Оценка степени взаимодействия жаропрочного никелевого сплава с материалом формы при вакуумной выплавке
Проведено исследование межфазного взаимодействия расплава ЧС70 со стандартной литейной формой основе корунда и литейной формой основе корунда, модифицированного алюминием, при выплавке деталей ГТД. Сравнительный анализ полученных механических характеристик и глубины измененного слоя жаропрочного спл...
Gespeichert in:
| Datum: | 2009 |
|---|---|
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
2009
|
| Schriftenreihe: | Металл и литье Украины |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/31564 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Оценка степени взаимодействия жаропрочного никелевого сплава с материалом формы при вакуумной выплавке / Ю.Г. Квасницкая // Металл и литье Украины. — 2009. — № 3. — С. 31-32. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-31564 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-315642012-03-11T12:16:33Z Оценка степени взаимодействия жаропрочного никелевого сплава с материалом формы при вакуумной выплавке Квасницкая, Ю.Г. Проведено исследование межфазного взаимодействия расплава ЧС70 со стандартной литейной формой основе корунда и литейной формой основе корунда, модифицированного алюминием, при выплавке деталей ГТД. Сравнительный анализ полученных механических характеристик и глубины измененного слоя жаропрочного сплава показал эффективность при выплавке деталей ГТД модифицирования керамических форм на основе корунда. The investigation of interfase interaction of the CHS70 superalloy melt with standard mould on the base of corundum and mould on the base of corundum that inoculated by aluminum was realized. Comparative analysis of mechanical properties and depth of modify layer in CHS70 superalloy is showed the effectiveness of ceramics moulds inoculation. 2009 Article Оценка степени взаимодействия жаропрочного никелевого сплава с материалом формы при вакуумной выплавке / Ю.Г. Квасницкая // Металл и литье Украины. — 2009. — № 3. — С. 31-32. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. 0497-2627 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/31564 669.24.245 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Проведено исследование межфазного взаимодействия расплава ЧС70 со стандартной литейной формой основе корунда и литейной формой основе корунда, модифицированного алюминием, при выплавке деталей ГТД. Сравнительный анализ полученных механических характеристик и глубины измененного слоя жаропрочного сплава показал эффективность при выплавке деталей ГТД модифицирования керамических форм на основе корунда. |
| format |
Article |
| author |
Квасницкая, Ю.Г. |
| spellingShingle |
Квасницкая, Ю.Г. Оценка степени взаимодействия жаропрочного никелевого сплава с материалом формы при вакуумной выплавке Металл и литье Украины |
| author_facet |
Квасницкая, Ю.Г. |
| author_sort |
Квасницкая, Ю.Г. |
| title |
Оценка степени взаимодействия жаропрочного никелевого сплава с материалом формы при вакуумной выплавке |
| title_short |
Оценка степени взаимодействия жаропрочного никелевого сплава с материалом формы при вакуумной выплавке |
| title_full |
Оценка степени взаимодействия жаропрочного никелевого сплава с материалом формы при вакуумной выплавке |
| title_fullStr |
Оценка степени взаимодействия жаропрочного никелевого сплава с материалом формы при вакуумной выплавке |
| title_full_unstemmed |
Оценка степени взаимодействия жаропрочного никелевого сплава с материалом формы при вакуумной выплавке |
| title_sort |
оценка степени взаимодействия жаропрочного никелевого сплава с материалом формы при вакуумной выплавке |
| publisher |
Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України |
| publishDate |
2009 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/31564 |
| citation_txt |
Оценка степени взаимодействия жаропрочного никелевого сплава с материалом формы при вакуумной выплавке / Ю.Г. Квасницкая // Металл и литье Украины. — 2009. — № 3. — С. 31-32. — Бібліогр.: 4 назв. — рос. |
| series |
Металл и литье Украины |
| work_keys_str_mv |
AT kvasnickaâûg ocenkastepenivzaimodejstviâžaropročnogonikelevogosplavasmaterialomformyprivakuumnojvyplavke |
| first_indexed |
2025-07-03T12:03:36Z |
| last_indexed |
2025-07-03T12:03:36Z |
| _version_ |
1836627233160036352 |
| fulltext |
�1МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 3’2009
УДК 669.24.245
Ю. Г. Квасницкая (ФТИМС НАН Украины)
Оценка степени взаимодействия
жаропрочного никелевого сплава
с материалом формы
при вакуумной выплавке*
Проведено исследование межфазного взаимодействия расплава
ЧС70 со стандартной литейной формой основе корунда и литейной
формой основе корунда, модифицированного алюминием,
при выплавке деталей ГТД. Сравнительный анализ полученных
механических характеристик и глубины измененного слоя
жаропрочного сплава показал эффективность при выплавке деталей
ГТД модифицирования керамических форм на основе корунда
Б
ольшинство из используемых в
газотурбостроении жаропрочных
сплавов на никелевой основе
содержат высокие концентрации
активных элементов, таких как
алюминий, титан, железо и другие,
которые легко вступают во взаимо-
действие с кислородом воздуха.
По этой причине исключительно
вакуумная выплавка и заливка в формы могут обеспечить
получение качественного литья.
Шихтовые материалы, особенно вторичные, ис-
пользуемые при переплаве таких сплавов, не должны
содержать оксидных пленок и других загрязнений, так
как это может вызвать образование плен на поверхности
расплава в процессе плавки, загрязнение металла
отливки и, как следствие, ухудшение эксплуатационных
характеристик получаемых деталей.
Реакции на границе металл-огнеупор (как правило,
корунд, а в качестве связующего – гидролизованный
этилсиликат) в процессе заливки и кристаллизации
сплава могут приводить к образованию газообразных
либо конденсированных продуктов взаимодействия.
Элементы, не образующие газообразных оксидов, могут
взаимодействовать с огнеупорами по реакции замещения
Ме1(расплав) + Ме2О ↔ Ме1О + Ме2.
Продукты реакции при этом могут оставаться на
стенках огнеупора, препятствуя развитию дальнейшего
взаимодействия между металлом и огнеупором, либо
отслаиваться из-за разницы в коэффициентах термиче-
ского расширения между огнеупором и продуктами
взаимодействия. Образование газообразных продуктов
может смещать равновесие реакции металл-оксид, что
вызовет диффузию кислорода из огнеупора в расплав.
Во многих случаях применяемые огнеупоры содержат
примеси (натрий, калий), химически взаимодействую-
щие с расплавляемым металлом, что приводит к
загрязнению сплава.
Для оценки межфазного взаимодействия расплава
с огнеупором были использованы методы определения
краевого угла смачивания и работы адгезии [1].
Исследование межфазного взаимодействия проводили
в вакууме (Р = 1,7�10-2 Па). В результате экспериментов
получены эмпирические уравнения поверхностного
натяжения в интервале температур 1673-2023 К, а также
температурные и временные зависимости контактных
углов смачивания и работы адгезии в системах оксид-
жаропрочный сплав.
В данной работе проводили исследования межфаз-
ного взаимодействия расплава ЧС70 [2] с образцами ли-
тейных форм, изготовленных по выплавляемым моделям.
В качестве материала формы в одном случае использовали
формы, сделанные по промышленной технологии (ко-
рунд, в качестве связующего – гидролизованный этилси-
ликат – ГрЭТС [3] (рис. 1, а), а во втором варианте – раз-
работанные нами формы на основе корунда и ГрЭТС с
использованием модифицирующих добавок (в данном
случае – тонкодисперсный порошок алюминия, рис. 1, б).
В обоих случаях наблюдается уменьшение контактных
углов смачивания и увеличение работы адгезии с
повышением температуры. Однако, у образца форм на
основе корунда с ГрЭТС без модификатора контактный
угол смачивания уменьшается на большую величину,
вследствие чего при температуре выше 1873 К
капля практически теряет форму и растекается, что
свидетельствует об интенсив-ном взаимодействии этих
образцов с расплавом.
Наряду с лабораторными, были проведены опыт-
но-промышленные исследования взаимодействия литей-
ных форм на основе корунда без модификатора и с
модификатором в производственных условиях.
В формы, нагретые до 1073 К, заливали сплав ЧС70
при температуре 1853 К. Оценку степени взаимодействия
расплав-форма проводили по глубине измененного
(обедненного) слоя на отливке. Химический состав
керамических материалов и образцов сплавов, а также
особенности микроструктуры изучали методом микро-
рентгеноструктурного анализа (МРСА) на установке
JEOL «Superprobe–733».
Исследование макро- и микроструктуры, расчет
неметаллических включений проводили методом
оптической металлографии с помощью оптического мик-
роскопа «Neofot-2» в обычном и поляризованном свете.
Результаты исследований показали, что на поверхности
отливок наблюдается зона, в которой карбиды практиче-
ски отсутствуют. Поскольку карбидная фаза в сплаве
ЧС70 состоит из карбидов на основе титана и хрома, то это
свидетельствует как об обезуглероживании поверхности,
так и обеднении титаном и хромом приповерхностной
зоны. В контактной зоне обнаружено также снижение
алюминия, что может свидетельствовать об уменьшении
массовой доли упрочняющей γ′-фазы Ni3Al (Ti). При этом * Работа выполнена под руководством Симановского В. М.
�2 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 3’2009
глубина измененной контактной зоны отливки, залитой в
корундовую форму, составляет 30-35 мкм, а в корундовую
форму с модификатором – 5-7 мкм.
Для изучения влияния глубины измененного слоя на
механические характеристики сплава жаропрочный сплав
заливали в стандартные керамические формы как на осно-
ве корунда, так и на основе корунда, модифицированного
алюминием. Результаты проведенных
испытаний механических характе-
ристик показали, что до 973 К обе-
днение контактной зоны основными
легирующими элементами не ока-
зывает существенного влияния на
длительную прочность полученных
образцов. Однако, при более высоких
температурах испытания наблюдает-
ся снижение длительной прочности
при увеличении глубины обедненной
зоны. Это снижение связано с по-
нижением в поверхностном слое
отливки содержания компонентов
сплава алюминий-титан-хром, ответ-
ственных за оба вида упрочнения спла-
ва – карбидной и интерметаллидной.
С увеличением глубины измененного
слоя жаропрочность сплава снижается.
Анализ результатов испытаний
на усталостную прочность образцов,
залитых в экспериментальные фор-
мы, описанные выше, показал, что
сопротивление усталости имеет яв-
ную зависимость от глубины из-
мененного слоя. Литые образцы с
глубиной измененного слоя 120 мкм
имели предел выносливости на базе
106 циклов 470 МПа, а у образцов с
глубиной измененного слоя 30 мкм
– 530 МПа.
Вывод
Таким образом, материалом
формы (особенно для получения
лопаток методом направленной кри-
сталлизации, где требуется дли-
тельная инертность к расплаву) можно рекомендовать
корунд, модифицированный алюминием [4]. Алюминий,
соединяясь с выделившимся из этилсиликата слабо-
структурированным SiO2, образует муллит, который
является химически достаточно инертным соединением.
Это позволяет исключить взаимодействие расплава при
длительном контакте с формой при температуре 1723-
1773 К.
Iu. G. Kvasnytska
The estimation of superalloy level interaction with the mould ma-
terial at vacuum melting
The investigation of interfase interaction of the CHS70 superalloy melt with standard
mould on the base of corundum and mould on the base of corundum that inoculated by aluminum was realized.
Comparative analysis of mechanical properties and depth of modify layer in CHS70 superalloy is showed the effec-
tiveness of ceramics moulds inoculation
Summary
ЛИТЕРАТУРА
1. Верховлюк А. М. Межфазное взаимодействие жаропрочного никелевого сплава с оксидами // Адгезия расплавов
и пайка материалов. – 2002. – Вып. 35. – С. 80-84.
2. Инструкция и ЖАКИ. 105.509-2001: Сплавы жаропрочные литейные для лопаток газовых турбин (Паспорт сплава ЧС70ВИ).
3. Инструкция. Система качества. Отливки из сталей и сплавов по выплавляемым моделям. Технические требования. Контроль и
правила приемки: И 255.105.059-86: Введена на НПП «Машпроект», 1986: Переизд. в 2001. – Николаев, 2001. – 20 с.
4. Пат. 1888, Україна, МПК В22С1/00. Суміш для виготовлення ливарних форм: В. М. Сімановський; Ю. Г. Квасницька, В. Г. Єфімова,
Г. В. Єфімов, І. І. Максюта, ФТІМС НАНУ. – № 2000606664; Опубл.15.11.2006, Бюл.№ 11. – 4 с.
, Wa, / 2 , Wa, / 2
, ,
, Wa, / 2 , Wa, / 2
, ,
. 1.
( )
,
( ). [1]
–
–
Рис. 1. Температурные и временные зависимости контактного угла смачивания и работы адгезии
расплава на подложках образца литейной формы на основе корунда и ГрЭТС без модификатора (а) и
образца литейной формы на основе корунда и ГрЭТС, модифицированного алюминием (б). [1]
– контактный угол смачивания;
– работа адгезии
аа
аб
|