КОМПЛЕКСНЕ МОДИФІКУВАННЯ ЖАРОМІЦНОГО НІКЕЛЕВОГО СПЛАВУ ДИСПЕРСНИМИ ЧАСТКАМИ ТУГОТОПКИХ З’ЄДНАНЬ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6885-2024-4-1Ключові слова:
жароміцний сплав, структура, модифікування, карбонітрид титану, ітрій, алюмінат кобальту, термічна обробка.Анотація
Мета роботи. За рахунок комплексного модифікування жароміцного сплаву модифікаторами різного механізму дії забезпечити підвищення характеристик пластичності та ударної в’язкості до рівня, котрий дозволить локалізувати можливе руйнування крупногабаритних лопаток турбіни низького тиску авіаційного двигуна в процесі експлуатації.
Методи дослідження. Мікроструктурний аналіз та дослідження фазового складу проводили методами оптичної та сканувальної електронної металографії відповідно на оптичному та електронному мікроскопах.
Отримані результати. Проведено дослідження по комплексному модифікуванню сплаву ЖС3ДК-ВІ ітрієм та ультрадисперсними частинками карбонітриду титану Ti(C, N) перемінного вмісту (від 0,025 % до 0,075 %), при заливанні розплаву у керамічну форму, перший робочий шар якої виконано із застосуванням алюмінату кобальту CoAl2O4. В структурі зразків дослідних варіантів, наряду із карбідами сферичної морфології, виявлено глобулярні карбіди, в місцях розташування котрих спостерігаються зони, що збагачені на ітрій, молібден та титан, та збіднені на хром. Результати дослідження дозоляють зробити припущення, що, ймовірно, високотемпературні первинні карбіди типу YC, слугують підложками для формування низькотемпературних модифікацій карбідів МС. В матеріалі, після введення у модифікований ітрієм розплав 0,050 % ультрадисперсних часток карбонітриду титану Ti(C, N), забезпечено високі рівні ударної в’язкості (~70 Дж/cм2) та часу до високотемпературного руйнування (> 500 год).
Наукова новизна. Одержано нові дані щодо фазового стану сплаву ЖС3ДК-ВІ після комплексного модифікування за схемою (Ti(C, N)+Y+CoAl2O4). Вивчено тонку будову жароміцного сплаву на основі нікелю, що традиційно використовується для отримання великогабаритних лопаток турбіни газотурбінного двигуна авіаційного призначення.
Практична цінність. Одержані результати розширюють можливості використання жароміцного сплаву ЖС3ДК-ВІ для отримання виливків відповідального призначення.
Посилання
Sims, Ch. T., Stoloff, N. S., Hagel W. C. (1987). Superalloys II: High-Temperature Materials for Aero-space and Industrial Power (2nd edition). New York: John Wiley & Sons, 615 р.
Boguslayev, V. А., Мuravchenko, F. М., Zhemanyuk, P. D., Yatzenko, V.К., Кachan, А.Ya, Tzivirko, E. I., Belikov, S. B., Оrlov, М. R., Zamkovoy, V. Ye., Моzgovoy, V. F., Rubel О. V. (2003). Теkhnolog-icheskoye оbespecheniye ekspluatazionnykh kharakteris-tik detaley GTD. Lopatki turbiny [Technological support of gas turbine engine parts performance. P. 2 «Turbine blades»], Zaporozhye: “Motor Sich”, 420.
Zhemanyuk, P. D., Klochikhin, V. V., Lysenko, N. A., Naumik V.V. (2015). Structure and properties of cast blades of aircraft engines made of heat-resistant nickel alloy ZhS26-VI after hot isostatic pressing. Herald of aeroenginebuilding, 1, 139–146.
Paton, B. E., Stroganov, G. B., Kishkin, S. T., et al. (1987). Heat resistance of casting nickel alloys and their protection from oxidation. Kyiv: Naukova Dumka, 256 p.
Okada, I., Torigoe, T., Takahashi, K., Izutsu, D. (2004). Development of Ni Base Superalloy for Industrial Gas Turbine. Superalloys, 2004, 707–715.
Shahjman, P., Sadanda, K. (1986). Creep and fa-tigue crack growth behaviour of some cast nickel-base alloys. Materials Science and Engineering, A108, 131–140.
Hashizume, R., Yoshinari, A., Murata, Y., Morinaga, M. (2004). Development of Ni-based Single Crystal Superalloys for Power-generation Gas-turbine Blades. Tetsu-to-Hagane, 90, 518–525.
Epishin, A., Link, T., Nazmy, M., Staubli, M., Klinghoffer, H., Nolze, G. (2008). Microstructural Degra-dation of CMSX-4: Kinetics and Effect on Mechanical Properties. Proceedings of the International Symposium on Superalloys, 725–731.
Ai, S. H., Lupinc V., Onofrio G. (1993). Influence of precipitate morphology on high temperature fatigue crack growth of a single crystal nickel base superalloy. Scripta Metall. Mater., 29, 1385–1390.
Perrut, M., Caron, P., Thomas M., Couret A. (2018). High temperature materials for aerospace appli-cations: Ni-based superalloys and γ- TiAl alloys. Comptes Rendus, Physique, 19, 657–671.
Repiakh, S. I. (2006) Tehnologicheskie osnovy litia po vyplavliaemym modeliam [Technological basics of investment casting], Dnepropetrovsk:Lira, 1056.
Zhemanyuk, P. D., Klochikhin, V. V., Lysenko, N. A., Naumik, V. V. (2013). Кompleksnoie vliyaniye technologicheskikh operatziy na structure I svoistva zharoprochnogo nikelevogo splava [Complex influence of technological operations on structure and properties of ЖС3ДК-ВИ superalloy], Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 12 (63), 68–73.
Verkhovliuk, A.M., Narivskyi, A.V., Mogilatenko, V.G. (2016). Tehnologii oderzhannia met-aliv ta splaviv dlia lyvarnogo vyrobnytztva [Technologies of obtaining metals and alloys for foundry production], Under V.L. Naydek red., Кyiv: Vynnychenko, 223 p.
Srivastava R.R., Kim, M-S., Lee, J-C., Jha, M.K., Kim, B-S (2014). Resource recycling of superalloys and hydrometallurgical challenges. Journal of material sci-ence, 49 (14), 1–7.
Pollock, T.M., Tin, S. (2006). Nickel-based sup-eralloys for advanced turbine engines: chemistry, micro-structure, and properties. J. Propul. Power, 22(2), 361–374.
Erickson, G. L. (1989). Polycrystalline Cast Sup-eralloys, ASM International: Materials Park.Ohio, 980–994.
Shynskyi O. Y., Maksiuta Y. Y., Kvasnytskaia Yu. H., Mikhnian E. V., Neima A. V. (2020). Rafinuvan-nia rozplaviv zharomitsnykh splaviv pry lytti detalei HTD v obolonkovi formy, otrymanni za pinopolistyrolovymy modeliamy [Refining melts of heat-resistant alloys during casting of GTE details in shell forms obtained by foamed polystyrene models]. Material science and heat-treatment of metals, 1, 37–48.
Pedash, O. O., Tzivirko, E. I. (2008). Кombino-vane modyfikuvannia rafinovanogo zharomitznogo splavu ЗМІ3У-ВІ [Combined modification of refined heat-resistant alloy ZMІ3U-VІ]. Innovative materials and technologies in metallurgy and mechanical engineering, 2, 8–13.
Gnatenko, O., Gayduk, S., Naumyk, V. (2012). Razrabotka ekonomnolegirovannogo zharoprochnogo splava dlia otvetstvennykh otlivok [Development of eco-nomically alloyed heatproof alloy for the responsible casts], Herald of aeroenginebuilding, 1, 206–210.
Mitchell, A. (1992). Melting and refining of sup-eralloys and titanium alloys. ISIJ International, 32 (5), 557–562.
Grechianyuk, I.N. (2020) Proizvodstvo kon-ditsionnykh slitkov iz othodov zharoprochnykh splavov metodom electonno-luchevoy plavki [Production of heat-resistant alloy waste ingots by electron beam remelting], Proceed. Of XIV Int. conf. Science and Education, 27–30.
Кuznetsova, T. L.,. Brodnikovsky М. P (2024). Osoblyvosti perspektyvnoyi komleksnoyi bazvidhodnoyi tehnologii vyplavki lyvarnykh zharomitzhykh splaviv [Features of the perspective integrated wasteless technol-ogy of cast superalloys melting], Proceed. of conf. “Cast-ing-Metallurgy”, 140–144.
Reed, R. C. (2006). The Superalloys: Fundamen-tals and Applications, Cambridge University Press, UK, 372.
Razumovskii, I. M., Tikhonov, A. A., Marinin, S. F., Logunov, A. V. (2011). Hot isostatic pressing improves the quality of the blades from nickel base superalloys for turbine engines. Adv. Mat. Res., 278, 295–300.
Lysenko, N. A., Klochikhin, V. V., Tzivirko, E. I. (2010). Vliyaniye GIP na strukturu I svoistva monokris-tallicheskikh lopatok iz splava ЖС26-ВИ [Influence of hot isostatic pressing on the structure and properties of monocrystal blades of ЖС26-ВИ alloy], Herald of aeroenginebuilding, 1, 133–139.
Serhiyenko, О. S., Byalik, G. А. (2011). Vplyv gariachogo izostatychnogo presuvannia na structure ta mechanichni vlastyvosti zharomitsnykh nikelevykh splaviv [Effect of hot isostatic pressing on structure and mechanical properties of nickel superalloys], Metal and casting of Ukraine, 2 (213), 5–6.
Klochikhin, V., Lysenko, N., Naumyk, V. (2017). Structure and properties of heat-resistant nickel alloys castings after hot isostatic pressing, Mat. Sci. and Techn. Conf. and Exhibition, 2, 1370–1374.
Klochykhin, V. V., Pedash, O. O., Danilov, S. M., Tyomkin, D. O, Naumyk, O. O., Naumyk V. V. (2022). Hot isostatic pressing in the manufacture of ZhS3DK-VI alloy turbine blades with 50 % returns in the charge. Strength of Materials, 54(6), 1043–1049.
Кachan, А.Ya., Lysenko, N. A., Dudnikov, А. S., Ulanov S. А. (2014). Kachestvo otlivok rabochikh lopa-tok turbiny, modifitzirovannykh nanochastitzami tugoplavkikh sojedineniy i obrabotannykh GIP [Quality of cast turbine blades, modified with the nanoparticles of refractory compounds and treated by HIP], Herald of aeroenginebuilding, 1, 75–81.
Boguslaiev, A. V., Klochikhin, V. V., Lysenko, N. A., Dubrov, G. L., Tyomkin D. O. (2008). Modifitziro-vaniye zharoprochnykh splavov ultradispersnymy po-roshkami [Modification of superalloys with nanosized powders], Herald of aeroenginebuil-ding, 1, 47–51.
Grekova, M. V., Kalinina, N. E., Kalinin, T. V., Guchenkov, M. V., Djur, Y. O., Dudnikov A. S. (2018). Pidvishennia strukturnoy stabilnosti ta vlastyvostei zharomitznykh nikelevykh splaviv dlia lopatok GTD obrobkoyu nanomaterialamy [Increase of structural sta-bility and properties of heat-resistant nickel alloys for GTE shooters by nanomaterial treatment] Aerospace technic and technology, 8, 2018, 60–65.
Valuev, V. P., Zakharov, M. M., Panyushin, L. A., Tsaі S. A. (1980). Structure and some properties of alloy ZHS6K with yttrium. Heat-Resistant Steels and Al-loys, 22, 281–282.
Sidorov, V.V., Petrushin, N.V., Мakeev, A.V., Tchabina, Ye. B., Kalmykova, N.A. (2005). Vliyaniye lantana I itriya na zharostoykost’ monokristalov iz zharoprochnykh vysokoreniyevykh nikelevykh splavov [Influence of lanthanum and yttrium on heat resistance of singlecrystals made from high-rhenium nickel superal-loys.]. Aviation materials and technologies, 1, 7–15.
Binczyk, F., Sleziona J. (2009). Macrostructure of IN-713C superalloy after volume modification, Ar-chives of foundry engineering, 9(2), 105–108.
Kalinina, N.E., Yukhymenko, A.E., Kalinin, V.O. (2014). Кompleksnoye modifitzirovaniye slozhnolegiro-vannykh zharoprochnykh splavov [An integrated modi-fication of difficult doped heat resistance of alloys], Her-ald of aeroenginebuilding, 2, 2014, 181–185.
Binczyk, F., Śleziona, J., Gradoń P. (2011) Mod-ification of macrostructure of nickel superalloys with co-balt nanoparticles. Kompozyty, 11–1, 49–54.
Zielińska, M., Kubiak, K., Sieniawski, J. (2009). Surface modification, microstructure and mechanical properties of investment cast superalloy. Journal of achievements in materials and manufacturing engineer-ing, 35, 55–62.
Zhemanyuk, P. D., Pedash, А.А., Tzivirko, E.I., Pedash, А.F. (2013). Kombinirovannoye modifitzirovani-ye pri poluchenii detaley turbin GTD [Combined inocula-tion in production of GTE turbine parts] Herald of aeroenginebuilding, 1, 2013, 75–78.
Bustnes, J.A., Viswanathan, N.N., Sichen, D. et al. (2000). Investigation on reduction of CoAl2O4 by hydrogen gas using TGA. Metal Mater Trans., B 31, 540–542.
Pedash, A., Byalik, G., Tzivirko, E. (2015). Pov-ysheniye teploprovodnosty liteynoy keramicheskoy formy aliuminatom kobalta [Increasing of the ceramic casting mould thermal conductivity with cobalt aluminate], Aerospace technic and technology, 10, 2015, 40–44.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
