Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії на тему «Розробка технології комплексного модифікування жароміцного нікелевого сплаву для великогабаритних лопаток авіаційних газотурбінних двигунів»

Abstract

UK: Об’єкт дослідження – процеси структуроутворення при комплексному модифікуванні, що сприяють отриманню раціональної структури жароміцного сплаву на нікелевій основі, й відповідному забезпеченню рівня механічних, жароміцних та експлуатаційних властивостей, котрі задовольняють вимогам галузевої нормативної документації. Предметом дослідження було обрано характеристики структури, механічних, жароміцних та втомних характеристик жароміцного нікелевого сплаву ЖС3ДК-ВІ після комплексного застосування модифікаторів 1 и 2 роду, а також інокулювального впливу. Наукова новизна роботи полягає у наступному: Вперше встановлено закономірності формування раціональної структури, яка забезпечує підвищення властивостей виливків із жароміцного нікелевого сплаву ЖС3ДК-ВІ, отриманих з використанням комплексного модифікування –(0,05%Ti(C,N)+0,01%Y+5%CoAl2O4), гарячого ізостатичного пресування та термічної обробки. Вперше отримано структури жароміцного нікелевого сплаву ЖС3ДК-ВІ, сформовані під одночасним впливом інокулювальної дії керамічної форми, виготовленої з використанням алюмінату кобальту та об’ємного модифікування карбонітридами титану й поверхнево активним елементом – ітрієм, котрі характеризувалися зміною морфології карбідної складової із шрифтової на глобулярну, дрібнодисперсністю карбонітридних включень, сприятливою морфологією інтерметалідної γ΄-фази та їх рівномірним розподілом, що підтверджено методами оптичної й електронної мікроскопії. Вперше встановлено склад комплексного модифікатору для отримання крупногабаритних виливків із жароміцного сплаву та визначено раціональну кількість його складових – (0,05%Ti(C,N)+ +0,01%Y+5%CoAl2O4). Розроблено технологію введення його у нікелевий розплав, визначено характер зміни структурного стану жароміцного сплаву під дією модифікатору та механічних властивостей – підвищено показники пластичності й ударної в’язкості, тривалу міцність у порівнянні із сплавом, що отриманий за серійною технологією вакуумного рівновісного литва. Вперше отримано відомості щодо впливу комплексного застосування модифікаторів різного механізму дії на втомні характеристики зразків жароміцного нікелевого сплаву ЖС3ДК-ВІ та визначено границю витривалості σ-1 при багатоциклових втомних випробуваннях, що дозволило розширити уявлення про вплив комплексного модифікування на втомну витривалість виливків із відповідального жароміцного литва. EN: The object of research is the structure formation processes during complex modification that contribute to obtaining a rational structure of nickel-based heat-resistant alloy, and corresponding provision of mechanical, heat-resistant, and operational properties that meet the requirements of industry normative documentation. The subject of the research was the structural characteristics, mechanical properties, heat resistance, and fatigue characteristics of the heat-resistant nickel alloy ZhS3DK-VI after complex modification with modifiers of types 1 and 2, as well as inoculating effects. The scientific novelty of the work consists of the following: For the first time, patterns of rational structure formation have been established, which ensure improved properties of castings made from heat-resistant nickel alloy ZhS3DK-VI, obtained using complex modification -(0.05%Ti(C,N)+ +0.01%Y5% CoAl2O4), hot isostatic pressing, and heat treatment. For the first time, structures of the heat-resistant nickel alloy ZhS3DK-VI have been obtained, formed under the simultaneous influence of the inoculating action of a ceramic mold manufactured using cobalt aluminate and bulk modification with titanium carbonitrides and a surface-active element - yttrium, which were characterized by a change in the morphology of the carbide component from lamellar to globular, fine dispersion of carbonitride inclusions, favorable morphology of the intermetallic γ′-phase and their uniform distribution, as confirmed by optical and electron microscopy methods. For the first time, the composition of a complex modifier for producing large-sized castings from heat-resistant alloy has been established, and the rational quantity of its components has been determined - (0.05%Ti(C,N)+0.01%Y+5%CoAl2O4). A technology for introducing it into the nickel melt has been developed, the nature of changes in the structural state of the heat-resistant alloy under the influence of the modifier and mechanical properties has been determined - indicators of plasticity and impact toughness, stress-rupture strength have been increased compared to the alloy obtained through serial technology of vacuum equilibrium casting. For the first time, information has been obtained regarding the effect of the complex application of modifiers with different action mechanisms on the fatigue characteristics of heat-resistant nickel alloy ZhS3DK-VI samples, and the endurance limit σ₋₁ under high-cycle fatigue testing has been determined, which expanded the understanding of the effect of complex modification on the fatigue resistan-ce of castings made from critical heat-resistant cast material.