Исследование влияния переменного управляемого температурного градиента на особенности структуры, фазовый состав, свойства высокотемпературных жаропрочных сплавов при их направленной кристаллизации

Исследованы условия направленной кристаллизации с переменным управляемым градиентом. Определены факторы, влияющие на температурный градиент на фронте роста. Наиболее значимым является способ отвода теплоты кристаллизации за счет радиационного или конвективного охлаждения при погружении формы в жидкометаллический охладитель. Важными факторами являются: температура в печи подогрева, температура жидкометаллического охладителя, тепловые экраны, отделяющие зону нагрева от зоны охлаждения, теплопроводность керамической формы. Предложена методика экспериментальной оценки значений температурного градиента на фронте роста с помощью термопар. В результате экспериментальных исследований, проведенных на монокристаллических образцах с кристаллографической ориентацией Re-содержащего сплава ВЖМ3, показано, что управляя значениями температурного градиента, можно существенно влиять на размер структурных составляющих жаропрочного сплава. Приведены результаты металлографических исследований, выполненных методами оптической и электронной микроскопии. Методом наименьших квадратов получены закономерности изменений структурных составляющих сплава ВЖМ3, которые представлены в виде уравнений.

Литература

[1] Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП "ВИАМ" ГНЦ РФ по реализации "Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года" // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1. С. 3-33.

[2] Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей: сплавы, технологии, покрытия. М.: Наука, 2006. 632 с.

[3] Versnyder F.L., Guard R.W. Directional grain structure for high temperature strength // Trans. ASM. 1960. Vol. 52. Р. 485-493.

[4] Петров Д.А. Сплавы цветных металлов: К анализу некоторых сторон метода направленной кристаллизации. М.: Наука, 1972. С. 76-81.

[5] Курц В., Зам П.Р. Направленная кристаллизация эвтектических материалов. М.: Металлургия, 1980. 272 с.

[6] Versnyder F.L., Shank M.E. The development of columnar grain and single crystal high temperature materials through directional solidification // Mater. Sci. and Eng. 1970. Vol. 6. No. 4. Р. 213-247. DOI: 10.1016/0025-5416(70)90050-9

[7] Giamei A.F. and Kear B.H. On the nature of freckles in nickel-base superalloys // Met. Trans. 1970. Vol. 1. No. 8. P. 2185-2192. DOI: 10.1007/BF02643434

[8] Giamei A.F., Tschinkel J.G. Liquid metal cooling: a new solidification technique // Met. Trans. A. 1976. Vol. 7. No. 9. P. 1427-1434. DOI: 10.1007/BF02658829

[9] Giamei A.F., Kraft E.H., Lemkey F.D. New trends in materials processing // Amer. Soc. for Metals. 1976. P. 48-98.

[10] Tschinkel J.G., Giamei A.F. Apparatus for casting of directionally solidified articles. U.S. Patent No. 3.763.926, 1971.

[11] Каблов Е.Н., Панкратов В.А. Инкубатор для турбинных лопаток // Наука и жизнь. 1991. № 8. С. 62-64.

[12] Бондаренко Ю.А., Каблов Е.Н., Морозова Г.И. Влияние высокоградиентной направленной кристаллизации на структуру и фазовый состав жаропрочного сплава типа RENE-N5 // МиТОМ. 1999. № 2. С. 15-18.

[13] Каблов Е.Н., Бондаренко Ю.А. Получение монокристаллических лопаток ГТД высокоградиентной направленной кристаллизацией // Авиационная промышленность. 2000. № 1. С. 53-56.

[14] Каблов Е.Н., Бондаренко Ю.А., Каблов Д.Е. Особенности структуры и жаропрочных свойств монокристаллов <001> высокорениевого никелевого жаропрочного сплава, полученного в условиях высокоградиентной направленной кристаллизации // Авиационные материалы и технологии. 2011. № 4. С. 25-31.

[15] Бондаренко Ю.А., Каблов Е.Н. Направленная кристаллизация жаропрочных сплавов с повышенным температурным градиентом // МиТОМ. 2002. № 7. С. 20-23.

[16] Бондаренко Ю.А., Ечин А.Б., Сурова В.А., Нарский А.Р. О направленной кристаллизации жаропрочных сплавов с использованием охладителя // Литейное производство. 2011. № 5. С. 36-39.

[17] Каблов Е.Н., Бондаренко Ю.А., Ечин А.Б., Сурова В.А. Развитие процесса направленной кристаллизации лопаток ГТД из жаропрочных сплавов с монокристаллической и композиционной структурой // Авиационные материалы и технологии. 2012. № 1. С. 3-8.

[18] Бондаренко Ю.А., Ечин А.Б., Сурова В.А., Нарский А.Р. Влияние условий направленной кристаллизации на структуру деталей типа лопатки ГТД // Литейное производство. 2012. № 7. С. 14-16.

[19] Ечин А.Б., Бондаренко Ю.А. Особенности высокоградиентной направленной кристаллизации и современное оборудование, используемое при производстве лопаток газотурбинных двигателей // Труды ВИАМ. Электрон. журн. 2014. № 12. DOI: 10.18577/2307-6046-2014-0-12-3-3

[20] Бондаренко Ю.А., Ечин А.Б., Сурова В.А., Нарский А.Р. Влияние температурного градиента на структуру жаропрочного сплава при его направленной кристаллизации // Литейщик России. 2014. № 5. С. 24-28.

[21] Каблов Е.Н., Бондаренко Ю.А., Ечин А.Б., Сурова В.А. Устройство для получения отливок с направленной и монокристаллической структурой. Патент РФ № 2398653 от 18.03.2009.

[22] Петрушин Н.В., Светлов И.Л., Оспенникова О.Г. Литейные жаропрочные никелевые сплавы // Все материалы. Энциклопедический справочник. 2012. № 5. С. 15-19.

[23] Ечин А.Б., Бондаренко Ю.А., Нарский А.Р. Влияние переменного градиента на дисперсность структуры Re-содержащего сплава // Литейное производство. 2015. № 10. С. 33-36.

[24] Светлов И.Л., Кулешова Е.А., Монастырский В.П. Влияние направленной кристаллизации на фазовый состав и дисперсность структуры никелевых сплавов // Металлы. 1990. № 1. С. 86-93.