Разработка состава литейного безрениевого жаропрочного никелевого сплава для изготовления лопаток методом направленной кристаллизации

Abstract

RU: Цель работы. Повысить структурную стабильность жаропрочного никелевого сплава с сохранением уровня его свойств и характеристик при значительном удешевлении стоимости, за счёт разработки оптимального комплекса легирующих элементов без содержания дорогостоящих импортных рения и ниобия. Методы исследования. Для оценки структурной и фазовой стабильности жаропрочных никелевых сплавов применяли различные расчётные методы. Методику оценки сбалансированности химического состава сплавов «ΔЕ- методом» по величине параметра дисбаланса системы легирования, с учетом параметра склонности сплава к образованию топологически плотно упакованных (ТПУ) фаз. Методы PHACOMP и New PHACOMP, согласно которым по химическому составу γ- твердых растворов рассчитывается комплекс параметров структурной стабильности сплавов. Разработанную в ЗНТУ комплексную методику, устанавливающую взаимосвязь межу различными параметрами структурной стабильности. Полученные результаты. На основе серийного сплава ЖС32-ВИ расчётно-аналитическими методами разработан состав нового эконмнолегированного жаропрочного никелевого сплава для изготовления литых лопаток методом направленной кристаллизации, который не содержит в своем составе дорогостоящего импортного рения и за счёт этого существенно дешевле своего серийного прототипа. Научна новизна. Расчётно-аналитическими методами разработан состав жаропрочного никелевого сплава на основе ЖС32-ВИ с повышенной структурной стабильностью, что позволяет обеспечить необходимый для литейных монокристаллических сплавов комплекс эксплуатационных свойств. Улучшение структурной стабильности разработанного сплава, по сравнению с серийным ЖС32-ВИ, обеспечивается за счет сбалансированного легирования: содержания в составе на среднем уровне тантала (8,5 %) и вольфрама (8,5 %), при уменьшении содержания углерода, молибдена и кобальта почти в 2 раза, при отсутствии в составе ниобия и наиболее дорогостоящего компонента – рения. Практическая ценность. Разработанный эконмнолегированный жаропрочный никелевый сплав на основе серийного сплава ЖС32-ВИ, не содержащий в своём составе дорогостоящих рения и ниобия, обеспечивает весь необходимый комплекс эксплуатационных свойств при существенном снижении стоимости и может быть рекомендован для использования при изготовлении монокристаллических литых лопаток газотурбинных установок наземного базирования. UK: Мета роботи. Підвищити структурну стабільність жароміцного нікелевого сплаву зі збереженням рівня його властивостей і характеристик при значному здешевленні вартості за рахунок розробки оптимального комплексу легувальних елементів без вмісту дорогих імпортних ренію і ніобію. Методи дослідження. Для оцінки структурної та фазової стабільності жароміцних нікелевих сплавів застосовували різні розрахункові методи. Методику оцінки збалансованості хімічного складу сплавів «ΔЕ-методом» за величиною параметра дисбалансу системи легування, з урахуванням параметра схильності сплаву до утворення топологічно щільно пакованих (ТЩП) фаз. Методи PHACOMP та New PHACOMP, згідно з якими за хімічним складом γ- твердих розчинів розраховується комплекс параметрів структурної стабільності сплавів. Розроблено в ЗНТУ комплексну методику, яка встановлює взаємозв’язок між різними параметрами структурної стабільності. Отримані результати. На основі серійного сплаву ЖС32-ВІ розрахунково-аналітичними методами розроблений склад нового економнолегованого жароміцного нікелевого сплаву для виготовлення литих лопаток методом спрямованої кристалізації, який не містить в своєму складі дорогого імпортного ренію і за рахунок цього є істотно дешевшим за свій серійний прототип. Наукова новизна. Розрахунково-аналітичними методами розроблений склад жароміцного нікелевого сплаву на основі ЖС32-ВІ з підвищеною структурної стабільністю, що дозволяє забезпечити необхідний для ливарних монокристалічних сплавів комплекс експлуатаційних властивостей. Поліпшення структурної стабільності розробленого сплаву, порівняно з серійним ЖС32-ВІ, забезпечується за рахунок збалансованого легування: утримання в складі на середньому рівні танталу (8,5 %) і вольфраму (8,5 %) при зменшенні вмісту вуглецю, молібдену і кобальту майже в 2 рази, при відсутності в складі ніобію і найбільш дорогого компонента – ренію. Практична цінність. Розроблений еконмнолегований жароміцний нікелевий сплав на основі серійного сплаву ЖС32-ВІ, який не містить у своєму складі дорогих ренію і ніобію, забезпечує весь необхідний комплекс експлуатаційних властивостей, при істотному зниженні вартості, і може бути рекомендований для використання при виготовленні монокристалічних литих лопаток газотурбінних установок наземного базування. EN: Purpose. To increase the structural stability of the heat-resistant nickel alloy while maintaining its level of properties and characteristics at a significant cost reduction, by developing an optimal complex of alloying elements without the content of expensive imported rhenium and niobium. Methods of research. To assess the structural and phase stability of heat-resistant nickel alloys, various calculation methods were used. A method for estimating the balance of the chemical composition of alloys by the «ΔE-method» from the unbal¬ance parameter of the alloying system, taking into account the alloy’s propensity to form topologically close packed (TСP) phases. PHACOMP and New PHACOMP methods according to which the complex of structural stability parameters of alloys is calculated from the chemical composition of γ - solid solutions. Complex methodology, developed in ZNTU, which establishes the relationship between various parameters of structural stability, was used. Results. Based on the serial alloy ЖС32-ВI, using calculation and analytical methods, the composition of a new economically alloyed nickel-based superalloy for the production of cast blades by the method of directional crystal¬lization, which does not contain expensive imported rhenium in its composition, and due to this it is substantially cheaper than its serial prototype, is developed . Scientific novelty. The composition of nickel-base superalloy based on ЖС 32-ВI with increased structural stability has been calculated by analytical methods, which makes it possible to provide a set of operational properties necessary for casting single-crystal alloys. Improvement of the developed alloy structural stability, as compared to the serial ЖС32-ВI, is ensured by balanced alloying: the content of tantalum (8.5 %) and tungsten (8.5 %) at the middle level, while reducing the content of carbon, molybdenum and cobalt almost by 2 times, in the absence of niobium and of the most expensive component – rhenium. Practical value. The developed nickel-base superalloy based on the ЖС 32-ВI series alloy, which does not contain expensive rhenium and niobium in its composition, provides the entire required set of performance properties, at a significant cost reduction, and can be recommended for use in manufacturing single-crystal cast blades of gas-turbine ground-based installations.