Исследование топографии и морфологии упрочняющих фаз в жаропрочном никелевом сплаве при его модифицировании

Перспективные материалы и технологии в аэрокосмической отрасли

где Qn - предельное значение степени деформации сдвига, зависящие от Р (показателя напряженного состояния), при достижении которого возникает разрушение металла, т. е. зарождаются трещины. Функция Qn (Р) - называется кривой предельной пластичности, которую можно определить опытным путем.

Таким образом, Б, ф и остаточные деформации являются основными механическими параметрами состояния поверхностного слоя при изготовлении труб волноводов методом многостороннего деформирования.

Программа нагружения Q = Q(P) с механической точки зрения характеризует процесс формирования поверхностного слоя. Степень деформации сдвига 8 и показатель напряженного состояния Р определяют механизм формирования поверхностного слоя и име-

ют физическую связь с такими показателями поверхностного слоя, как твердость НУ, остаточные напряжения, степень исчерпания запаса пластичности металла ф , существенно влияющие на структуру токо-проводящего скин-слоя канала волновода.

Библиографические ссылки

1. Трифанов И. В., Стерехов И. В. Исследование технологических параметров при изготовлении труб волноводов малого диаметра // Вестник СибГАУ. 2008. Вып 2(19). С. 160-163.

2. Смелянский В. М., Блюментштейн В. Ю. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей на основе оценки программы нагружения поверхностного слоя // Радиотехнический журнал (приложение). № 9. 2003. С. 15-17.

I. V. Trifanov, P. A. Perfiliev, L. A. Oborin, I. V. Sterehov Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

MECHANICAL PARAMETERS OF A CONDUCTIVE SURFACE LAYER IN PRODUCTION OF PIPES BY THE METHOD OF MULTI-WAVEGUIDE DEFORMATION

The authors consider constrain of mechanical parameters of a mechanism offorming a conductive surface layer of the waveguide channel in the manufacture of the method of multi-strain.

© Трифанов И. В., Перфильев П. А., Оборина Л. И., Стерехов И. В., 2011

УДК 669.046.516

Ю. О. Филиппов, Е. Н. Еремин, А. С. Шевляков Омский государственный технический университет, Россия, Омск

ИССЛЕДОВАНИЕ ТОПОГРАФИИ И МОРФОЛОГИИ УПРОЧНЯЮЩИХ ФАЗ В ЖАРОПРОЧНОМ НИКЕЛЕВОМ СПЛАВЕ ПРИ ЕГО МОДИФИЦИРОВАНИИ

Рассмотрено влияние наночастиц карбонитрида титана на структуру и свойства жаропрочного сплава. Показано, что при модифицировании резко уменьшаются размеры дендритов, улучшается морфология и топография упрочняющих фаз, что повышает жаропрочность металла, структурную стабильность и длительную прочность сплава.

Жаропрочные никелевые сплавы широко используются в авиационном двигателестроении для изготовления литых лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ). Работы по повышению качественных характеристик турбинных лопаток весьма актуальны. В этом отношении перспективно применение модифицирования частицами тугоплавких соединений, приводящее к изменению эксплуатационных характеристик изделий из жаропрочных сплавов [1]. В связи с этим было проведено исследование влияния инокулирующего модифицирования на структуру, морфологию и топографию фаз сплава ЖС6У. Применяли модификатор, состоящий из частиц инокулятора и протектора, в качестве которых использовали порошки карбонитрида титана и титана с никелем.

Важными факторами, определяющими качество и служебные свойства жаропрочных сплавов, являются состояние границ зерен, их величина, степень однородности и морфология и топография упрочняющих фаз.

Микроструктура литого немодифицированного металла состоит из дендритов, карбидов, интерметал-лидов, частиц у'-фазы и эвтектических фаз, располагающихся в межосных пространствах и вблизи границ зерен (рис. 1). Включения карбидов в виде каркасов сплошной скелетообразной формы располагаются преимущественно по границам зерен и имеют протяженность до 50 мкм (рис. 1, а). Карбиды подобной морфологии оказывают отрицательное влияние на свойства никелевых сплавов [2]. Введение в сплав 0,5 % модификатора приводит к существенному из-

Решетневские чтения

менению как получаемой структуры, так и морфологии и топографии карбидной фазы (рис. 1, б). При этом происходит резкое измельчение макрозерна, устраняется столбчатость зерен и разнозернистость. Карбиды приобретают компактную равноосную форму, равномерно распределяются по объему зерна и имеют размер 4-8 мкм. Такие морфология и топография карбидной фазы измельчают структуру и повышают химическую стабильность у-матрицы, что должно оказывать благоприятное воздействие на длительную прочность сплава.

а б

Рис. 1. Карбидная фаза сплава ЖС6У: а - немодифицированного; б - модифицированного

Жаропрочность сплавов, упрочненных когерентными с матрицей выделениями упорядоченной у'-фазы, зависит от состояния этой фазы, кинетики изменения структуры и в значительной степени определяется термодинамической устойчивостью системы (У+г ). Электронно-микроскопические исследования показали, что наблюдается сильная неоднородность дисперсности и морфологии частиц вторичной у'-фазы в масштабах дендритной ячейки литого немодифицированного сплава ЖС6У. В осях дендритов выделяются мелкие и регулярные по форме выделения у'-фазы, а в межосных пространствах - значительно более грубые частицы неправильной морфологии (рис. 2). Наряду с мелкими частицами (0,8 мкм) у'-фазы имеются крупные, скоагулированные выделения (свыше 4 мкм), по границам которых возникают и распространяются микротрещины. Такая структура металла обуславливает растворение у'-фазы в у-твер-дом растворе при высоких температурах, что приводит к разупрочнению сплава и понижению его жаропрочности.

а б

Рис. 2. Упрочняющая у'-фаза (х18000) в немодифицирован-ном (а) и модифицированном (б) сплавах

Модифицирование формирует более дискретные мелкодисперсные выделения у'-фазы большей частью квадратной либо прямоугольной формы. При введении 0,01 % карбонитрида титана размер выделений у'-фазы составляет 0,8-1,2 мкм, при давлении 0,03 % тугоплавких частиц - 0,4-0,6 мкм. При дальнейшем увеличении концентрации тугоплавких частиц у'-фаза достигает размеров в 0,2-0,3 мкм с большой плотностью упаковки в матрице. Выделения у'-фазы выравниваются по размерам, их форма после длительных испытаний не изменяется и располагаются они вдоль кристаллографических плоскостей с очень малым расстоянием между ними.

Таким образом, изменения сплава в процессе модифицирования обусловливают соответствующие изменения его механических и жаропрочных свойств. Практическая реализация метода комплексного модифицирования жаропрочных сплавов при изготовлении литых изделий может повысить долговечность лопаток турбин и обеспечить увеличение ресурса работы газотурбинных двигателей.

Библиографические ссылки

1. Фаткулин О. Х., Офицеров А. А. Модифицирование жаропрочных никелевых сплавов дисперсными частицами тугоплавких соединений // Литейное производство. 1993. № 4. С. 13-14.

2. Прогнозирование влияния структурных факторов на механические свойства жаропрочных сплавов / А. В. Логунов, Н. В. Петрушин, Е. А. Кулешова, Ю. М. Должанский // МиТОМ. 1981. № 6. С. 16-20.

Y. О. Filippov, Е. N. Eremin, А. S. Shevlyakov Omsk State Technical University, Russia, Omsk

RESEARCH OF TOPOGRAPHY AND MORPHOLOGY OF HARDENABLE PHASES OF A HEAT RESISTING NICKEL ALLOY AT ITS MODIFYING

Influence of nanoparticle of titanium carbonitride on structure and properties of a heat resisting alloy are considered. It is revealed that at modifying sizes of dendrites are abruptly descreased, the morphology and topography ofphases is bettered what stipulates increased high-temperature strength of metal and increases structural stability and continuous toughness of alloy.

© Филиппов Ю. О., Еремин Е. Н., Шевляков А. С., 2011