Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії на тему «Вдосконалення технології виготовлення литих деталей для авіаційного та енергетичного машинобудування»

Abstract

UK: Об'єкт дослідження – процес комплексного технологічного впливу при виготовленні та подальшій обробці литих деталей з жароміцних нікелевих сплавів, що забезпечує їх покращені відносно рівня розповсюджених серійних сплавів експлуатаційні та економічні показники та дозволяє використання для авіаційного та енергетичного машинобудування Предмет дослідження – закономірності зміни структури, фізико-механічних, жароміцних та експлуатаційних властивостей жароміцних нікелевих сплавів внаслідок зміни параметрів комплексного технологічного впливу в процесі виготовлення та подальшої обробки литих деталей з жароміцних сплавів для авіаційного та енергетичного машинобудування з покращеними експлуатаційними та економічними показниками. Наукова новизна отриманих результатів полягає в наступному. 1. Вперше теоретично із застосуванням відомих методик, проведено комплекс розрахунково-аналітичних досліджень та визначено найважливіші параметри, що характеризують структурну і фазову стабільність та працездатність ливарного жароміцного нікелевого сплаву ЖС3ДК-ВІ на різних рівнях легування. Раніше такі дані мали фрагментарний характер. Отримано основні розрахункові температурні параметри, кількість основної зміцнюючої γ'-фази, границя короткочасної і тривалої міцності жароміцного нікелевого сплаву ЖС3ДК-ВІ на різних рівнях легування. Розрахункові показники відповідають відомим практичним результатам досліджень та рівню вимог ОСТ 1.90.126-85 до сплаву ЖС3ДК-ВІ Отримані результати свідчать про достатню стабільність сплаву ЖС3ДК-ВІ та його загальну придатність для широкого застосування модифікування різними комплексами для подальшого покращення рівня фізико-механічних та експлуатаційних властивостей, підтверджують коректність застосованих параметрів температури і тиску в процесі ГІП і ТО сплаву ЖС3ДК-ВІ. 2. Отримали подальший розвиток науково-практичні уявлення про можливості використання технологічного вороття в шихті при виплавленні жароміцного нікелевого сплаву ЖС3ДК-ВІ. Показано, що якість виливків із жароміцного нікелевого сплаву ЖС3ДК-ВІ, отриманих з використанням у шихті 50%-вого вороття (після попереднього переплаву із застосуванням високотемпературної обробки розплаву), після ГІП та термічної обробки за стандартним режимом відповідає вимогам ОСТ 1.90.126-85. У процесі ГІП лопаток при температурі 1210 °С і тиску 160 МПа відбувається заліковування мікропор і рихлот, що не виходять на поверхню деталей (знаходяться у внутрішніх об’ємах металу). ГІП перед стандартною термічною обробкою позитивно впливає на комплекс фізико-механічних та експлуатаційних властивостей відповідальних литих виробів із жароміцних нікелевих сплавів для авіаційних і енергетичних силових установок. 3. Отримали подальший розвиток науково-практичні уявлення про можливості застосування різних видів модифікування при виплавленні жароміцного нікелевого сплаву ЖС3ДК-ВІ. Досліджено виливки з жароміцного нікелевого сплаву ЖС3ДК-ВІ, модифікованого ультрадисперсним порошком карбонітриду титану; ітрієм; ітрієм у комплексі з карбонітридом титану або ніобієм при різних співвідношеннях присадок у розплав Ni-Y лігатури, [Ti+Ti(C,N)] і Nb. Хімічний склад, механічні та жароміцні властивості досліджуваних зразків після ГІП та стандартної ТО задовільні та відповідають вимогам ОСТ 1.90.126-85. Мікроструктура зразків, відлитих зі сплаву ЖС3ДК-ВІ за всіма варіантами (після ГІП та ТО), характерна для нормально термообробленого стану сплаву ЖС3ДК-ВІ. Карбіди та карбонітриди виділяються у вигляді дискретних глобулярних частинок, переважно рівномірно розподілених в об'ємі металу. Встановлено найкращий ефект від комплексного модифікування ітрієм і карбонітридом титану з присадками у розплав [Ti+Ti(C,N)] – 0,075% і Ni-Y лігатури – 0,136%, що забезпечую формування найбільш сприятливої структури і значно кращі механічні та жароміцні властивості нікелевого сплаву ЖС3ДК-ВІ. В цьому випадку спостерігається подрібнення зерна, карбіди та карбонітриди виділяються у вигляді дискретних глобулярних частинок, рівномірно розподілених в об'ємі металу; межі зерен тонкі з наявністю на межах карбідів розміром, що переважно, не перевищує ~3 мкм. Це, ймовірно, сприяло підвищенню ударної в'язкості до значень 58,8 Дж/см2. EN: The object of the study is the process of complex technological influence in the manufacture and further processing of cast parts from heat-resistant nickel alloys, which provides their improved operational and economic indicators compared to the level of common serial alloys and allows their use for aviation and power engineering. The subject of the study is the regularities of changes in the structure, physical and mechanical, heat-resistant and operational properties of heat-resistant nickel alloys as a result of changing the parameters of complex technological influence in the process of manufacture and further processing of cast parts from heat-resistant alloys for aviation and power engineering with improved operational and economic indicators. The scientific novelty of the obtained results lies in the following. 1. For the first time, theoretically, using known methods, a set of computational and analytical studies was conducted and the most important parameters characterizing the structural and phase stability and operability of the cast heat-resistant nickel alloy ZhS3DK-VI at different alloying levels were determined. Previously, such data were fragmentary. The main calculated temperature parameters, the amount of the main strengthening γ'-phase, the limit of short-term and long-term strength of the heat-resistant nickel alloy ZhS3DK-VI at different alloying levels were obtained. The calculated indicators correspond to the known practical results of research and the level of requirements of OST 1.90.126-85 for the ZhS3DK-VI alloy. The obtained results indicate sufficient stability of the ZhS3DK-VI alloy and its general suitability for wide application of modification with various complexes for further improvement of the level of physical, mechanical and operational properties, confirm the correctness of the applied temperature and pressure parameters in the process of HIP and heat treatment of the ZhS3DK-VI alloy. 2. Scientific and practical ideas about the possibilities of using technological return in the charge during the smelting of the heat-resistant nickel alloy ZhS3DK-VI have been further developed. It has been shown that the quality of castings from the heat-resistant nickel alloy ZhS3DK-VI, obtained with the use of 50% rotation in the charge (after preliminary remelting using high-temperature treatment of the melt), after HIP and heat treatment according to the standard regime, meets the requirements of OST 1.90.126-85. In the process of HIP of blades at a temperature of 1210 ° C and a pressure of 160 MPa, micropores and voids that do not reach the surface of the parts (located in the internal volumes of the metal) are healed. HIP before standard heat treatment has a positive effect on the complex of physical, mechanical and operational properties of critical cast products made of heat-resistant nickel alloys for aviation and energy power units. 3. Scientific and practical ideas about the possibilities of applying various types of modification in the smelting of the heat-resistant nickel alloy ZhS3DK-VI have been further developed. Castings from the heat-resistant nickel alloy ZhS3DK-VI, modified with ultra-dispersed titanium carbonitride powder; yttrium; yttrium in complex with titanium carbonitride or niobium at different ratios of additives in the Ni-Y alloy melt, [Ti+Ti(C,N)] and Nb, have been investigated. The chemical composition, mechanical and heat-resistant properties of the studied samples after HIP and standard heat treatment are satisfactory and meet the requirements of OST 1.90.126-85. The microstructure of samples cast from the ZhS3DK-VI alloy in all variants (after HIP and heat treatment) is characteristic of the normally heat-treated state of the ZhS3DK-VI alloy. Carbides and carbonitrides are isolated in the form of discrete globular particles, mainly evenly distributed in the volume of the metal. The best effect of complex modification of titanium with yttrium and carbonitride with additives in the melt [Ti + Ti (C, N)] – 0.075% and Ni-Y ligature – 0.136% has been established, which ensures the formation of the most favorable structure and significantly better mechanical and heat-resistant properties of the ZhS3DK-VI nickel alloy. In this case, grain refinement is observed, carbides and carbonitrides are isolated in the form of discrete globular particles, evenly distributed in the volume of the metal; The grain boundaries are thin with the presence of carbides at the boundaries, the size of which does not exceed ~3 μm. This probably contributed to the increase in impact toughness to values of 58.8 J/cm2.