Оптимізація складу ливарного жароміцного нікелевого сплаву для виготовлення литих робочих лопаток методом спрямованої (моно) кристалізації для перспективних газових турбін

Abstract

UK: Мета роботи. Розробка складу жароміцного нікелевого сплаву, що не містить реній для виготовлення литих робочих лопаток методом спрямованої (моно) кристалізації. Сплав повинен мати підвищену структурну стабільність, при збереженні рівня механічних, антикорозійних і жароміцних властивостей і значному зниженні вартості. Методи дослідження. Для оцінки структурної та фазової стабільності жароміцних нікелевих сплавів застосовували різні розрахункові методи: « Δ Е-метод» оцінки збалансованості хімічного складу сплавів за величиною параметра дисбалансу системи легування; методи PHACOMP і New PHACOMP – за хімічним складом γ - твердих розчинів; розроблену в ЗНТУ комплексну методику, яка встановлює взаємозв’язок між різними параметрами структурної стабільності. Отримані результати. Розрахунково-аналітичними методами розроблений склад нового економнолегованого жароміцного нікелевого сплаву для виготовлення литих лопаток методом спрямованої (моно) кристалізації, який не містить в своєму складі дорогого імпортного ренію. Наукова новизна. З використанням розрахунково-аналітичних методів розроблений склад жароміцного нікелевого сплаву з підвищеною структурною стабільністю, стійкістю проти високотемпературної корозії і жароміцних властивостей, необхідних для литих монокристалічних виробів. Поліпшення структурної стабільності й підвищення комплексу властивостей розробленого сплаву забезпечується за рахунок збалансованого легування танталом і вольфрамом (по 8,5 % на середньому рівні), при зменшенні вмісту вуглецю, молібдену і кобальту майже в 2 рази, при відсутності в складі найбільш дорогого компонента – ренію . Практична цінність. Розроблений економнолегований жароміцний нікелевий сплав, який не містить у своєму складі дорогого ренію, 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. Development of the composition of a heat-resistant nickel alloy not containing rhenium for the manufacture of cast working blades by the method of directional (mono) crystallization. The alloy should have increased structural stability, while maintaining the level of mechanical, anti-corrosion and heat-resistant properties and a significant reduction in cost. Research methods. To estimate the structural and phase stability of high-temperature nickel alloys, various calculation methods were used: « ΔE-method» for assessing the balance of the chemical composition of the alloys by the value of the unbalance parameter of the doping system; PHACOMP and New PHACOMP – on the chemical composition of γ- solid solutions; developed in ZNTU complex methodology that establishes the relationship between the various parameters of structural stability. Results. Computing-analytical methods have been used to develop the composition of an economically-alloyed heat-resistant nickel alloy for the manufacture of cast blades by the method of directional (mono) crystallization, which does not contain expensive imported rhenium. Scientific novelty. Using computational and analytical methods, a composition of a heat-resistant nickel alloy with increased structural stability, resistance to high-temperature corrosion, and heat-resistant properties necessary for cast single-crystal products has been developed. Improvement of structural stability and improvement of the complex of properties of the developed alloy is provided by balanced doping with tantalum and tungsten (8.5 % at an average level), at reducing the content of carbon, molybdenum and cobalt by almost 2 times, and absence of the most expensive component in the composition – rhenium. Practical value. The developed economically-alloyed heat-resistant nickel alloy, which does not contain expensive rhenium, provides all the necessary operational properties, with a significant reduction in cost, and can be recommended for use in the manufacture of single-crystal cast blades of land-based gas turbine units.