Дослідження впливу танталу на структуру і властивості сплаву ЗМІ-3У

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Вступ

Актуальність теми. Газопроводи України, що транспортують газ для власного споживання з Російської Федерації та на експорт у Молдову і Західну Європу, оснащені більш ніж на 80% парку імпортними газоперекачувальними агрегатами ГТК-10І та ГТК-25І (виробництво «Дженерал електрик», США). Підтримка їх у робочому стані вимагає періодичної заміни деталей, що відробили свій встановлений ресурс. Найбільшою мірою це стосується робочих лопаток турбін високого тиску (ТВТ), що працюють під впливом статичних і динамічних навантажень у сукупності з впливом корозійноактивного газового середовища, що містить сірку, натрій, хлор і інші домішки. В свою чергу, це вимагає підвищення службових характеристик матеріалів гарячого тракту турбіни й, насамперед, довготривалої міцності та корозійної стійкості. Збільшення робочого ресурсу деталей здійснюється за рахунок заміни існуючих матеріалів на нові розроблені матеріали, або за рахунок модернізації складів відомих у промисловості сплавів з метою підвищення комплексу службових характеристик. Останнім часом, у зв'язку з проблемою конверсії, авіаційні моторобудівні заводи і конструкторські бюро почали широко займатися розробкою і виробництвом стаціонарних енергетичних та газоперекачувальних установок (ГПУ). Як в авіаційних газотурбінних двигунах (ГТД), так і в ГПУ нового покоління усе ширше знаходять застосування робочі лопатки з корозійностійких нікелевих сплавів зі спрямованою (моно) структурою. Крім того, дані підприємства прагнуть використовувати раніше розроблені технології й накопичений досвід щодо застосування як матеріал робочих лопаток високожароміцних авіаційних сплавів ЖС-6К, ЖС-6У, ЖС-6Ф, ЖС-26, ЖС-32.

Як показав досвід експлуатації, даний клас матеріалів надійно працює в умовах згоряння високоякісних палив за температур 1000-1100С. У сульфідно-оксидному середовищі, що виникає під час згоряння палива в стаціонарних газових турбінах, сплави даного класу схильні до інтенсивного корозійного ушкодження, для запобігання якого застосовуються захисні покриття. Сучасний комплексний підхід до легування призводить до компромісу, який повинен враховувати вплив легуючих елементів на жароміцність та стійкість до високотемпературної корозії (ВТК), з одного боку, та технологічність і економічну доцільність - з іншого. Як з технічної, так і з економічної точки зору, актуальним і перспективним напрямком є модернізація складів відомих промислових сплавів з метою підвищення комплексу службових характеристик і технологічності при застосуванні цих сплавів як зі спрямованою (моно), так і рівновісною структурою.

На сьогодні даний клас жароміцних нікелевих сплавів на робочі лопатки як до авіаційних, так і до наземних турбін приймається більшістю світових виробників як сплави подвійного призначення.

Мета і задачі дослідження. Основною метою даної роботи було оптимізація границь легування танталом сплаву ЗМІ-3У для підвищення комплексу службових характеристик і технологічності під час одержання лопаток методом спрямованої (моно) і рівновісної кристалізації.

Для досягнення зазначеної мети було необхідно:

- дослідити вплив танталу в досліджуваному діапазоні легування на температури фазових перетворень в сплаві ЗМІ-3У;

- провести порівняльні механічні випробування зразків експериментальних складів зі спрямованої (моно) і рівновісною структурою; дослідити вплив танталу на склад фаз і структурну стабільність в процесі довготривалого теплового впливу;

- провести порівняльні випробування на ВТК - стійкість зразків експериментальних складів зі спрямованою (моно) і рівновісною структурою; дослідити вплив танталу на фазовий склад продуктів корозії і опірність окремих фаз до ВТК;

- оптимізувати границі легування танталом в сплаві ЗМІ-3У на підставі узагальнення результатів комплексних досліджень і провести дослідно - технологічне випробування у промислових умовах для отримання робочих лопаток зі спрямованою (моно) та рівновісною структурою.

1. Огляд літератури

На підставі літературних даних і інформації про досвід експлуатації стаціонарних газових турбін показано, що підвищення коефіцієнту корисної дії (ККД) наземних турбін постійно супроводжується підвищенням робочої температури матеріалу лопаток. Це робить дуже актуальною задачею забезпечення корозійностійких нікелевих сплавів більш високим рівнем жароміцності.

Показано, що значна відмінність у схемах легування постійно змушує робити вибір між більш високою жароміцністю в сплавах авіаційного призначення та більш високою ВТК - стійкістю в сплавах наземного призначення. Разом з тим визначено, що за останні роки істотний прогрес у підвищенні жароміцності корозійностійких нікелевих сплавів досягнуто за рахунок легування перспективними елементами - танталом і ренієм, а також за рахунок структурного фактора, перевагою якого є підвищення жароміцності й пластичності при зниженні темпів їх втрати у сплавах зі спрямованою й монокристалічною структурою. Розглянуто і проаналізовано найбільш розповсюджені схеми легування відомих жароміцних нікелевих сплавів, що використовуються в закордонній та вітчизняній промисловості з різними кристалічними структурами: рівновісною, спрямованою та монокристалічною. Показано, що обсяг інформації в промисловості дуже обмежений, тому щорічно у провідних країнах світу з'являються десятки нових патентів і публікацій. Для рішення поставлених завдань за базовий склад був обраний відомий жароміцний корозійностійкий нікелевий сплав ЗМІ-3У, який широко застосовується для лопаток наземних турбін і є промислово доступний. При визначенні діапазону легування танталом сплаву ЗМІ-3У враховувався вплив елементів, які обмежують його розчинність.

Виконаний аналіз дозволив сформулювати задачі, які було необхідно вирішити для досягнення мети досліджень.

2. Обґрунтування методик проведення експериментів

У ньому представлено інформація про експериментальні склади, а також показано, що визначення границь легування танталом сплаву ЗМІ-3У вимагає комплексного підходу до вивчення його впливу на структуру та властивості, технологічність під час отримання виливків зі спрямованою (моно) та рівновісною структурою і потребує оптимізації цих границь.

Вплив танталу на температури фазових перетворень оцінювався методом ДТА на зразках сплаву ЗМІ-3У, легованих танталом в досліджуваному діапазоні у литому стані. Отримані результати використано під час визначення для експериментальних складів індивідуальної температури гомогенізації першого ступеня tIГОМ.. Вплив танталу на характеристики міцності зразків зі спрямованою (моно) та рівновісною структурою експериментальних складів, в порівнянні зі сплавом ЗМІ-3У без танталу, визначався за стандартними методиками в діапазоні температур 800-10000С і навантажень 120-600 МПа із записом кривих повзучості. Вивчення впливу танталу в сплаві ЗМІ-3У на структуроутворення, хімічний склад фаз, структурну і фазову стабільність здійснювалось металографічним методом і методом МРСА.

Корозійна стійкість еспериментальних складів, у порівнянні зі сплавом ЗМІ-3У без танталу, оцінювалась за результатами іспитів зразків зі спрямованою (моно) і рівновісною структурою у розтопі солей (75% Na2SO4 + 25% NaCl), а також з нанесенням шару синтетичної золи (Na2SO4 - 66,2%; Fe2O3 - 20,4%; Ni - 8,3%; Ca - 3,3%; V2O5 - 1,8%), що найбільш повно імітує продукти згоряння газотурбінного палива. Час витримки зразків у контакті з розтопом солей і синтетичною золою за температури 8500С складав 500 годин. Стійкість еспериментальних складів до ВТК визначалася за середньою швидкістю корозії та глибиною сумарного корозійного проникнення. Визначення впливу танталу на фазовий склад продуктів корозії і опірність окремих фаз до ВТК здійснювалось методом рентгеноструктурного і металографічного аналізу.

Прогнозування фазової стабільності еспериментальних складів, легованих танталом в досліджуваному діапазоні, у порівнянні зі сплавом ЗМІ-3У без танталу, здійснювалось розрахунковим методом «ФАКОМП».

Прогнозування довготривалої міцності розробленого сплаву ЗМІ-3УМ, оптимально легованого танталом, у порівнянні зі сплавом ЗМІ-3У без танталу зі спрямованою (моно) та рівновісною структурою здійснювалось за формулою Міллера - Ларсона:

P = T 10-3 (C + lg ), (1)

де - час до руйнування, г;

Т - температура у градусах Кельвіна;

С - універсальна постійна, для всіх матеріалів складає 20.

3. Результати досліджень впливу танталу в сплаві ЗМІ-3У у діапазоні легування (1-5%) за масою на температури фазових перетворень; формування структури до і після термообробки; короткочасну та довготривалу міцність зразків зі спрямованою (моно) та рівновісною структурою; хімічний склад фаз; структурну і фазову стабільність в процесі довготривалого теплового впливу

Встановлено, що при вмісті танталу 4,8% за масою у сплаві ЗМІ-3У (склад «5»), підвищуються температури початку (tП.Р.) і кінця (tК.Р.) розчинення гґ- фази на 110С та 75С відповідно, евтектичних перетворень (tЭВТ.) на 50С. При цьому, температура солідуса (tS) залишається стабільною, а ліквідуса (tL) - знижується на 30С. За рахунок зниження температури ліквідуса (tL), за стабільної температури солідуса (tS), звужується інтервал кристалізації Дt1 = tL - tS на 30С. Визначено, що збільшення вмісту танталу на 1% за масою у дослідженому діапазоні легування сплаву ЗМІ-3У призводить до підвищення температури кінця розчинення (tК.Р.) - фази на 15С.

Тому, для експериментальних складів оптимальними температурами гомогенізації першого ступеня вважалися температури, які індивідуально призначалися за формулою:

tIГОМ. = tК.Р. + 15С.

Ці температури знаходяться усередині температурного інтервалу Дt2 = tЕВТ. - tК.Р. З урахуванням технологічної температури нанесення захисного покриття, всім експериментальним складам було проведено II-й ступень гомогенізації tIIГОМ. за температури 105C.

В порівнянні зі структурним станом до термообробки, після проведення двохступеневої гомогенізації, в структурі експериментальних складів була сформована більш рівноважна та стабільна структура. При охолодженні між ступенями на повітрі в структурі експериментальних складів було забезпечено виділення більшої кількості бімодальної - фази і значно зменшилась кількість метастабільних фаз.

Визначено, що за рахунок структурного фактора, під час порівняльних випробувань на короткочасну міцність, монокристалічні зразки всіх експериментальних складів перевищували аналогічні зразки з рівновісною структурою за показниками: границі міцності в 1,3 разу, границі текучості в 1,4 разу, пластичності у 1,5 разу. Встановлено, що кращу короткочасну міцність при температурах випробувань 200, 8000, 9000 і 1000С мали зразки сплаву ЗМІ-3У з 3,9% танталу, як зі спрямованою (моно), так і з рівновісною структурою. При цьому, зразки сплаву ЗМІ-3У з 3,9% танталу (склад «4») перевищували аналогічні зразки сплаву ЗМІ-3У без танталу (склад «0») за показниками: границі міцності на 150-200 МПа, границі текучості на 200-250 МПа. У порівнянні зі сплавом ЗМІ-3У без танталу, в монокристалічних зразках сплаву ЗМІ-3У з 3,9% танталу пластичність нижче на 4-6%, в зразках рівновісної кристалізації на 6-8%.

Визначено, що за всіх температур випробувань на 100- і 1000- годинну довготривалу міцність, за рахунок структурного фактору, монокристалічні зразки при більшому навантаженні на 20-30 МПа мали однаковий час до руйнування що й рівновісні зразки. При цьому, зразки складу ЗМІ-3У з 3,9% танталу, як з монокристалічною, так і з рівновісною структурою, при більшому на 70-80 МПа навантаженні, мали однаковий час до руйнування, що і аналогічні зразки сплаву ЗМІ-3У без танталу.

Мікрорентгеноспектральним фазовим аналізом встановлено, що з підвищенням вмісту танталу в сплаві ЗМІ-3У в дослідженому діапазоні легування (1-5%), збільшується його концентрація у складі фаз. При цьому, в складі евтектики + знижується концентрація вольфраму, алюмінію і титану, в порівнянні зі сплавом ЗМІ-3У без танталу. Концентрація хрому, кобальту, молібдену залишається стабільною і не залежить від вмісту танталу в експериментальних складах. В складі гґ- фази підвищується концентрація кобальту, і знижується концентрація алюмінію, титану і молібдену, у порівнянні зі сплавом ЗМІ-3У без танталу. Концентрація хрому та вольфраму залишається стабільною і не залежить від вмісту танталу в експериментальних складах. В складі карбідної фази концентрація танталу значно підвищується, при значному зниженні концентрацій титану і вольфраму, у порівнянні зі сплавом ЗМІ-3У без танталу.

Порівняльні дослідження мікроструктури під час теплового впливу за температури t = 850С протягом 5000 годин показали, що в структурі сплаву ЗМІ-3У без танталу і сплаву ЗМІ-3У з 3,9% танталу, який показав кращі характеристики міцності, не спостерігається суттєвої різниці у швидкості зміни морфології і розмірів часток г- фази. Відстань між частками залишається рівномірною, що вказує на однакову швидкість протікання дифузійних процесів. Під час теплового впливу за температури t = 9500С протягом 5000 годин порівняльні дослідження мікроструктури показали, що в структурі ЗМІ-3У з 3,9% танталу процес коагуляції часток гґ- фази відбувається менш інтенсивно, ніж в сплаві ЗМІ-3У без танталу. Це пояснюється присутністю танталу у хімічному складі гґ- фази, який суттєво знижує швидкість коагуляції часток за рахунок зменшення дифузійного руху елементів, що входять до її складу. Встановлено, що в порівнянні зі сплавом ЗМІ-3У з 3,9% танталу, в структурі сплаву ЗМІ-3У без танталу швидше відбувається процес коагуляції часток г- фази (втрата правильної геометричної форми) за рахунок більш інтенсивних дифузійних процесів. Така деградація структури призводить до прискорення темпу зниження характеристик міцності і пластичності.

Результати розрахунків прогнозування фазової стабільності експериментальних складів методом «ФАКОМП» за показникамиNV - факторів - твердих розчинів показали, що всі досліджені склади є - і - безпечними, бо мають менші значення (2,01 - 2,38), ніжNV 2,49. Разом з тим визначено, що в сплаві ЗМІ-3У з 4,8% танталу (склад «5») при значенніNV = 2,38 підвищується структурна неоднорідність, знижується фазова стабільність за рахунок підвищення верогітності виділення надлишкових фаз типу Ni8Ta, Ni3Ta (-фаза) пластинчастої морфології.

4. Визначення впливу танталу в сплаві ЗМІ-3У в дослідженому діапазоні легування (1-5%) на параметри корозійної стійкості, фазовий склад продуктів корозії, опірність окремих фаз до ВТК

Показано, що за однаковим хімічним складом зразків зі спрямованою (моно) і рівновісною структурою та однаковими умовами випробувань, різниця в швидкості корозії обумовлюється структурним фактором.

Показано, що за температури випробувань t = 850С протягом 500 годин монокристалічні зразки, завдяки відсутності в структурі границь зерен, за ВТК - стійкістю перевищують аналогічні зразки з рівновісною кристалізацією у 2,2 разу в розтопі солей та у 1,9 разу в синтетичній золі.

Визначено, що найменшу швидкість корозії в обох середовищах мали зразки сплаву ЗМІ-3У з 2,8% танталу (склад «3») як зі спрямованою (моно), так і з рівновісною структурою. Встановлено, що зразки сплаву ЗМІ-3У з 2,8% танталу з рівновісною структурою кородують зі швидкістю Vq = 2,910-5 г/м2с у розтопі солей (рис. 4а) таVq = 4,010-5 г/м2с у синтетичній золі (рис. 5а). Монокристалічні зразки кородують зі швидкістюVq = 1,310-5 г/м2с у розтопі солей (рис. 4б) таVq = 2,110-5 г/м2с у синтетичній золі(рис. 5б). В порівнянні зі сплавом ЗМІ-3У без танталу, швидкість корозії зразків сплаву ЗМІ-3У з 2,8% танталу знижується в 1,9 разу у розтопі солей та в 1,7 разу у синтетичній золі. При вмісті танталу 4,8% в сплаві ЗМІ-3У (склад «5») швидкість корозії збільшується у 1,3 разу в обох корозійних середовищах, в порівнянні зі сплавом ЗМІ-3У з 2,8% танталу, що пов'язане із зниженням поверхневої стабільності в результаті підвищення структурної неоднорідності. Сплав ЗМІ-3У з 3,9% танталу, що показав кращі показники міцності, мав нижчу швидкість корозії в 1,7 разу у розтопі солей та в 1,4 разу у синтетичній золі, в порівнянні зі сплавом ЗМІ-3У без танталу, при цьому незначно поступаючись сплаву ЗМІ-3У з 2,8% танталу - в 1,1 разу у розтопі солей та в 1,2 разу у синтетичній золі.

Дослідження мікроструктури поверхневого шару зразків експериментальних складів показало, що з підвищенням вмісту танталу в сплаві ЗМІ-3У у дослідженому діапазоні легування (1-5%) спостерігається здрібнювання сульфідів і зниження глибини корозійного проникнення. Найменшу сумарну глибину корозійного проникнення hk мали зразки сплаву ЗМІ-3У з 2,8% танталу: в розтопі солей 15 мкм, в синтетичній золі 20 мкм. В порівнянні зі сплавом ЗМІ-3У без танталу, глибина корозійного проникнення в зразках сплаву ЗМІ-3У з 2,8% танталу знижується у 2,0 - 2,5 разу після випробувань в обох корозійних середовищах. При вмісті танталу 4,8% в сплаві ЗМІ-3У (склад «5») глибина корозійного проникнення збільшується в 1,3 разу, в порівнянні із зразками сплаву ЗМІ-3У з 2,8% танталу, в обох середовищах. В результаті досліджень фазового складу продуктів корозії, що сформувалися на поверхні зразків після випробувань в обох корозійних середовищах, було встановлено, що з підвищенням вмісту танталу в сплаві ЗМІ-3У у дослідженому діапазоні легування, в складі продуктів ВТК знижується концентрація шпінелі NiOCr2O3, оксиду NiO та сульфідів CoS2 і Cr2S3. Одночасно підвищується концентрація оксидів Cr2O3 і Ta2O5 та сульфіду TaS2.

Встановлено, що в процесі формування продуктів ВТК, в порівнянні зі сплавом ЗМІ-3У без танталу, підвищення вмісту танталу в дослідженому діапазоні легування призводить до гальмування процесів утворення оксиду NiО і сульфіду Ni3S2. Це відбувається завдяки стабілізації в поверхневій зоні оксидів Cr2O3 і Ta2O5, а також шпінелі NiО?Cr2O3 та сульфідів Cr2S3 і TaS2. Підвищення концентрації термодинамічно більш стійких з'єднань у фазовому складі продуктів ВТК свідчить про суттєве зниження швидкості дифузійних процесів.

Визначено, що домінуючим фактором ВТК - стійкості за температури t = 950С є опірність окремих фаз, що виходять на зовнішню поверхню зразків. Встановлено, що збільшення вмісту танталу в сплаві ЗМІ-3У у дослідженому діапазоні легування призводить до перерозподілу елементів в фазах, особливо у карбідній фазі. Дані МРСА показали, що титан, вольфрам і молібден витісняються танталом з карбідної фази у г- твердий розчин. При цьому спостерігається значне підвищення опірності часток карбідної фази проти прискореного проникнення продуктів корозії. Порівняльний аналіз результатів показав, що в зразках сплаву ЗМІ-3У без танталу і складах ЗМІ-3У з 0,9% та 1,9% танталу опір часток карбідної фази інтенсивному проникненню продуктів корозії є недостатнім через те, що частки містять підвищену сумарну концентрацію вольфраму та молібдену. На поверхні зразків складу ЗМІ-3У з 2,8% танталу місцями спостерігаються ділянки локальних корозійних пошкоджень, але кількість їх значно менша. Разом з тим, зразки складів ЗМІ-3У з 3,9% та 4,8% танталу мають гарну опірність часток карбідної фази. Пошкодження на поверхні зразків цих складів по частках карбідної фази відсутні. Результати МРСА визначили, що в частках карбідної фази складів ЗМІ-3У з 3,9% та 4,8% танталу сумарна концентрація вольфраму й молібдену значно менша і відповідає визначеним граничним умовам, щодо припустимої сумарної концентрації цих елементів (W + Mo) (14-16%).

Разом з тим встановлено, що на поверхні зразків ЗМІ-3У з 4,8% танталу (склад «5») спостерігаються окремі ділянки з досить глибоким проникненням продуктів корозії по евтектиці + та її границях, де помітно випереджено основний фронт корозії, чого не спостерігається у зразках ЗМІ-3У з 2,8% (склад «3») і з 3,9% (склад «4») танталу. Визначено, що при вмісті танталу в сплаві ЗМІ-3У 5% за масою, даний структурний фактор сприяє інтенсифікації процесів прискореного проникнення продуктів ВТК не по частках карбідної фази, а переважно по евтектиці + та її границях. Встановлено, що кращу сумарну опірність фаз до ВТК, оцінену металографічно, мали зразки складу ЗМІ-3У з 3,9% танталу. Трохи гірші показники у зразків складів ЗМІ-3У з 2,8% та 4,8% танталу, найгірші показники мали зразки сплаву ЗМІ-3У без танталу.

5. Технологічне випробування розробленого сплаву ЗМІ-3УМ, оптимально легованого танталом (3,7-4,3%) за масою, у промислових умовах під час отримання лопаток методом спрямованої (моно) та рівновісної кристалізації

В промислових умовах ВАТ «Мотор Січ» відпрацьовано технологічний процес отримання неохолоджуваних робочих лопаток ТВТ зі сплаву ЗМІ-3УМ зі спрямованої (моно) структурою до енергетичної установки MS-5001. Встановлено, що за рахунок легування танталом, в сплаві ЗМІ-3УМ звужується інтервал кристалізації Дt1 на 300С, у порівнянні зі сплавом ЗМІ-3У без танталу, що забезпечило більш високу якість виливків за макроструктурою. При цьому, на поверхні відлитих лопаток зі сплаву ЗМІ-3УМ значно зменшилася кількість дефектів: поверхневих лікваційних смуг, виклинювання прикромочних зерен, рівновісних зерен, висококутових границь зерен.

В результаті порівняльного технологічного опробування сплаву ЗМІ-3УМ з танталом і сплаву ЗМІ-3У без танталу, встановлено, що оптимальною швидкістю переміщення форми є 7 мм/хв, яка забезпечує найбільший рівень виходу придатного лиття робочих лопаток за макроструктурою. Вихід придатного лиття за макроструктурою для сплаву ЗМІ-3У без танталу склав (30-35%), для сплаву ЗМІ-3УМ з танталом - (80-85%), що було підтверджено результатами отримання дослідної партії робочих лопаток. Показано, що збільшення або зменшення швидкості переміщення форми призводить до помітного зниження рівня виходу придатного лиття за макроструктурою.

В промислових умовах ЗМКБ «Прогрес» відпрацьовано технологічний процес отримання охолоджуваних робочих лопаток ТВТ з корозійностійкого сплаву ЗМІ-3УМ з підвищеною жароміцністю зі спрямованою (моно) структурою до наземної установки Д-336. Визначено, що сплав ЗМІ-3УМ має технологічність на рівні авіаційного сплаву ЖС-26ВІ. Рівень виходу придатного лиття за макроструктурою для дослідної партії робочих лопаток склав (48-50%).

Встановлено, що за комплексом властивостей розроблений сплав ЗМІ-3УМ є перспективний для рівновісної кристалізації і рекомендований як матеріал робочих лопаток ТВТ з підвищеним експлуатаційним ресурсом до газоперекачувальних агрегатів ГТК-10І, з метою заміни широко застосовуваного сплаву ЗМІ-3У. В промислових умовах ВАТ «Мотор Січ» методом рівновісної кристалізації зі сплаву ЗМІ-3УМ було отримано дослідна партія робочих лопаток ТВТ, яка була доставлена до компресорних станцій УМГ «Черкаситрансгаз» з метою проведення натурних випробувань у газоперекачувальних агрегатах ГТК-10І в процесі довготривалої експлуатації.

Висновки

тантал тепловий високотемпературний корозія

Проведений комплекс досліджень для визначення впливу танталу на структуру і властивості сплаву ЗМІ-3У, дозволив прийти до висновків:

1. При вмісті в сплаві ЗМІ-3У 5% танталу за масою звужується інтервал кристалізації Дt1 на 300С за рахунок зниження температури ліквідусу (tL) за стабільної температури солідуса (tS). Одночасно підвищуються температури початку (t.П..Р.) і кінця (tК..Р.) розчинення гґ- фази, а також евтектичних перетворень (tЕВТ.) на 1100, 750 і 500С відповідно. При цьому звужується температурний інтервал для проведення гомогенізації першого ступеня Дt2 на 25С.

2. При збільшенні в сплаві ЗМІ-3У вмісту танталу на 1% за масою, в дослідженому діапазоні легування (1-5%), оптимальною температурою гомогенізації першого ступеня є температура, що знаходиться усередині інтервалу Дt2 = tЕВТ. - tК.Р. і відповідає формулі tIГОМ. = tК.Р. + 150С.

3. Оптимальним вмістом танталу в сплаві ЗМІ-3У, при якому досягаються кращі показники міцності зразків зі спрямованою (моно) і рівновісною структурою в температурному діапазоні 800-1000С, є 4% за масою. При вмісті танталу 5% за масою показники міцності та пластичності суттєво погіршуються як результат підвищення структурної неоднорідності та зниження фазової стабільності.

4. Оптимальним вмістом танталу в сплаві ЗМІ-3У, при якому досягаються кращі параметри ВТК - стійкості зразків зі спрямованою (моно) і рівновісною структурою за температури 8500С протягом 500 годин в розтопі солей і синтетичній золі, є 3% за масою. При вмісті танталу 5% за масою показники корозійної стійкості погіршуються як результат зниження поверхневої стабільності.

5. Узагальнення результатів комплексних досліджень дозволило оптимізувати границі легування танталом сплаву ЗМІ-3У з урахуванням пріоритету характеристик міцності, технологічності та технічних вимог до сплавів для спрямованої (моно) кристалізації стосовно ширини меж легування елементами, що визначено як (4,0 0,3%) і складає (3,7 - 4,3%) за масою. На розроблений сплав отримано патент.

6. Оптимальне легування танталом сплаву ЗМІ-3УМ покращило технологічність під час отримання робочих лопаток ТВТ до енергетичної турбіни MS-5001 методом спрямованої (моно) кристалізації, за рахунок зменшення кількості макроструктурних дефектів, що підвищило рівень виходу придатного лиття до (80-85%). В процесі отримання робочих лопаток ТВТ до наземної установки Д-336, сплав ЗМІ-3УМ показав технологічність на рівні авіаційного сплаву ЖС-26ВІ - (48-50%).

7. Підвищення комплексу службових властивостей сплаву ЗМІ-3УМ дозволить збільшити ресурс безперервної експлуатації робочих лопаток ТВТ з рівновісною структурою до газоперекачувальних агрегатів ГТК-10І у 1,5 разу, що складе 48-50 тисяч годин. Частка економічного ефекту, отриманого за рахунок проведених автором досліджень стосовно підвищення ресурсу робочих лопаток, дорівнює 200000 гривень на рік (за цінами 2007 року).

Література

1. Беликов С.Б. Исследование влияния концентраций молибдена, вольфрама и тантала на сопротивление локальному коррозионному разрушению никелевых сплавов / С.Б. Беликов, С.В. Гайдук, В.В. Кононов // Вестник двигателестроения. - 2003. - № 1. - С. 162-165.

2. Беликов С.Б. Литейные жаропрочные коррозионностойкие никелевые сплавы для монокристальных лопаток газовых турбин / С.Б. Беликов, С.В. Гайдук, В.В. Кононов // Вестник двигателестроения. - 2004. - № 1. - С. 151-154.

3. Гайдук С.В. Особенности влияния тантала на структуру и свойства никелевых сплавов / С.В. Гайдук // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2004. - № 1. - С. 16-19.

4. Беликов С.Б. О влиянии тантала на характеристические точки жаропрочных никелевых сплавов / С.Б. Беликов, С.В. Гайдук, В.В. Кононов // Вестник двигателестроения. - 2004. - № 3. - С. 99-102.

5. Влияние скорости кристаллизации и термической обработки на структуру и свойства монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов / С.В. Гайдук, В.В. Кононов И.А. Петрик [и др.] // Вестник двигателестроения. - 2005. - № 1. - С. 150-153.

6. Оценка влияния тантала на высокотемпературную коррозионную стойкость монокристаллов никелевых сплавов / А.Г. Андриенко, С.В. Гайдук, Ю.М. Федорченко [и др.] // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2005. - № 1. - С. 61-64.

7. Исследование структуры и свойств монокристаллов жаропрочного никелевого сплава с переменной концентрацией тантала до и после длительного теплового воздействия / С.В. Гайдук, В.В. Кононов, Л.К. Дорошенко [и др.] // Вестник двигателестроения.- 2005.- № 3.- С. 150-154.

Размещено на Allbest.ru