3 мм рт. ст.; время выдержки в печи 2 ч; СЭВ 5,5; температура нагрева от 750 до 1000 °C. Перед упрочнением ионной имплантацией образцы подвергались электролитно-плазменной обработке в составе водных растворов на основе лимоннокислых солей с pH = 5,5.

На рис. 1 представлена поверхность исследуемых образцов из сплава ЧС88У-ВИ до и после электролитно-плазменного полирования (ЭПП). Время полирования подбиралось эмпирическим путем и в процессе полирования постепенно увеличивалось до достижения нужных показателей шероховатости. В процессе ЭПП происходит сглаживание поверхности исследуемых образцов.

На рис. 2 представлен профиль шероховатости поверхности исследуемых образцов до и после ЭПП. Анализ профилограмм свидетельствует о снижении шероховатости поверхности с = 2,0 мкм в исходном состоянии до Ra = 0,3 мкм после ЭПП.

Результаты замеров микротвердости модифицированной поверхности указывают на ее повышение по сравнению с исходным состоянием (рис. 3).

При увеличении Д имплантируемого иона до значения 1017 ион/см2. (рис. 3) микротвердость повышается, что связано с увеличением числа радиационных дефектов, а при дальнейшем увеличении Д до 21017 ион/см2 (1_а+) и 51017 ион/см2 (УЬ+) отмечается ее снижение, что, вероятно, обусловлено дальнейшей перестройкой дефектов решетки [3, 4]. Максимальный эффект упрочнения наблюдается при Д = 11017 ион/см2, при которой наблюдается максимальное насыщение поверхности имплантируемыми ионами. Применение ЭПП перед ионной имплантацией позволяет незначительно (в пределах 5 %) повысить микротвердость исследуемых образцов. Дальнейшие исследования проводились для образцов, имплантированных ионами 1_а+.

Вакуумный отжиг модифицированных образцов сплава ЧС88У-ВИ при температурах 750, 850, 1000 °С приводит к повыше -нию микротвердости по сравнению с имплантированным состоянием (рис. 4).

Поскольку энергия активации для диффузии междоузельных

4500

2000

750

850 950

ТЛ

1000

1 Д = 5-10" ион/см2 Д =1-10" ион/см2 t Д = 2-10" ион/см2 Д = 5-10" ion/cm2 Д =1-10" ion/cm2 Д = 2-10" ion/cm2

Рис. 4. Влияние температуры вакуумного отжига T на микротвердость поверхности образцов, имплантируемых лантаном, H^

Fig. 4. Influence of vacuum annealing temperature T on the microhardness of the surface of samples implanted by lanthanum H

в) c) г) d)

Рис. 5. Микроструктура поверхностного слоя образцов из сплава ЧС88-ВИ после ионной имплантации: а), в) Д = 51016 ион/см2; б), г) Д = 140" ион/см2 Fig. 5. Microstructure of the surface layer of samples from the alloy ChS88-VI after ion implantation: a), c) Д = 5.1016 ion/cm2; b), d) Д = Ы017 ion/cm2

атомов после ионной имплантации чрезвычайно мала, то в процессе отжига активизируются диффузионные термические процессы, обусловливающие появление дополнительных факторов

упрочнения при взаимодействии потоков имплантируемых ионов с потоками дефектов матрицы, образование зон предвыделе-ний вторых фаз, а также твер-дорастворного упрочнения [1-7].

в) С) г) d)

Рис. 6. Микроструктура поверхностного слоя сплава ЧС88-ВИ после ионной имплантации и вакуумного отжига (РЭМ, режим Compo): а) Д = 51016 ион/см2, Т = 750 °C, 2 ч; б) Д = 11017 ион/см2, Т = 750 °C, 2 ч; в) Д = 51016 ион/см2, Т = 1000 °C, 2 ч; г) Д = 11017 ион/см2, Т = 1000 °C, 2 ч

Fig. 6. Microstructure of the surface layer of the alloy ChS88-VI after ion implantation and vacuum annealing (SEM, Compo mode): a) Д = 54016 ion/cm2, Т = 750 °C, 2 h; b) Д = 1.1017 ion/cm2, Т = 750 °C, 2 h; c) Д = 5.1016 ion/cm2, Т = 1000 °C, 2 h; d) Д = 1.1017 ion/cm2, Т = 1000 °C, 2 h

а) a) б) b)

Рис. 7. Распределение лантана и фаз лантана в поверхностном слое после ионной имплантации и отжига (Д = 11017 ион/см2, Т = 750 °C, 2 ч): а) РЭМ в отраженных электронах; б) РЭМ в характеристических лучах лантана

Fig. 7. Distribution of lanthanum and lanthanum phases in the surface layer after ion implantation and annealing (Д = 11017 ion/cm2, T = 750 °C, 2 h): a) SEM in reflected electrons; b) SEM in the characteristic rays of lanthanum

Увеличение температуры отжига до 1000 °С вследствие развития процессов разупрочнения и релаксации напряжений, а также перестройки структуры сплава приводит к падению микротвердости. Максимальное повышение микротвердости наблюдается при температуре отжига 750 °С и Д = 1-1017 ион/см2.

Микроструктурный анализ имплантированной поверхности проводился на наклонных микрошлифах (угол наклона к исследуемой поверхности 1-2°) методом растровой электронной микроскопии (РЭМ). В структуре поверхностного слоя, имплантированного ионами лантана, по сравнению с исходным состояни-

ем наблюдается частичное раз-упорядочение кубических частиц упрочняющей у'-фазы, связанное с процессами образования радиационных дефектов в результате каскада столкновений и частичной перестройкой решетки [5, 6] (рис. 5).

Постимплантационный отжиг образцов в течение 2 ч при температуре 750 °С приводит к формированию мелкодисперсных частиц, равномерно распределенных по имплантируемой поверхности (рис. 6а, 6б). Средний размер частиц составляет 100 нм. По характерному свечению во вторичных электронах можно предположить, что эти частицы являются соединениями

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

типа La 0 . Повышение темперах у ~

туры отжига до 1000 °С приводит к частичному восстановлению формы и размеров упрочняющей у'-фазы. При этом видимых изме -нений частиц La по сравнению с отжигом при температуре 750 °С не наблюдается (рис. 6в, 6г).

Анализ микроструктуры модифицированной поверхности в режиме Сотро и концентрационное распределение лантана, выполненное методом микрорент-геноспектрального анализа для Д = 1.1017 ион/см2 и температуры отжига 750 °С, показывает равно -мерное распределение лантана и фаз лантана по поверхности шлифа (рис. 7).

В целях идентификации присутствующих в структуре имплантируемого слоя фаз проведен качественный рентгенофазовый анализ сплава ЧС88У-ВИ. В рентгенограмме поверхности образцов после имплантации помимо основных пиков от у- и у'-фаз присутствуют пики, соответствующие La203, а после проведения отжига дополнительно появляются пики LaAlO3. Последующее проведение вакуумного отжига интенсифицирует диффузионные процессы, атомы Ьа перемещаются от поверхности в глубь матри -цы, формируются новые оксиды и интерметаллидные фазы.

10 15 20 Расстояние от поверхности, мкм Distance from the surface, |im

' Д = 5-10" ион/см2, Г= 750 "С, 2 ч Д = 1-10" ион/см2, Т= 750 "С, 2 ч Д = 5-10" ion/cm2, Т= 750 °С, 2 h Д = 1-10" ion/cm2, Т= 750 °С, 2 h

Рис. 8. Изменение величины микротвердости H^ по глубине поверхностного слоя после ЭПП, ионной имплантации и вакуумного отжига

Fig. 8. Change in microhardness value H^ over the depth of the surface layer after electrolytic plasma processing, ion implantation and vacuum annealing

1200 1000 800 600 400

600 °C

200 400 600

Время, ч Time, h

- ЧС88У-ВИ ЧС88У-ВИ после ЭПП и ионной имплантации

ChSa8U-VI ChS88U-VI after electrolytic plasma processing

and ion implantation

Рис. 9. Влияние комплексного модифицирования поверхности на длительную прочность о

Fig. 9. Effect of complex surface modification on long-term strength о

Исследование изменения микротвердости по глубине поверхностного слоя после ионной имплантации и последующего отжига (рис. 8) показало, что ком -плексное модифицирование поверхности приводит к увеличению микротвердости поверхности на 60 % за счет образования радиа -ционных дефектов кристаллической структуры и выделения дисперсных фаз лантана типа La2O3, LaAlO3 и LaNi5. При этом толщина слоя с измененной микротвердостью достигает 25 мкм и обусловлена так называемым эффектом дальнодействия [10, 11].

Исследование эксплуатационных свойств материала ЧС88У-ВИ проводилось на образцах, обработанных при наиболее эффективных режимах: Д = М017 ион/см2; температура вакуумного отжига 750 °С (выдержка 2 ч).

Результаты сравнительных испытаний образцов из сплава ЧС88У-ВИ на длительную прочность показали (рис. 9), что при больших эксплуатационных напряжениях происходит лишь незначительное увеличение долговечности упрочненных образцов, подвергнутых ЭПП и ионной имплантации La+ по срав -нению с исходными значениями. Видимо, в области малых баз испытаний (высокие напряжения, малая долговечность), когда в процессе разрушения участвуют не только диффузионная и дислокационная ползучесть, а еще и механизмы зернограничного проскальзывания, упрочняющий эффект от ионной имплантации 1_а+ недостаточно сказывается на работоспособности сплавов. С увеличением базы испытаний наблюдается более выраженное положительное влияние комплексной обработки поверхности на жаропрочность.

Положительное влияние комплексного модифицирования поверхности сказывается и на усталостной прочности исследуемого сплава. Так, предел выносливости модифицированных об-

разцов превышает аналогичные показатели в исходном состоянии на 6 % (рис. 10).

Таким образом,ионная имплантация поверхности сплава ЧС88-ВИ 1_а+, приводящая к упрочнению твердого раствора никеля и дополнительному образованию дисперсных фаз лантана при высо-

котемпературной эксплуатации с большими временными базами вследствие диффузионных процессов, обеспечивает увеличение длительной и усталостной прочности. Полученные в данной работе закономерности справедливы также для ионной модификации поверхности сплава ионами Yb+.

Число W Number N

л ЧС8ВУ-ВИ ■ ЧС88У-ВИ после ЗПП и ионной имплантации ChS88U-VI ChSBBU-VI after electrolytic plasma processing

and ion implantation

Рис. 10. Влияние комплексного модифицирования на предел выносливости om Fig. 10. Effect of complex modification on the limit endurance о

^ ~ max

ВЫВОДЫ

Комплексное модифицирование поверхности и последующий отжиг приводят к увеличению микротвердости поверхности сплава. Микротвердость при увеличении дозы имплантации имеет экстремальный характер, с максимумом при режиме Д = 1017 ион/см2 и тем -пературе постимплантационного отжига 750 °С.

В поверхностном слое сплава ЧС88У-ВИ после ионной имплантации и последующего отжига наблюдаются равномерно распределенные дисперсные лан-тансодержащие фазы, идентифицированные как La2O3 и LaAlO3. Обнаружено изменение микротвердости материала на глубине поверхностного слоя до 25 мкм.

Усталостная и длительная прочность образцов, подвергнутых комплексному модифицированию

по разработанному режиму, выше, чем образцов в исходном состоянии. Данный факт объясняется образованием в поверхностном

слое после его модификации системы дисперсных фаз, повышающих прочностные характеристики сплава.■

ЛИТЕРАТУРА

1. Смыслов А.М., Быбин А.А., Невьянцева Р.Р., Измайлова Н.Ф. Опыт применения ионной имплантации поверхности лопаток газовых турбин из жаропрочных сплавов при их производстве и эксплуатации // Упрочняющие технологии и покрытия. 2010. № 8. С. 24-29.

2. Смыслов А.М., Гусева М.И., Новикова М.К. и др. Обеспечение эксплуатационных свойств лопаток компрессора из титановых сплавов путем ионного модифицирования поверхности на установке «Вита» // Авиационная промышленность. 1992. № 5. С. 24-26.

3. Владимиров Б.Г., Гусева М.И. Ионное легирование деталей машин. М.: МДНТП, 1984. 480 с.

4. Модифицирование и легирование поверхности лазерными, ионными и электронными пучками. М.: Машиностроение, 1987. 424 с.

5. Комаров Ф.Ф., Комаров А.Ф. Физические процессы при ионной имплантации в твердые тела. Минск: УП «Технопринт», 2001. 392 с.

6. Афанасьев Н.И., Лепакова О.К. Влияние ионной имплантации на внутреннее окисление и сопротивление ползучести сплава ЖС6У с защитным покрытием // Вестник ТГУ. Сер.: Естественные и технические науки. 2013. Т. 18. Вып. 4. С. 1714-1716.

7. Белый А.В., Симонов А.В., Ших С.К. Применение ионного легирования для повышения эксплуатационных характеристик деталей машин и оборудования. Минск: БелНИИНТИ, 1985. 45 с.

8. Базылева О.А., Аргинбаева Э.Г., Луцкая С.А. Методы повышения коррозионной стойкости жаропрочных никелевых сплавов (обзор) // Труды ВИАМ. 2018. № 4. C. 3-8.

9. Монастырская Е.В., Морозова Г.И., Власов Ю.Б. Структура, фазовый состав и свойства коррозионностойкого жаропрочного сплава ЧС88У // Металловедение и термическая обработка металлов. 2006. № 8. С. 39-44.

10. Шаркеев Ю.П., Колупаева С.Н., Гирсова Н.В. и др. Эффект дальнодействия в металлах при ионной имплантации // Металлы. 1998. № 1. С. 109-115.

11. Гусева М.И., Смыслов А.М. Эффект дальнодействия при имплантации ионов N*, В* и С* в титановый сплав // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2000. № 6. С. 68-71.

REFERENCES

1. Smyslov A.M., Bybin A.A., Nevyantseva R.R., Izmaylova N.F. Experience of Ion Implantation of Gas Turbine Blades from Refractory Alloys by Their Production and Operation. Uprochnyayushchie tekhnologii i pokrytiya = Strengthening Technologies and Coatings, 2010, No. 8, P. 24-29. (In Russian)

2. Smyslov A.M., Guseva M.I., Novikova M.K., et al. Maintenance of Operating Properties of Compressor Blades from Titanium Alloys by Means of Ionic Surface Modification on the Vita Unit. Aviatsionnaya promyshlennost = Aviation Industry, 1992, No. 5, P. 24-26. (In Russian)

3. Vladimirov B.G., Guseva M.I. Ionic Alloying of Machine Parts. Moscow, Moscow House of Scientific and Technical Promotion, 1984, 480 p. (In Russian)

4. Surface Modification and Alloying by Laser, Ion, and Electronic Beams. Moscow, Mashinostroenie, 1987, 424 p. (In Russian)

5. Komarov F.F., Komarov A.F. Physical Processes during Ion Implantation in Solids. Minsk, UP "Technoprint", 2001, 392 p. (In Russian)

6. Afanasyev N.I., Lepakova O.K. Influence of Ion Implantation on Internal Oxidation and Creep Resistance of ZhS6U Alloy with Protective Coating. Vestnik Tambovskogo universiteta = Bulletin of the Tambov State University, Series of Natural and Technical Sciences, 2013, Vol. 18, Iss. 4,

P. 1714-1716. (In Russian)

7. Belyy A.V., Simonov A.V., Shikh S.K. Application of Ion-Implant Doping to Improve the Performance Characteristics of Machine Parts and Equipment. Minsk, Belarusian Scientific Research Institute of Scientific and Technical Information and Technical and Economic Research, 1985, 45 p. (In Russian)

8. Bazyleva O.A., Arginbaeva E.G., Lutskaya S.A. Ways of Increasing Corrosion Resistance of Superalloys (Review). Trudy VIAM = Proceedings of VIAM, 2018, No. 4, P. 3-8. (In Russian)

9. Monastyrskaya E.V., Morozova G.I., Vlasov Yu.B. Structure, Phase Composition and Properties of Corrosion-Resist Refractory Alloy ChS88U. Metal Science and Heat Treatment, 2006, № 7-8, P. 368-373.

10. Sharkeev Yu.P., Kolupaeva S.N., Girsova N.V., et al. Effect of Long-Range Action in Metals during Ion Implantation. Metally = Metals, 1998, No. 1, P. 109-115. (In Russian)

11. Guseva M.I., Smyslov A.M. Effect of Long-Range Action during Implantation of N*, B* and C* ions in the Titanium Alloy. Poverkhnost. Rentgenovskie, sinkhrotronnye i neytronnye issledovaniya = Journal of Surface Investigation: X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques, 2000, No. 6, P. 68-71. (In Russian)

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.