Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії на тему «Удосконалення технологічного процесу виготовлення литих робочих лопаток з жароміцних нікелевих сплавів для забезпечення експлуатаційних властивостей турбіни низького тиску»

Abstract

UK: Об’єкт дослідження – є технологічні процеси впливу на структуроутворення ЖНС для забезпечення формування сприятливої структури і забезпечення поліпшених показників механічних властивостей та експлуатаційних характеристик, відповідно до вимог галузевої нормативної документації. Предметом дослідження було обрано структурні характеристики та показники механічних і експлуатаційних властивостей ЖНС після комплексного технологічного впливу на процеси виплавки ливарних сплавів і отримання виливків. Наукова новизна роботи полягає у наступному: Вперше систематизовано та узагальнено відомості щодо впливу сумарного вмісту (Ті+Al) на зміцнювальну ɣ’- фазу в ЖНС з різними типами зміцнення. Уточнено граничну межу легування сумою елементів (Ті+A1). Металографічними дослідженнями встановлено, що за суми Ті+Al ≥ 8,2 % y структурі сплаву формуються грубі границі зерен, по яких виділяються евтектичні фази, в результаті відбувається зменшення часу до руйнування при випробуванні на тривалу міцність. При введенні в розплав 0,136 % нікель-ітрієвої лігатури забезпечує формування тонких меж зерен практично без виділень знеміцнюючих фаз. Вперше розрахунками встановлено, що для проведення реакції карбідоутворення ітрію 0,015 мас.% при гафнію 0,25 мас.% достатньо 0,02 мас.% вуглецю. Додавання 0,15…0,25 мас.% гафнію до ЖСЗДК-ВІ формує глобулярні карбіди по межах зерен. Вірогідно первинні карбіди ітрію формуються з розплаву і сприяють зростанню глобулярних карбідів типу МеС. Отриманої за розрахунками кількості ітрію і гафнію, є достатнім для утворення тільки глобулярних карбідів у сплаві ЖСЗДК-ВІ за умови зменшення кількості вуглецю. Отримано подальший розвиток уявлення про процес утворення високотемпературних карбідів ніобію, гафнію і титану. Показано, що при вмісті вуглецю 0,06 мас.% і нижче, буде визначатися дефіцит вуглецю, а отже, легуючі елементи витрачалися на зміцнення структури сплаву, а саме: – гафній перешкоджає руйнуванню меж зерен за рахунок пригнічення виділення вторинних карбідів, і входить в ɣ’- фазу; – ніобій додатково легує ɣ’- фазу; – титан додатково утворює ɣ’- фазу. EN: The object of the study is the technological processes of influencing the structure formation of the nickel-based superalloys (NBS) to ensure the formation of a favorable structure and ensuring improved indicators of mechanical properties and operational characteristics, in accordance with the requirements of industry regulatory documentation. The subject of the study was chosen to be the structural characteristics and indicators of mechanical and operational properties of the NBS after a complex technological impact on the processes of smelting foundry alloys and obtaining castings. The scientific novelty of the work is as follows: For the first time, information on the influence of the total content (Ti + Al) on the strengthening ɣ’- phase in the NBS with different types of strengthening has been systematized and generalized. The limit of alloying with the sum of elements (Ti + A1) has been specified. Metallographic studies have established that for amounts of Ti + Al ≥ 8.2% in the alloy structure, coarse grain boundaries are formed, along which eutectic phases are distinguished, as a result of which the time to fracture during long-term strength testing is reduced. When 0.136% of nickel-yttrium alloy is introduced into the melt, it ensures the formation of thin grain boundaries with practically no precipitation of weakening phases. For the first time, calculations have established that 0.02% carbon is sufficient for the carbide formation reaction of 0.015 wt. % yttrium and 0.25 wt. % hafnium. Adding 0.15…0.25 wt. % hafnium to ZhSZDK-VI forms globular carbides along grain boundaries. It is likely that primary yttrium carbides are formed from the melt and contribute to the growth of globular carbides of the MeS type. The amount of yttrium and hafnium obtained by calculations is sufficient for the formation of only globular carbides in the ZhSZDK-VI alloy, provided that the amount of carbon is reduced. Further development of the idea of the process of formation of high-temperature carbides of niobium, hafnium and titanium was obtained. It was shown that at carbon content of 0.06 wt. % and below, a carbon deficiency will be determined, and therefore, alloying elements were spent on strengthening the alloy structure, namely: – hafnium prevents the destruction of grain boundaries by suppressing the release of secondary carbides, and enters the ɣ’- phase; – niobium additionally alloys the ɣ’- phase; – titanium additionally forms the ɣ’- phase.