автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Компьютерная и экспериментальная разработка литейных никелевых сплавов для ГТУ и турбокомпрессоров

Научко-произвэдстзеяное объединение по технологии машиностроения 1Ш0 ЩИПАЛ!)

На правах рукописи УДК 669.245.018

Контер Максим Дилнович

КОДШЛ^ШЯ И ЭКСП£РШ£НГМЬШ РАЗРАБОТКА ЛИГШШХ ЫШШИХ СПЛАВОВ ДЛЯ Ш и ТУРБОКОМПРЕССОРОВ

05.16.01 - Мегалловедеяие и терлическая обработка металлов

А в г о реферат

диссертации на соискание ученой степени .кандидата технических наук

ыосква - 1^92 г.

Работа выполнена б Научно-производственном объединении пэ технологии машиностроения (КцЭ'«НйлТшлЛ;)

Научный руководитель - докт.техн.наук ¿.Л.лац

Официальные оппонента - докт.техн.наук Позарова л.Б.

ханд.техн.наук Руднпцкип 2.Н.

Ведущее предприятие - НПО "Сатурн", г.МэскЕа

Защита состоится гЗ£к.<->.1гГр>% 1за2 г. в Щ часов

на заседании специализированного совета Д 145.03.01 при Научно-производственном объздккении по технологии машиностроения (Ш10 .

Адрес: Москва, 109088, ¿¡арикоподшилкпкозс/.ая ул. ,д.4,ауд.403.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке ЩгКГГЛАи..

Телефон для справок: 27о-в5-33

Автореферат разослан " 1Т " Н( 2_г-

Ученый секретарь Совета

Г.И.Васильева

канд.техн.наук

общ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

N

Актуальность работы. Для создания газотурбинных установок (ПУ) а турбокомпрессоров нового поколения необходимы литейные сплавы для деталей горячего тракта с комплексом свойств, существенно превосходящим уровень существующих сплавов аналогичного назначения. Разработка новых материалов проводилась ш> заказам предприятий энергетического и тяжелого машиностроения.

Рель и задаче исследования. Целью данной работы является разработка никелевых гародрочных сплавов для литых сегментов камеры сгорания (КС), направляющих лопаток первых ступеней (ЕЛ) ГТУ, колес турбокомпрессоров (КГ), превосходящих по комплексу характеристик ^жаропрочность на длительной базе, стойкость к сульфидной коррозии; стабильность свойств и структуры в процессе эксплуатации, стоимость) существующий уровень за счет использования принципа предельного легирования. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- исследовано количественное влияние всех основных легирующих элементов на фазовый состав сплава, параметры решеток фаз, критические температура сплава, влияние фазового состава а параметров структуры сшива на его жаропрочность;

- определены кинетические особенности-выделения 6 -фазы и уровень ее предельно-допустимого содержания в сшиве для уточнения метода ГНАСОМР как основного граничного условия при разработке преде.-1ьных составов;

- на основе йолученннх зависимостей разработана система расчета структуры и свойств сплавов на ЭВа;

- с помощью расчетной системы осуществлен выбор оптимальных составов никелевых сплавов, соответствующих комплексу характеристик, заданному конструкторами для материалов КС, КЛ и КГ

нового поколения;

- .разработаны резшмк термической обработки (ТО), в полном объеме исследОЕаны структура,свойства новых сплавов, проведена опытно-промышленная проверка результатов исследований, разработки Еаедрены в производство.

Научная новизна.

I. Установлена количественная зависимость ыезду химическим составом сплава и количеством в нем -фазы. Определено влияние элеменгов-упрочЕигелей твердого раствора (УТР) на растворимость у1-образующих элементов в матрице.

¿. Смоделированы на основе статистического анализа основные элементы изотермического разреза неравновесной диаграммы состояний системы Ш-Сг-Со-Мо-)л/-А1.- /¿-М&-Та в области составов жаропрочных никелевых сплавов, что дает возможность прогнозировать состав и дэло фаз в сплаве.

3. Подучены уравнения многомерных поверхностей диаграммы состояний: ликвидуса, сэлвдуса, температуры полного растворения

-фазы (.ТОР). Показано изменение характера влияния хрома и молибдена на величину ТОР с ростом доли й' -Фазы в сплаве.

4. Определено влиянье состава матрицы, количества карбидов, температуры и напрялен;:я на киаетиху выделения 6 -^азы в высо-кокоррозионностойких сплавах. Предлозена зависимость мевду уровнем легирования матрицы и равнэвеснш количеством в ней сз -чра-зы. На основе изучения влияния (а -фазы на свойства сплава оп-

1 ределен предельно-допустимый уровень легирования матриш в методе РдАСШР, чго позволило повысить степень легирования сплавов.

5. Получен ряд зависимостей, связывающих химический состав фаз и величину параметров их решеток; состав '.саз, параметры структуры к характеристики длительной прочности, что позволяет

- о -

проводить оптимизацию состава сплава по харопрэчности к структурной. стабильности.

Практическая значимость и реализация работы. Разработана и реализована на ЭВл высокоточная система машинного проектирования заропрочных сплавов с заданным уровнем эксплуатационные характеристик, позволяющая с минимумом затрат средств к времени создавать новые сллэеы предельного состава.

Разработаны составы литейных никелевше сплавов для ХС (ШК ¿4), ЕЛ (Ш1С ¿ID), iff (uHK 16/17П), превосходящие по комплексу характеристик отечественные и зарубежные сплавы аналогичного назначения, что было подтверждено испытаньями .металла отлитых по серийной технологии деталей и стендовыми кепкташ'лми.

■ Разработанные составы запатентованы. Промышленное производство паспортной шихтовой заготовки сплавов Ш;С ¿4, ЩК 21П, идК 17Д освоено Ступинским металлургическим комбинатом (С,1К). Сплав ШК 24 принят для производства КС турбины ITH25A (ПО КЗЛ); Ш 21Д - для производства М турбин ГГХМИ, ГГХ20И ("Турбоде-таль"), АЛ31СТ ("Сатурн"), 6То (фирма AHB); сплав Jiii 17П - для производства КГ на ВО Т.ИЗ и ПО "Пендизельыаш". Разработаны и" внедрены промышленные технологии их ТО. НПО ШШШАШ совместно с предприятиями-изготовителями разработана и внедрена промышленная технология литья деталей из новых сплавов, изготовлены и приняты заказчиками партии КС, Ы и КГ, соответствующие проходным эталонам. Экономическийэф^ект от внедрения сшивов составил в ценах середины 19Э2 г. оЗОО тыс.рублей.

Апробация работы. Результаты работы долозенк на ХШ и Х1У конференциях молодых ученых НПО ЩйГШШ в 1987-89 гг., конференциях НШГавтопром 1988 и I98S гг., семинаре "Фазоь^е превращения -л)" .лосква, 1эаЭ г., I Всесоюзном симпозиуме по заропроч-

- Б -

ньм материалам, Звенигород, 1989 г., Всесээзной конференции "Новые материалы и ресурсосберегающие технологии", Махачкала, 1939 г., на 7 ¡Лездународном конгрессе по термообработке, Москва, 1990 г., Неадународных конференциях "Заропрочные материалы 91" в г.&шне, ЧС^Р и " SAMPE-91 " в г.Tomo, Япония в I9SI г.

Публикация. По результатам выполненных исследований опубликовано 12 статей, I броашра, получено 9 положительных решений по заявкам на изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов, списка литературы из Щ наименована! и дрилоаеаия, содервание которых изло&ено на JIBS' страницах машинописного текста, в тш числе То таблиц и 46 рисунков.

• ОСНОВНОЕ СЭДЗРЗАШВ РАБОТЫ Глава I. СОСТОЯНИЙ ВОПРОСА

О(3о0щевф р^зуфуатн исследований, посвященных проблемам легировд^ад й- Oíобразования аарэарочных никелевых спла-' вов. Из авад&ра дофдокавдовных механизмов шлзучести выделена основные параме?р» структуры, определявшие аародрэчность сплава в различных темаературно-сшговнх интервалах. Рассмотрено влияние легирующих элементов на эти параметры - количество -фазы s сплаве, ее сопротивление срезу, стабильность; сопротивление ползучести твердого раствора. Показана возможность статистического моделирования этого влияния. Отмечено, что несмотря на значительное количество исследований, посвященных этой проблеме, до сих пор отсутствует определенная точка зрения на характер влияния элементов УТР на процесс выделения -фазы и состав фаз. Большая часть полученных зависимостей не обладает достаточной точностью и интерпретируемостью. Для создания системы рас-

чета сплавов необходило получить систему уравнений, связывающих химический сэстаз, фазовую структуру и свойства сплавов.

Основным ограничением дальнейшего повышения уровня свойств сплавов является потеря ши яри дерелегвроьанЕИ фазовой стабильности в процессе эксплуатации. Вопрос фазовой стабильности сплавов изучен в литературе и количественно описан, в частности, с ломэвдв метода ШСШР. Однако практически не исследованы вопросы кинетики выделения ¿> -фазы и предельно-допустимого уровня ее содержания в сплаве, что приводит к заниаешио границы легирования сплавов. Показано влияние на свойства сплавов сульфидной коррозии, воздействие легирующие элементов на коррозионную стойкость металла. Установлена необходимость специальных длительных испытаний для вксокохромастых сплавов. Вследствие определяющего влияния незначительных различий в методиках на количественные результаты испытаний и отсутствие общепризнанных стандартов, моделирование влияния элементов на коррозионные свойства воз:лоанэ лидь в пределах анализа одной серии экспериментов. Определены основные принципы легирования и ранжирования сплавов с точки зрения коррозионной стойкости.

Различное воздействие легирующих элементов яа характеристики сплавов требует разработка специальных составов с оптимальным для конкретных условий эксплуатации сочетанием свойств. Для разработки подобных сшивов, емэющих предельный характер легирования, целесообразно применение систем машинного проектирования сплавов, основанных на использовании зависимостей, связываащих свойства, параметры структуры ж химический состав. Опубликованные расчетные системы, однако, не обладают.достаточной точностью и полнотой. На основе сделанных из анализа состояния вопроса выводов определены основные задачи настоящей работы (сгр. 3).

- а -

Глава 2. ШЕВШШ И ..¡¿ТОДЖА ИССЛЕДОВАНИЙ

На первом этапе работы на основе результатов пассивно-активного эксперимента определялись количественные зависимости меаду химическим составом сплава, фазовым составом, параметрами структуры и эксплуатационными характеристиками методом многомерного нелинейного регрессионного анализа. Сформированные на основе ранее проведенных исследований и анализа литературы банка данных (до 120 точек на отклик) дополнялись,для достижения вида распределения значений факторов близкого к нормальному закону, результатами специальных экспериментов. Статистический анализ проводился с помощью программ " StaLqra$lC$ 2.1« д -"Мультисгат". После построения математических моделей, в случае получения нетривиальных эффектов, проводилась экспериментальная проверка на специально выплавленных составах. Рассматривалась область легирования сплавов на основе никеля, содержащих (мас,$): хрома 8-25; кобальта до 20; молибдена до 5; вольфрама до 12,5; титана до 5,5'; алюминля 1,5-6,0; ниобия до 2, тантала до 3. Для оценки адекватности моделей использовались коэффициенты множественной корреляции (КЛК), Стцмэна, критерий Фишера, экзаменующие выборки и метод скользящего экзамена.

Проверка характера влияния элементов УТР на процесс выделения й'-<$азы проводилась на четырех экспериментальных составах на базе сплава ЩК Г7П, содержащих (мае.Я: алюминия 4,1; титана 4,4; ниобия 0,6; углерода 0,02; хрома 13,5 и 5,5; молибдена 2,6 и 0,6; вольфрама 3,4 и 0,4; никель - основа. Изучение Ь -опасности проводилось на девяти модельных составах на базе сплава ЩК ¿Ш с повышенным содержанием хрома и молибдена. Составы рассчитывались таким образом, чтобы после карбидообразования

(при грех уровнях углерода) обеспечить заданные уровни легировать натршш ( ). Составы содержали (мае.$9: никель -основа; хром 23-24,7; молибден 1,5-2; 2,5; кобаль 10; вольфрам 2,5; алшиккй 2,8; титан 3,4-3,6; ниобий 0,6; бор 0,01; углерод 0,02; 0,09 и 0,14.

Структурные исследования сплавов проводились методами электронной (сканирующей, на репликах, на фэльгах) и оптической микроскопии. Количественная металлография проводилась по Салтыкову. Фазовый состав сплавов определялся методом физико-химического фазового анализа осадков. Критические температура сплавов определяли с помощью ДГА. Измерялись также плотность, динамические модули упругости и сдвига и их температурная зависимость; коэффициенты линейного расширения.

Механические и усталостные характеристики образцов определялись по ЮЛ 1497-84, 9551-84, 9454-78 , 3248-34 , 25502-79. Экстраполяция результатов испытаний на длительную прочность проводилась по ОСЯ 108.901.102-78 и методике ВИШ. Стойкость сплавов к горячей коррозии определялась сравнительными испытаниями полу погруженных образцов в тиглях с расплавом Мог$0^+2Ь% HaCL при температурах 850 и 900°С е течение 24 и 100 ч. По методикам . .Химфака Ш7 оценивались потери веса образцов. Вксокохромистые сплавы ЩК 21П и ЩК 24 исследовались на коррозионную стойкость путей испытаний в среде продуктов сгорания с обмазкой 3%MqCL + оксиды при температуре 850°С и выдержке до 1000 ч. Оценивалась глубина современного слоя. Турбокомпрессоры с колесами из сплава ШК 17П подвергались стендовым статическим, термическим к термоусталостнкм испытаниям.

Разработка составов сплавов осуществлялась на основе реализованной на ЭВД оригинальной системы машинного расчета, базирую-

щейся на полученных в ходе работы зависимостях.

Глава Ш. ЦССЛДЦЭЗАЕЙЗ ¿ЭДШ^СТВ^ННОГО ЗШКИЯ жшшшт ЭЛдлдКГОЗ НА ^¿ОВЫ/1 СОСТАВ А СЗОлСГБА СПЛАВОВ. СОШШИ СШГЙШ РАСЧЁТА ¿¡ШВОВ НА ЭШ

для создания системы расчета сплавов на ЭШ был принят "прямой" алгоритм расчета - определение количества и состава карбидов, борадов, X' - фазы, состава матрицы (в том числе и в состояв:^ после литья, с учетом как дендритной ликвации, так и неравновесного распределения элементов щезду (разами) рассчвты- . ваатся основные физические параметры структуры, жаропрочность сплава, .разовая стабильность (для ТЛУ-чраз и -V/, доли звтектики аз методу ЙШШР, для ¿-Ог и М¡¿Ти по эмпирическим формулам),'а такае ряд сгрукгурно-независимых (или принятых таковыми) свойств: температуры ликвидуса и солэдуса, плотность, модуль упругости, ШДР, коррозионная стойкость, стоимость.

.для.расчета (разового состава сплава, исходя из его химического состава в данной работе, с учетом невозможности в настоящее время проведения термодинамических расчетов диаграмм состояния девятикэмлонентяых систем, был принят упрощенный статистический подход - на основе регрессионного анализа были подучены уравнения, описывающие положение основных элементов диаграммы состояния б области составов никелевых сплавов с ¿0-70^ -фазы: поверхности ликвидуса, сэлидуса, - сольвуса; поверхность раздела в ингершале гелшаратур 20-^50°С; поверхности

раздела расчет отношения плеч каноды, на которой

располояен сплав данного состава (доля у1 -фазы) и проекций каноды на каздую аз осей многомерной диаграммы состояний (коэффициенты распределения элементов мезду фазами), совокупность ко-

торых позволяет определить точки пересечения канодн с поверхностями и tf^'/V t го есть состав фаз сплава.

Зависимость объемной доли равновесной Ц1 -фазы от химического состава сплава имеет следуЕотй вид: vol. =20,94+2,07 AlU +8,05 Ti -0,578 AL^'Ti1'25 +2,07 + +i>,lbTaa6S +0,54 W'5* +0,ICo-3,55 Crces ;. jq

где voL - количество у' -§азы (об„£), ALJiMWtCo.Cr -содераание соответствующих элементов в сплаве после выделения карбидов и бордцов, ат-^ (здесь и далее), ¡Ш модели составляет 0,97. ¿ели характер влияния ft'-образующих элементов на дола ft' -фазы хорошо известен (кривая -с отрицательным дифференциалом) и совпадает с полученными' результатами, го влияние молибдена и хрома иное, чем в тройных системах A/'-AL-У . Фазовый анализ специально выплавленных составов с различным уровнен хрома, молибдена и вольфрама подтвердил нейтральное действие молибдена, значигзльное отрицательное действие хроиа и полояительное вольфрама на выделение ft' -фазы, показанное регрзсиоаной моделью.

¡¿одели, описывавшие распределение элементов ыевду фазами в зависимости от химического состава сплава (без боридов и карбидов) и температуры старения приведены кике С КР - коэффициент распределения соответствующего элемента, для / -образующих элементов КР = , для УТР - КР = ): KPfr = ехр (-4350 КГ) :•:( 0,222+0,001Со+0 .ООИо1 • 4+ / 2j

+О.ООБ W 1»56-0,05Э Тцй5-0,02£Та); КРй = ехр (-3000КГ')х(0,152+0,ООб^'^.ООоСо1'^ / з]

+0,07ЭДо°'3+0,004 Я,,5"+0,047//6а^5-0,0Ша1»35; КРИо =0,448+0,043Со°»3+0,0005 Сг{П -0,02a,b-0,033U/- ¡4] -0,03lTLxi -0,04Та

= 0,764+0,П8Со°' 65-0,007 Сг +0,ЭЭЗЛог-0,ЗЗЗИ/аг+ +0,049.Угг -0,043 ТС -0,086 Л/б +0,005Га2 - г -о.оогсохсг1»5^0»3; СР^ = ехр (-8500 КГ)х(0,£96-0,003 Сг1'1 +0,018Со+ ) б]

+0,00<Иа°'7-0,016 v/ -0,011/иа9 +1,36Та°'6/сг1'8+

¿.й Мм/Сг*г);

РГа = ехр (-2900 КГ)х(-1,2?2+1,633/ГаО,О75)-0,О03Сг- { ?]

-о.об^'З-о.огв 5 +0,118 аЛ ); РИЬ = ехР (-5000 ЭДх(-0,448+0,ООЗСг 1»3+0,002Со1»5+ ^

+0,513.10+0,06 +0,14 т:а7 ); Рдц (Т4 П73)=0,245+0,а02Со1»35+0,012-41 °'65-0,0ПСг0'Э5--0,027 НЬоЛ5 -0,0157 Г/.0'25 -0,017 \л/ +0,021» I9}

<(Тех»л/ ) - 0,004 (Та«\л/ )2'35 ;

* И73) =КРД|_£ * (1+0,004(Т-1173) ] ■ (1$,

хе КГ = 1/Т - 1/1123; Т 4- 1255К; Т - температура старений, X. 1СЛ1С моделей | 2-10^ составляют 0,75-0,86. На основе анализа 96 составов -фазы, экстрагированной I реальных сплавов, подучено такае высокоточное(КЛК=0,386) азнение поверхности раздела фаз , выраженное через

дерзание в %' -фазе алалшшя (содержание элементов в -фа, в аш.%):

^=23,2-0,135П*7 -0,13о -0,о5Та-ЗСгй'35- /п]

-0,5Шо°»95-0,024 М2"7

Решая систему уравнений 11-ю} можно получить координаты

чек пересечения каноды, на которой леяиг состав сплава, с по-

рхностями а у*у'/. Для минимизации накашшвающей-

при использовании 10 уравнений ошибки слуаит уравнение ,

зволяющее вывести полученнуо точку пересечения каноды с -

зерхностья по нормали на независимо расчатаннуа поверхность» х' . \

ч

Изучено влияние легирования на величина критических температур сплава. - Получены регрессионные модели учасгкоз поверхностей ликвидуса, солидуса и сольвуса -фазы, соответствующих области легирования жаропрочных никелевых сплавов многокомпонентной диарамми состояний. Уравнения характеризуются ясным физическим смыслом (в частности, нулевые члены уравнений "П. и Т^ равны температуре плавления чистого никеля) и высокой адекватностью ШК 0,96; 0,91 и 0,38 соответственно). В частности, зависимость температуры полного растворе щш - -фазы от химического состава сплава (без боридов и карбидов) имеет вид: Тп.р.=1040"11'74Сг°'9+12'4С^1'1/2М°'5"0'1Со°'9- + {12] +70,351о-875,5Мо/5М +32,5Ее+10,74 У/*'5 +21,6 А1°,г +31710,6 +79,2 T¿/AL +39,'5 ЫЬ/М +99,8Та-386,7Тй//А1;

где

Известно, что с ростом содерзаяиЯ у1 -образующих элементов Тп.р. повышается, в ?о же время ее стабильность изменяется при замещении в ней алшиякя другими элементами по кривой с максимумом. Указанная особенность воздействия Ти , /ч/б и Та оголена в модели, йз результатов проведенного анализа следуэт выводы: понижающее влияние хрома на Тп.р. тем сильнее, чем больше в сплаве -фазы; с повышением доли -фазы в сплаве влияние молибдена на Гп.р. сменяется с пониааадего на положительное с точкой перегиба в районе 45$ -фазы; вольфрам и рений повышают Тп.р. -фазы.

Одним из важнейших граничных условий при разработке составов сплавов является требование ГПУ-безопасности. Используемые для этого в настоящее время методики гНАССЫР не учитывают кинетику выделения <о -фазы и предельно допустимый уровень ее содержания в сплаве, что приводит к заниненю предельного уровня

легирования. Для использования этого резерва была проведена серия экспериментов до изучении процесса выделения 6 -фазы в сплавах в зависимости эг внешних и внутренних факторов, изучению влияния различного количества <о -фазы в сплаве на его свойства. Установлено, что кинетика выделения ё -фазы определяется температурой старения (эксплуатации), уровнем приложенного напряаения, количеством "-^Сд, изоморфного 6 -фазе, уровнем легирования матрицы ). При этом количество карбидов влияет только на зароаденде и начальные этапы роста (Ь -фазы, приложенное напряжение несколько повышает скорость роста, не влияя на скорость зароаденил, а уровень Ис1ц и температура оказывает влияние на обе стадии (Рис.^). При этом равновесное количество ¿> -фазы определяется только уровнем М^ и не зависит от прочих ^акторов. -Изучена зависадость между продолжительностью старения и количеством ввделившейся 6 -фазы в сплавах, термообработка которых включала старение при ЗЭ0эС, 16 ч. При длительном старении 350ЭС обнаружен эффект снизения количества 6 -фазы после достиаения максимального уровня в углерод-сэдерзащюс с славах (Рис."/). На основе рассмотрения баланса углерода предлэзен объясняющий этот эффект механизм фазовых яре- . вращений в сплавах, состав которых при температуре эксплуатации не является равновесный. Полученные результаты позволяют, в частности, сделать вывод, что при температуре старения выие температуры эксплуатации материала, выделение & -фазы моает существенно ускоряться из-за потери стабильности карбидами ¿¿¿3С5 и зароздений на их основе <э -фазы. Предложена эмпирическая зависимость меаду уровнем легирования матрицы и равновеснш количеством выделяющейся (о -фазы:

VO¿ бтм - 85'(Щ-0,9$, объемных %

Рассаотрено влиянье <5 -Тазы на кратковременные и длительные механические свойства сплавов (Рис.3 ,4). Наиболее чувствительной к ввделеншо (з -фазы характеристикой является пластичность при комнатной температуре. Установлено, что при уровне Мс/у- 0,928, соответствующему сэдерзанзэ разнэзэсной фаз к в количестве 1,5-2$ не происходит заметного сникения характеристик, при более высоком уровне МЛ у катастрофически снижается пластичность и жаропрочность. Указанный уровень принят в качестве граничного в последуапси расчетах.

Получена эмпирическая зависимость влияния внешних я внутренних факторов на время до выделения критического количества ¿-$азы. На основе сравнения результатов длительного старения сплавов, разработанных в рамках главы 4 в литом и терлообрабэ-танном состоянии установлено, что максимальная стабильность сплава данного состава не всегда соответствует разновесному гомогенизированному состоянию. Сочетание дендритной ликвацконной неоднородности и неравновесного распределения элементов мезду фазами могут приводить (ФК 21Щ к большей фазовой стабильности сплава в литом состоянии

■ Ваяяой характеристикой структуры являются параметры кристаллических решеток ¿''и у - фаз. Величины параметров коррелируют с прочностью фаз, а их разность определяет стабильность структуры сплава в процессе эксплуатации. 3 модели влияния состава -|азы на величину ее параметра учитывалось ыесторас-полозение атомов в решетке А1. . Получены высокоточные (как 0,996 и 0,99, СЮ - 0,0030 и 0,0019 А , что совпадает с точностью эксперимента) зависимости;

ах =3,5243+0,00123 +0,00053 +0,00434 МОц +0,00466 Ц.

+0,0020 40,003377(1^ +0,00842 А% -¡Х),00оЬ0Т<3 у , А • "

"но Чес -{ооо песо зссс^4

Рис.Х Кинетика выделения 6 -фазы в сплавах с

различным содержанием углерода при старении

до 3000 ч при 800 и 850 С.

12

10

8

6 4

2 О

Каш [Ч? С' 'во 6 фазы, 9 ) 1

0 ( т( фение 850 С т 4 N ч,

X £ 15 ) С; I* ■0 МПа У (Л у у V

г\ \

зда -

-1

'2Р чо Чсо лсд йод Асо$ мое зссеьц Рис.2 влияние приложенного напряжения на

кинетику выделения 6 -фазы.

хо-н

с/т с,1г& щ* ы

Рис.4 Зависимость между уровнем легирования сп

матрицы »количеством равновесной <~> -фазы 1

и длительной прочностью образцов.

А $24 НМх

Рис.4 Зависимость механических свойств

сплава от уровня М^у матрицы.

=3,5655+0,00132 Со+0,00276 Мо^< +0,00191^' + +0,00163 +0,0037 Та у. +0,00428 - |15|

•4),00075 ССу' х^Оу' -0,00029 Со^Щ -0,00070 + +0,00055 СгМ^' , А Содерзание элементов в фазах в атомарных процентах, СгАи СгМ$' - процент атомов хрома в составе V -фазы, замещающих А/, и ДТГ соответственно.

Получены зависимости, связываэщие характеристики длительной прочности сплавов с химическим составом фаз и такими структурными факторами, как объемная доля -йазы, параметр резе-гок в условиях действия различных дислокационных механизмов ползучести. Принятые на основании анализа литературы гипотезы о температурно-силовых интервалах действия различных дислокационных механизмов подтверждены в дальнейшем при изучении гонкой структуры образцов реальных сплавов, снятых с испытаний на длительную прочность. На основе комплекса проведенных исследований и полученных моделей реализована на ЭВЛ . система ма-

шинного расчета жаропрочных никелевых сплавов , позво-

ляющая по данным о химическом составе сплава, типа кристаллизации, реяиме термической обработки прогнозировать основные пара-" метры его структуры, состав фаз, эксплуатационные и технологические характеристики, а такае с минимальными затратами времени и средств разрабатывать новые предельные композиции с заданным комплексом характеристик.

- ¿О -

Глава 17. РАЗРАБОТКА СОСТАВОВ, РаШЭВ ТЕР.ЛГЕСКОЙ ОБРА-оОТКЙ (ТО), ЖСЩ0ВАШ1Е СйШБЫ. ХДРШЁВШЙ И ШЕДРЯЕЕ В ПРОИЗВОДСТВО СПЛАВОВ да ЛИГКХ СШШГОЗ КАЛБРЬ: СГЭРЖЛ (КС), ШШВипПШ ЛОПАТОК СТАЩОШНИ 1ТУ И (ЕЛ) КОЛЕС ТУРБОКОМПРЕССОРОВ (КГ)

• Полученная система расчета позволила в короткие сроки разработать по заказу ряда.предприятий новые жаропрочные никелевые сплавы с заданным уровнем характеристик: высококоррозиэнностой-кие сплавы для турбины ПЕ25А (ШШЗЛ), ЕЛ первых ступеней турбин ГГК10И и ПН25И (ПО "Соизгази&акация"), экономнолетирэвакний сплав для НС (ПО "Лендазельмаш"). При разработке сплавов параметрами оптимизации являлись длительная прочность при 750-500°С на базах более 1000 ч, коррозионная стойкость в серосодержащих средах при 750-900ЭС, стоимость сплавов по шпстовш материалам. При этом баланс свойств рассматривался на уровне: обеспечение плотного защитного слоя ез окислов Сгг Оь+Ти Ог без (ЕЛ и КС) и с отдельными (КС) включениями АС^ , гаропрочность

6 ХОООО > 100 2 120 ^ ' 1000 * 4Ь0 ЭД^31)'

В качестве граничных условий выступали: отсутствие охрупчиваю-

щих выделений ТПУ-фаз (Мс1%< 0,928) и выделений фаз <£-Сг, £ ;

разность параметров решеток при температуре эксплуатации не бо-*

лее 0,005 А(стабильность структуры), величина модуля упругости ее более 195 ГПа и 200 ПЗа для сплавов КС и Н1 соответственно (стойкость к терму сгалости); ограничения со минимальному, и(или) максимальному содергагш титана и молибдена (свариваемость и коррозионная стойкость), требование пэ высокой пластичности для сплава КС (для сборки сегментов). С учетом вэзмоаностей промышленной выплавки сплавов по интервалам содерааяия летаруада: элементов были предлоаена составь', представленные в таблице I,

удовлетворяющие пэ своед расчетным характеристикам поставленным требованиям.

Таблица I.

Состав разработанных сплавов на основе никеля'

назначение, сплав элемент КС '.; Ш 24 : ш ШК 21П : тк : ЦБК 16/Г7П

Хром 22,0-24,0. 20,0-22,0 12,6-13,8

Кобальт 10,0-11,5 10,0-11,5 3,5-5,0/0

.Лолибден 1.0-1.7 1,0-2,0 2,0-2,3

Вольфрам 1,7-2,6 2,0-2,6 2,8-3,4

Алюминий* 1,5-1,9 2,1-2,6 3,6-4,2

Титан* 2,4-3,2 3,0-3,7 4,2-4,8

Ниобий 0,2-0,7 0,5-0,9 0,5-0,9

Углерод 0,05-0,1 0,95-0,1 0,1-0,16.

Бор 0,006-0,01 0,006-0,01 0,006-0,01

31 Ка все сплавы шеются также дополнительные ограничения по сумме титана л алюминия.

Верхняя граница легирования сосгазов (с учетом ограничений на сумму титана а алшикия) соответсгвуег критическому уровню матрицы, полученному в гл. 3. Проведенный фазовый анализ сплавов в литом состолнее а после '10 подтвердил граничный характер легирования, 'разовую стабильность и показал высокую точность расчета разового состава по разработанной программе.

На основе комплекса проведенных исследований были назначены ренты 10 сплавов, обеспечивающие высокую степень гомогенизации, полное растворение ^'-фазы а выделение ее в виде дисперсных (30-35 ыам) частиц. ТО включает в себя отзиг 3 ч. при

1143 (л:< 24) е 1150 (¡Ж 21П) 0, охлаждение до 1Э00эС со скоростью 2030/мнй, ввдерзду 2ч, охлаждение на воздухе, старение 833°, 16 ч. Спдаз 1711 разрабатывался для применения в литом состоянии, аля КГ отЕетственного назначения разработан ко-Зальтосэдеряащий сплав ШХ 16П с расширенным интервалом ТО (Т5 -ТПР). ГО 1£К 16Л вклвчает отниг 1240э0, 2 ч и старение о00эС, 16 ч.

¿¿учены структура и свойства новых сплавов в обьеае, необходимом для аттестации материалов деталей горячего тракта газо-еых. турбян. Полученные результаты подтвердили основные расчетные характеристики (таблица 2).

Таблица 2

Основные характеристики новых сплавов

Сплав, состояние: Характе- | рисгика ЩШ 24 после ТО : иНК 21И : после ГО : ЛК 16Д :после ТО : 17П : литое

I 2 3 4 5

50,4(51,2) 1349(1336) 1250(1252)

1211(1230)

203(207) 8050(8060)

нет

Количество -фазы, об.й

Температура ликвидуса, О

температура со-лидуса, °С

Температура полного растворения Х'-фазы

Модуль уппугости л, ГДа

Плотность,кг/ы3

Опасность выделения ТйУ, Л- Сг ,

22,0 (24) 32,5 (33) 50,6(51,5)

1365(1379) 1341(1350) 1340(1342)

Шо(1л92) 1255(1250) 1270(1252)

ПОВШИ) 1132(1131) 1237(1228)

192(151) 124(197) 203(203)

3120(8130) 8110(8130)3050(6080)

нет

нет

нет

-21 -

Продолжение табл. 2

I з 4 5

Пределы длительно а прочности, .Л Па

450 Н 330(315) 375( 375) ¿05(513) 470

ЯооЪ, iOPO ч 220(¿36) 277 (¿9-4) 350(365) 335

2>ГО% мм V 140(157) 17Э( ¿05) - -

ШсС, 100оь у 102(112) 1331144) - -

Коррозионная стойкость: аспыгаяш в тигле, потери веса,кг/м2 0,05 0,05 0,14 0,15

Испытания на стенде, глубина коррозии, 0,09 0,11 - -

х 3 скобках - расчетные величины.

Изучено влияние старения до ЗООО ч при различных температурах на свойства сплавов, в тон числе максимальных составов, содержащие следы (о -фазы. Результаты испытаний механических свойств реальных сплавов подтвердили-правильность концелют предельно-допустимого уровня <э -опасности.

Исследованы свойства и структуры металла, изготовленных по разработанной ц&ЖЖШ серийно:'! технолоГйз сегментов дС, НД и ТК. Проведены стендовые испытания турбонагнетателей, с колесами из сплава ШК Х7П (таблица 3). Подученные данные сведетальстауэт э значительном преимуществе новых егшавоа г.еред серийно применяемыми, об их высокой технологичности, показывают полное соответствие структуры и свойств металла изделий и отдельно отлитых образцов, на которых проводились эенэаные исследования.

Таблзпа 3

Результат стендовых Есакганкй колес из ■ сплавов АКБ-300 и Щ1К I7Ü

Ксввтанае

Сплав, состояние

AHß-Зоо, после 'ТО 55 - 2,9 разрушение после 1200-1500 ц

- литое. 105 105 16,5 колесо работоспособно после 3000 п

Составы новых сплавов запатентованы, сплавы внесены в чер-тезл и техническую документацию заводов-изготовителей, заказчиками приняты одктно-прэмкллешше партии сегаентов КС (ШК ¿4), ЕЯ (LHK ¿1 Л), ТК (iülK 17П). Изделия, изготовленные из новых сплавов полностью соответствует проходным эталона:,: по дефектности, структуре и характеристикам. На Ступинскок металлургическом комбинате.освоен Еыпуск паспортной шихтовой заготовки из сплаЕов ШК ¿4, IHK 2Ш, ¿Hü I7G; в настоящее время для различных заказчиков поставлено около 14 г сшнеов.

ОСНОШЬ.Л ВЫВОДА ПО РАЮК

I. Установлено количественное влияние основных легирующих элементов на дола ¿('-фазы в никелевых сплавах. Установлено,что хром сникает дола -фазы в сплаве, -.олибден не оказывает заметного воздействия, Еольфрам и, е кеньшей степени, кобальт повышают содержанке -фазы, влияя на растворимость ¿''-эбразую-

Частота зраде- :Вреия рабо-'.количество

ння при раз- :ты zo раз- :циклов Harpv-

рушекии.ткс. : руленгя при'.аения прк

оборогов/мин. :7о ткс.об/ :80 ткс.об/ыин, аооэг :вооэс, з мин.,

u ч. :57 ткс.об/мин,

: :4ээ3с, з мин.

700 С

щзх элементов з иатрипе.

2. На базе регрессионных уравнении смоделированы осковнке элемента изотермических разрезов дзаграхш состояния системы ЬЬ-0"Со-Мо-\*/~АС~7и-№'Ъз области составов ааропрочннх сплавов на основе никеля при темперагурах до Э503С.

3. Получены модели поверхностей ликвидуса, солидуса, полного растворения у'-фазы, Установлено, что степень понизаэще-го воздействия хрома на Т п.р. растет с увеличением доли

^'-фазк в сплаве, а влияние- молибдена с ростом доли -фазы меняется с отрицательного на положительное с точкой перегиба

-1. лоличестзенЕО описано влияние на кинетику процесса выделения 6 -фазы,з вксокохромистых сплазах внешних я внутренних факторов. Еа основе углеродного баланса предложен механизм фазовых превращений в процессе старания неравновесных сплавов. Предложена эмпирическая зависимость равновесного количества £ -фазы от уровня легирования матрицы. Показано, что гомогенизированное равновесное состояние сплава монет быть более -опасном, чем состояние после литья. На основе экспериментального изучения влияния (э -фазы на механические овойстЕа предлоген предельно-допустимый уровень содержания ¿> -фазы а соотзегстзуз-зрй ему уровень легирования матрицы Мс1% , существенно повышающий предел легирования никелевых сплавов.

5. Определено количественно влияние легирующих элементов на параметры решеток у1 и ^ -фаз, предлозена модель, учитывающая ;,:есто расположения атомов в кристаллической решетка.

6, Получен ряд уравнений, связывающих пределы длительной прочности сплавов в различных температураэ-сплозых областях, с параметрами структуры и составом фаз. Экспериментально аодтверздзн

характе; действую:!^: г эти:: областях ангх процессов.

7. На основе комплекса проведение: ::зследонаЕпй разработана и реализована на 32.'. с::сте'..:а расчета н^хелег-з: сплаьоЕ, позволяющая разрабатывать сплавн предельного состава с заданны уровнем эксплуатационных характеристик.

3. С юкоаьз расчетной системы в соответствии с заданным заказчиком комплексов характеристик разработаны сплавь: для литых сехменгоь ка:.:ерк сгорания, для каправллз'дцх лопаток первых ступеней ГГУ г длд колес турбокомпрессоров. Составь' имеэт предельный характер, превосходя по комплексу свойств применяемые ныне сплавы аналогичного назначения.

9. Разработаны регилы терлпческо:! обработки с плазов, изучены структура и свойства сплавов е объе:.:е, необходимом для аттестат материалов горячего тракта ГГУ их кендународной сертификации. Исследовано влияние яа сбойсгеэ сплавов длительного старения. Результаты гсг^таний свидетельству:;? об эффективности системы расчета, точности прогнозирования основных параметров и характеристик сплавов.

10. Изготовлены эпьтао-промншленнке партии сегментов, турбо-колес и лопаток. Ксследозанге структуры и свойств металла изделий показало их соответствие результата:.;, полученным на образца?;. Стендовые испытания гурооколес ползали их значительное преимущество перед колесам:*: из серийных сплавов. Сплавы Бкесекы в чертей: и техническую документация заводов-изготовителей, производство го: епхтовых заготовок освоено на СКК.

Од ^ЧАГНил, РАБОТ ПО Т

1. лоятер .,<.Л. Прогнозирование эксплуатационных свойств ..гародроч-ных никелевых сплавов ка основе расчета на ¿За их физических

з структурны» параметра. - 3 сб. Тезисы докладов 1»Х1 научно-технической- аокЗераягкп аолздых ученых и специалистов НПО ЬлИГАвтэпрэм. - .4., НПО Ш51Азтэпра, 1£33, с. 73.

2. лэнтер Построение на 33* :к о г о :.! п о не нт нь: д. диаграмм состояния для оглп:л::зац::л интервалов легирования сплавов на никелевой основе.-Труды Л^^И-Л^. ....: И 212, с.5.

3. лэнтер ..1.Л., лап ->..1., Луоеяец В.П., Ртидез 3.2. Разработка с пэ:лодьэ 35.". новых -лродрэчных никелевых сплавов с заранее заданны:/» л0апл5лС0;л эксплуатационных характерног::к. - 3 сб.: Новые .хароарэчкье и зарэсюйхие металлические материалы. -I.;., ^¿иегилфорцадия: ±~дз, ч.1, с.д07.

1. .Сац 3..1., лэнтер ..1.Л., Лубенец З.Л., Спиридонов ^.3. Лрогрзс-с;12нкз сплавы „ля литых ::олзс турбокомпрессоров. 3 сб.: Новые материалы л сзсурсосЗерегазгда технологии термической л хими-ко-тер:личэс:-:о;1 обработок деталей :,;аппн и инструмента. -..;.: с. 55.

5. лонтэр м.Л. Разработка сглавоз нового поколения для турбоколес дизельных дзигагеде2, г е.: Тезисы докладов ХдЛ научно-технической конре секции молэдкх ученых и специалистов НПО гиШГАвто-прои, ..¿., п::о н-иПАзгопром, I¿59.

о. ¿онгер Л. Злиякне кобальта на количество з' -фазы 2 никелевых сплавах. 3 сб.: базовые зреврадзния-^О. Тезисы докладов "алолы-сеыпнара по проблемам ¿азовых превращен::" в твердое те-' ле. иг1^чзр\;ег да. П.Бардина, 1-ьО, о. 47.

7. .йц Э.Л., Лубэнец ^.П., .»онтер ..».а. Новые лнтз,1нке коррозиоп-азрзлрэчные едлазы для газовых турбин. Обзор. ^¡..^¿ТЭ^Тяхдг:^, сер. 3, 35, ТоэО.

6. изезддн .¿.11., .Сад ¿..I., лэгоз м.З., Лубекзц З.Л., Спиридонов ¿.3., лэнтер ....Л. Разработка :^ароцрчных лоррозикко-стой-.;пх сплавов и рззеглэв термической обработки деталей горячего тракта стационарных газовых турбин. с, с. 30. Понтзр .«.Л., .¡убенец З.П., ^у^анака А.,0. Разработка оптимального легирован:-1! :: решала термообработки елдаза для сгорания ГГ/. 'Труды 323, стр. -10-115.

- Zb -

10.E.L.Kats.Y.I. Zvezdin . Y . V. bo tov, V .F. Lubenetz . E . V. Spiri do:iov. U.L.Konter. Industrial development of new corrosion resistant nickel base superalloys and processes. for casting equiexed,directional and single crystal components for gas turbines and diesel motors.-High temperature materials for power engeneering 1990,Li&ge,Belgiura.Atstracts.p.£8

11. Y . 1 Zvezdin , Y • V. Kotov .E.L.Kats.V.P. Lubene t z , E. v . Spir i donor, U.L.Konter. Development and putting into industrial operation of new heat and corrosion resistant nickel base superalloys and processes of casting parts with equiaxed,directional and

' single crystal structures for e&s turbines and dic-el tao'tors .-Heat treatment and technology of surface coat i lips . New processes anu application experience.Proc.7th Intern.Congress on heat treatment of materials. Dec.11-14. 1Э90. Moscow, v.2,p.121

12.V.I.Zvezdin.Y.V.Коtov.E.L.Kats,V.F.Lubenetz, E.V.Spiridonov. u.L.Konter New corrosion resistant nickel base superalloys and technological processes of casting gas turbines parts with directional,sinele crystal t»nd regulable equiaxial minimized oicroporosity structure. Uechanical Behavior of Materials VI,Proc.of VI Intern.Conf.,Kyoto.Japan, 29 Jul-2 Aug.1991.Fergamon Press.1991,v.2.p.Ill

13 U.L.Konter, V.F.Lubenetz, E.L.Kats, l.G.Golenshina. New high corrosion and creep resistant cast superalloys for stationary turbines.Creep-resistant metallic materials. Proc. of viii Intern.Symposium, Sept.17-19. Zlin, CSFR. 1991,p.37.

По теме диссертационной работы получены положительные решения по заявкам на изобретения и патенты Ш 4749662/02,4749663/02, 4731670/02,4731993/02,от 25.08.89, 4719326/24 от 14.07.89, 4852570/02 от 23.07.90, 5003025/02,5003036/02,5003037/02, 5003038/02 от 30.09.91г.

Подписано а печать 13.10.92 Зак. 125. Тираж 100

Группа электрографии ШО ШИИТШШ, Шарикоподшипниковская, 4

АКАДЕМИЯ УПРАВЛЕНИЯ МВД РОССИИ

На правах рукописи

Для служебного пользования

АНДРЕЕВ Геннадий Владимирович

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ФЕДЕРАЛЬНЫХ ОРГАНОВ НАЛОГОВОЙ ПОЛИЦИИ И ОРГАНОВ ВНУТРЕННИХ ДЕЛ ПРИ ВЫЯВЛЕНИИ, РАСКРЫТИИ И РАССЛЕДОВАНИИ ПРЕСТУПЛЕНИЙ В СФЕРЕ НАЛОГООБЛОЖЕНИЯ

12.00.09 - уголовный процесс; криминалистика и судебная экспертиза; оперативно-розыскная деятельность

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата юридических наук

Москва - 2001

ГЙСЫЗ ШЕ8ШЯ ЯЕШШКЯЯ ГОД

ч