автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Монокристаллические никелевые сплавы для судовых газотурбинных двигателей

л.

Ъ ^Государственный научный центр Российской Федерации ' «Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии - 5 имени И.П. Бардина»

-ГНЦ РФ ЦНИИчермет -

На правах рукописи

АГАЛЬЦОВА Вера Олеговна

МОНОКРИСТАЛЛПЧЕСКИ Е НИКЕЛЕВЫЕ СПЛАВЫ ДЛЯ СУДОВЫХ ГАЗОТУРБИННЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

05.16.01 - «Металловедение и термическая обработка металлов»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1998

Работа выполнена в Институте качественных сталей ГНЦ РФ «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина».

Научные руководители: доктор технических наук,

профессор Голованенко С.А.

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Колясникова Н.В.

Официальные оппоненты, доктор технических наук,

главный научный сотрудник Поварова К.Б.

кандидат технических наук Орехов Н.Г.

заседании диссертационного совета Д 141.04.02 при Государственном научном центре Российской Федерации «Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии имени И.П. Бардина»: 107005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 9/23.

С диссертацией можно ознакомиться в технической библиотеке ГНЦ РФ «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина».

Ведущая организация: АО «А.Люлька - Сатурн» Защита состоится « Лд »

«

1998 г. в // ч на

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

Н.М. Александрова

Актуалыюстъ работы

Прогресс в развитии газотурбинных двигателей (ГТД) сопровождается непрерывным увеличением температуры газа на входе в турбину и переходом на низкосортные сорта топлива при обеспечении надежности и расчетного ресурса эксплуатации деталей ГТД.

Возможность повышения рабочих температур двигателей в связана с характеристиками жаропрочности литейных сплавов на никелевой основе, поскольку основная нагрузка температуры и мощности газового потока приходится на лопатки турбины, изготавливаемые из этих материалов. Кроме того, надежность ГТД определяется стойкостью материала лопаток к высокотемпературной солевой коррозии при условии фазовой и структурной стабильности в процессе эксплуатации.

Технология монокрисгального литья никелевых сплавов позволила одновременно повысить их жаропрочность и пластичность. Однако применение сплавов с традиционной системой легирования не позволяет в полной мере реализовать потенциальные возможности монокристальной структуры.

Анализ научно-техшпеской и патентной литературы показал, что на момент постановки задачи данной работы основная тенденция развития сплавов для монокристального литья характеризуется стремлением повысить прежде всего характеристики жаропрочности. Совершенствование химического состава сплавов осуществляется в направлении повышения объемной доли упрочняющей у'-фазы при одновременном возрастании ее термодинамической стабильности, что достигается за счет сбалансированного увеличения содержания ту гоплавких и у'-образующих элементов.

Опыт создания высокожаропрочных сплавов для монокристального литья не может быть в полной мере использован при разработке составов коррозионностой-ких никелевых сплавов, работающих в условиях воздействия коррозионноактив-ной среды продуктов сгорания жидкого топлива, т.к. для обеспечения требуемого уровня эксплуатационных свойств необходимо согласовать ряд противоречащих условий. С одной стороны, для повышения сопротивления солевой коррозии необходимо повышать содержание хрома, что приведет к резкому снижению характеристик длительной прочности; с другой стороны, повышение жаропрочности высокохромистых коррозионностойких сплавов за счет увеличения содержания у'-образующих и тугоплавких элементов, в свою очередь, ограничено опасностью образования охрупчивающей ст-фазы.

Актуальность представляемой работы определяется необходимостью разработки и внедрения сплавов на никелевой основе для производства монокристальных рабочих лопаток ГТД, сочетающих высокий уровень длительной прочности, коррозионную стойкость в продуктах сгорания жидкого топлива и структурную

стабильность в процессе эксплуатации. Разработка и внедрение сплавов является комплексной проблемой, для решения которой помимо оптимизации химического состава необходима корректировка технологических параметров направленной кристаллизации и совершенствование режимов термической обработки.

Актуальность темы подтверждается выполнением ее в соответствии с планами научно-исследовательских работ ГНЦ РФ ЦНИИчермет им. И.П. Бардина в рамках Государственной научно-технической программы «Перспективные материалы».

Цель работы: разработка и исследование высокохромистых сплавов на никелевой основе для производства рабочих лопаток современных ГТД методом монокристального литья.

Для достижения поставленной цели в работе:

- исследованы закономерности влияния основных легирующих элементов и их соотношений на формирование структуры и фазового состава, характеристики длительной прочности и сопротивление высокотемпературной солевой коррозии высокохромистого сплава на никелевой основе, полученного методом монокристального литья;

- установлены закономерности влияния фазового состава на эксплуатационные свойства монокристальных композиций высокохромистого сплава на никелевой основе;

- определены оптимальный фазовый состав и структурное состояние, обеспечивающие сочетание высокого уровня длительной прочности и коррозионной стойкости при эксплуатации высокохромистого сплава на никелевой основе в агрессивной среде продуктов сгорания жидкого топлива;

- изучено влияние режимов термической обработки и скоростных параметров направленной кристаллизации на формирование структуры и свойств монокристальных отливок высокохромистого сплава на никелевой основе;

- освоено металлургическое производство разработанного сплава и проведено технологическое опробование монокристального литья рабочих лопаток ГТД.

Научная новизна

- расчетным путем установлена область оптимальных составов высокохромистого коррозионностойкого сплава на никелевой основе, отвечающих требованию сохранения структурной стабильности (по методу РНАСОМР, базирующемся на расчете средней и критической концентрации электронных вакансий в сплаве) и обеспечивающих уровень длительной прочности не менее 330 МПа при температуре 900°С на базе испытаний 100 ч;

- в результате комплекса расчетных и инструментальных исследований установлены закономерности влияния основных легирующих элементов на характеристики длительной прочности, стойкость к высокотемпературной солевой коррозии и

схруктурную стабильность высокохромистого никелевого сплава, полученного монокристальным литьем;

- показано, что в высокохромистом сплаве на никелевой основе при суммарном содержании основных у'-образующих элементов (AI и Ti) ~8 мас.% объемное содержание частиц упрочняющей у'-фазы составляет ~50%, что обеспечивает необходимый уровень длительной прочности, а при соотношении (мас.%) Ti/Al>1,0 высокохромистый сплав не склонен к образованию охрупчивающей ст-фазы;

- разработан научно обоснованный режим термической обработки высокохромистого коррозионностойкого сплава, полученного монокристальным литьем, обеспечивающий термическую стабильность структуры и фазового состава, что в значительной степени определяет высокий комплекс служебных характеристик в процессе длительной высокотемпературной эксплуатации.

Практическая ценность

- установлено влияние легирующих элементов на формирование структуры и свойств высокохромистого сплава на никелевой основе, полученного монокристальным литьем;

- разработан новый сплав на никелевой основе с высокими эксплуатационными и технологическими характеристиками и опробован в качестве материала для производства монокристальных лопаток ГТД на существующем серийном оборудовании;

- разработан трехступенчатый режим термической обработки монокристальных отливок высокохромистого сплава на никелевой основе, обеспечивающий состояние структурной стабильности и комплекс эксплуатационных характеристик.

На защиту выносятся:

1. Установленные закономерности влияния основных легирующих элементов на структуру и фазовый состав, длительную прочность и коррозионную стойкость в продуктах сгорания жидкого топлива разработанного сплава на никелевой основе, полученного монокристальным литьем.

2. Оптимальное сочетание концентраций хрома, титана, алюминия, ниобия, гафния, кобальта в разработанном сплаве для монокристалыюго литья, обеспечивающее высокий уровень жаропрочности, коррозионную стойкость и структурную стабильность при длительной высокотемпературной эксплуатации.

3. Оптимальный фазовый состав и структурное состояние разработанного сплава на никелевой основе, полученного монокристальным литьем, определяющие требуемый комплекс эксплуатационных характеристик.

4. Результаты металлургического производства и технологического опробования монокристального литья рабочих лопаток ГТД из разработанного сплава на никелевой основе.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 4 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих выводов и списка использованной литературы из 84 наименований. Материал диссертации изложен на 171 странице, включая 60 рисунков, 24 таблицы.

Основное содержание работы

В главе 1 рассмотрены закономерности влияния комплексного легирования жаропрочных никелевых сплавов на формирование структуры, фазового состава и комплекса эксплуатационных характеристик.

Проанализирован уровень отечественных и зарубежных разработок литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе. Отмечено, что в рамках традиционных технологий резерв повышения уровня свойств за счет легирования практически исчерпан. Дальнейшее повышение служебных характеристик рабочих и направляющих лопаток связано с применением технологии направленной кристаллизации.

Проведенный анализ научно-технической и патентной литературы показал, что на момент постановки работы при создании новых композиций жаропрочных никелевых сплавов для производства деталей ГТД методом направленной кристаллизации и монокристального литья основное внимание уделяется повышению жаропрочности. При этом отмечено, что на длительную прочность монокристаллов никелевых сплавов оказывает влияние как размер частиц упрочняющей у'-фазы, так и дисперсность дендритной структуры. В первом случае на жаропрочность влияет режим термической обработки; во втором, - скоростные параметры направленной кристаллизации. Таким образом, характеристики жаропрочности формируются в зависимости от химического состава, режимов направленной кристаллизации и термической обработки.

Производство монокристальных лопаток из коррозионностойких никелевых сплавов характеризуется крайне незначительным объемом разработок и исследований. Использование традиционных сплавов с корректировкой состава по углероду не позволяет в полной мере реализовать преимущества монокристальной структуры. Высокое содержания хрома и сопряженная с этим вероятность образования охрупчивающей ст-фазы ограничивает возможность легирования элементами, необходимыми для повышения уровня кратковременной и длительной прочности. При условии сохранения коррозионной стойкости и структурной стабильности их допустимые концентрации и соотношения в составе высокохромистого сплава должны быть тщательно сбалансированы.

В этой ситуации разработка составов сплавов требует решения комплексной задачи: оптимизации системы легирования, совершенствования режимов термической обработки и корректировки технологических параметров направленной кристаллизации.

-7В главе 2 обоснован выбор методов экспериментального и расчетного исследования опытных сплавов на никелевой основе.

Предварительная оптимизация опытных составов сплава на никелевой основе проведена с применением расчетной методики прогнозирования фазового состава РНАСОМР по критерию отсутствия в структуре опытных сплавов <т-фазы, а также регрессионных уравнений, позволяющих оценить объемное содержание упрочняющей у'-фазы, температуру ее полного растворения и ожидаемый уровень длительной прочности при температуре 900°С на базе испытаний 100 ч.

Выплавку шихтовых заготовок проводили в вакуумной индукционной печи Экспериментального завода ЦНИИчермет. Отливка монокристальных заготовок произведена в НПО «ВИАМ» на установке высокоскоростной направленной кристаллизации УВНК-8.

Для термической обработки монокристальных композиций опытных сплавов применяли четыре режима термической обработки:

1. Гомогенизация при температуре 1210°С, 4 ч, охлаждение на воздухе.

2. Гомогенизация при температуре 1210°С, 4 ч + старение при температуре 850°С, 24 ч с охлаждением между ступенями на воздухе.

3. Гомогенизация при температуре 1210°С, 4 ч + двухступенчатое старение: 1050°С, 8 ч + 850°С, 24 ч с охлаждением между ступенями на воздухе.

4. Гомогенизация при температуре 1210°С, 4 ч + старение 950°С, 9 ч с охлаждением между ступенями на воздухе.

Уровень кратковременных механических свойств (<7в, Оо,2, 8, чО и длительной

900 900 _

прочности (С^ юо' юоо) монокристальных образцов опытных сплавов на никелевой основе определяли по стандартным методикам (ГОСТ 1497, ГОСТ 10145, ГОСТ 9454).

Структуру и фазовый состав монокристальных композиций опытных сплавов изучали с применением оптической металлографии, физико-химического фазового . анализа.

Коррозионную стойкость сплавов определяли при температуре 900°С по двум методикам: испытания в смеси солей повышенной агрессивности 25%МаС1 + 75%Ыа2804 продолжительностью 24 ч; в смеси солей 10%Ь'аС1 + 90% №ъ804 продолжительностью 300 ч.

Экспериментальную оценку структурной стабильности опытных монокристальных композиций проводили по результатам провоцирующего длительного старения при температуре 900°С продолжительностью 500 и 1000 ч.

Литейные характеристики сплава на никелевой основе определяли по комплексной пробе Нехендзи-Купцова.

Температурные интервалы фазовых превращений в сплаве (температуру пол-

ного растворения упрочняющей у'-фазы на основе №3А1, температуру растворения эвтектики (у-у') и температуру солидус) определяли методом дифференциального термического анализа (ДТА) по кривым нагрева.

В главе 3 обоснован выбор композиций для предварительного расчетного и экспериментального исследования на основании изучения влияния легирующих элементов на формирование структуры и свойств литейных сплавов на никелевой основе и с учетом снижения углерода в составах сплавов, предназначенных для монокристалыюго литья.

В качестве переменных легирующих элементов выбраны:

- хром, как основной элемент, обеспечивающий формирование защитных окисных слоев на поверхности металла при воздействии высокоагрессивной среды продуктов сгорания жидкого топлива;

- элементы, упрочняющие сплав на основе никеля за счет образования у'-фазы (П, А1, №>) и твердого раствора (Сг, Со, XV, Мо);

- химически активные легирующие элементы, образующие при кристаллизации, термической обработке и в процессе эксплуатации сплава карбиды различного типа и морфологии (Сг, Т1, ИЪ, V/)

При расчете структурной стабильности высокохромистых коррозионностой-ких сплавов прежде всего оценивалась опасность выделения в процессе эксплуатации охрупчивающей ст-фазы, как наиболее вероятной избыточной фазы, образующейся в рабочем интервале температур. В высокохромистом монокристальном сплаве содержание тугоплавких элементов Мо, ЫЬ), а также /\1 и Т1 с точки зрения с-опасности должно быть значительно ниже концентраций, при которых происходит выделение самостоятельных избыточных фаз на их основе.

В рамках настоящей работы скорректирована традиционная методика прогнозирования фазовой стабильности РНАСОМР с учетом снижения углерода с составе никелевых сплавов, предназначенных для монокристалыюго литья. Для расчета структурной стабильности опытных сплавов по методу РНАСОМР было выдвинуто предположение, что при оптимальном содержании тугоплавких элементов" (вольфрама, молибдена, ниобия и гафния) в сочетании с пониженным содержанием углерода в составе высокохромистого сплава, предназначенного для монокристального литья, происходит изменение процессов карбидообразования: доминирует выделение карбидов типа МС на основе тугоплавких элементов. Связывание углерода на ранних стадиях кристаллизации в термически стабильные монокарбиды подавляет последующее образование карбидов типа М6С и М2зСб, снижающих пластичность и прочность сплава. В сочетании с выделением карбидов типа МС отсутствие в структуре монокристального сплава ст-фазы приводит к повышению эффективной концентрации хрома и элементов-упрочнителей в у-твердом раство-

ре, что определяет возможность повышения жаропрочности и коррозионной стойкости сплава.

Проведена предварительная расчетная оптимизация состава сплава на никелевой основе, в результате которой установлены закономерности влияния легирующих элементов на вероятность образования в структуре сплава охрупчиваю-щей ст-фазы.

Расчетом по методу на основе РНАСОМР установлено, что совместное легирование сплава на никелевой основе элементами, ответственными за достижение высокого уровня коррозионной стойкости и длительной прочности, по критерию отсутствия в структуре охрупчивающей сг-фазы ограничивается следующими предельными значениями концентрации элементов (мас.%): 15,0 Сг - 10,0 Со -5,0 V/ - 3,0 Мо - 4,0 П - 4,0 А1 - 0,80 № - 0,50 Н£

На основании проведенных расчетов, определивших область существования структурно стабильных сплавов, для выплавки и последующего экспериментального исследования рекомендованы пять составов, соответствующие предельным значениям по ожидаемому уровню коррозионной стойкости и длительной прочности (табл.1).

В главе 4 приведены результаты исследования уровня кратковременных механических свойств, длительной прочности и коррозионной стойкости монокристальных композиций первой серии опытных сплавов на никелевой основе. В процессе исследования определена система легирования и режим термической обработки, обеспечивающие формирование комплекса повышенных эксплуатационных характеристик.

Исследованы характеристики механических свойств монокристальных композиций опытных сплавов после четырех вариантов термической обработки при комнатной и повышенной температуре (сг20, 820, ху20, о900, 5900, у900), а также характеристики длительной прочности при температуре 900°С и напряжении 333 МПа (Т333, 5 ззз). Оптимизация режима термической обработки направлена на поиск

наиболее экономичного и эффективного с точки зрения обеспечения эксплуатационных характеристик.

При выбранном уровне легирования тугоплавкими элементами (V/, Мо, ЫЬ, Ш) опытные сплавы имеют достаточно высокие характеристики механических свойств при температурах испытаний 20 и 900°С. По сочетанию прочностных и пластических характеристик преимуществом обладают образцы сплавов, прошедшие термическую обработку по режиму III (гомогенизация при температуре 1210°С, 3 ч, охлаждение на воздухе с последующим двухступенчатым старением' при температурах Ю50°С, 8 ч и 850°С, 24 ч с охлаждением между ступенями на воздухе).

Таблица 1.

Химический состав и расчетные характеристики первой серии опытных сплавов на никелевой основе

№ Содержание легирующих элементов, мае. % о § < + Расчетное количество Расчетный критерий структурной

сплава С N1 Сг Со Мо Л А1 1ЧЬ Ш В Ъх £ Н у '-фазы стабильности Д!ЧУС

№1-1 0,07 13,0 6,0 4,0 2,0 3,7 6,0 0,8 0,4 0,002 0,002 6,0 9,7 53 +0,0072

№1-2 0,07 15,1 8,0 4,0 2,0 4,4 3,0 0,6 0,4 0,002 0,002 6,0 7,4 40 +0,0124

№1-3 0,07 СО 15,4 8,0 5,0 1,0 4,5 2,9 0,2 0,4 0,002 0,002 6,0 7,4 39 +0,0119

№1-4 0,07 О Я и 14,5 6,0 4,0 2,0 4,5 6,5 0,2 0,4 0,02 0,002 6,0 11,0 54 +0,0087

№1-5 0,07 14,0 8,0 5,0 5,0 3,5 3,0 0,2 0,4 0,002 0,002 10,0 6,5 37 +0,0043

ЧС88-ВИ (НК) 0,10 и 16,0 и.о 5,6 0,7 4,4 3,3 0,2 1,4 0,002 0,005 6,3 7,7 44 -

Ш738ЬС-08 0,09 16,5 8,5 2,5 2,0 3,5 3,5 1,2 - 0,002 0,005 4,5 7,0 43 -

При температуре испытания 900°С усиливается роль ниобия как элемента, повышающего высокотемпературную прочность у'-фазы. При изменении содержания ниобия от 0,2 в сшиве №1-4 до 0,8 в сплаве №1-1 прочность повышается на -150 МПа.

Составы сплавов №1-2 и №1-3 отличаются пониженным содержанием у'-образующих ("Л, Л1, ИЬ) и повышенным содержанием кобальта (8%). Сопоставление результатов механических испытаний сплавов №1-2, 1-3 и №1-1, 1-4 показывает, что упрочнение за счет повышения содержания кобальта (особенно в случае сплавов №1-3 и 1-4) в рассматриваемой системе легирования компенсирует как снижение количества у'-фазы, так и уменьшение в ее составе концентрации ниобия. Однако, при прочих равных условиях разница но уровню прочности сплавов №1-2 и №1-3 связана с изменением концентрации ниобия.

В исследуемой серии сплавов минимальное по данным расчетов, приведенных в гл. 3, количество у'-фазы содержит сплав №1-5 (за счет минимального суммарного содержания основных у'-образующих элементов: сумма титана и алюминия составляет 6,5%). Содержание кобальта в составе сплава №1-5 - 8%, ниобия -0,2%, содержание молибдена - 5% (максимальное в данной серии сплавов). Однако в результате легирования сплава молибденом не отмечено адекватного по значимости повышения прочности. При двух температурах испытания прочностные характеристики снлава не превышают значений, полученных при испытаниях сплава №1-3, и явно коррелируют с равным уровнем легирования этих сплавов кобальтом и ниобием.

Результаты испытаний на длительную прочность выявили значительное влияние термической обработки на достигаемые характеристики жаропрочности. Так при температуре испытаний 900°С и напряжении 333 МПа очевидным преимуществом обладают сплавы, прошедшие термическую обработку по режиму Ш: гомогенизация с двухступенчатым старением. После всех исследованных режимов термической обработки сплавы №1-3 и №1-4 имеют минимальное время до разрушения; наибольшее время до разрушения и пластические характеристики получены при испытании сплава №1-2. Абсолютному максимуму характеристик длительной прочности сплава №1-2 соответствует термическая обработка по режиму III: гомогенизация с последующим двухступенчатым старением.

Влияние легирования на длительную прочность также закономерно проявляется при варьировании традиционных у'-образующих элементов (титана и алюминия) и содержания в сплаве (и соответственно в у'-фазе) элементов-упрочнителей. Длительные высокотемпературные испытания сплавов подтверждают, что повышение содержания титана и алюминия, с одной стороны, повышает количество у'-фазы, но, с другой, уровень легирования упрочняющей фазы тугоплавкими эле-

мен'тами снижается. При испытании на длительную прочность сплавов №1-1 и №1-4, содержащих максимальное количество у'-фазы (по данным расчета), не достигается максимальное время до разрушения. Наибольшее время до разрушения получено при испытании на длительную прочность сплава №1-2. При меньшем (по отношению к сплаву №1-1) содержании титана и алюминия повышается эффективная концентрация ниобия в составе у'-фазы, несмотря на некоторое снижение его концентрации в сплаве в целом. Увеличение содержания кобальта сопровождается упрочнением у-твердого раствора и повышением высокотемпературной прочности у'-фазы. При испытании на длительную прочность сплава №1-4 время до разрушения минимально в исследуемой серии сплавов. Максимальное содержание у'-образующих - титана и алюминия при пониженной концентрации элементов-упрочнителей в сплаве не обеспечивает требуемый уровень жаропрочности. Сплав №1-5 при минимальном расчетном содержании у'-фазы и низкой концентрации ниобия не показывает тем не менее наихудшего результата, благодаря достаточно высокому содержанию кобальта (8%). Возможно, что в данном случае молибден влияет в направлении повышения жаропрочности, но его вклад не адекватен негативному влиянию на а-опасность и коррозионную стойкость высокохромистого никелевого сплава.

Испытания на коррозионную стойкость монокристальных композиций первой серии опытных сплавов, прошедших термическую обработку по оптимальному режиму III, были ориентированы на оценку фронтальной коррозии и носили сравнительный характер. Поэтому была выбрана экспресс-методика: при температуре 900°С в смеси солей 25%КаС1+75 %Ыа2504 продолжительностью 24 ч.

Результаты коррозионных испытаний подтверждают решающую роль хрома в обеспечении стойкости опытных композиций к высокотемпературной солевой коррозии. Скорость коррозии сплавов №1-2 и №1-3, содержащих 15,1 и 15,4% хрома, не превышает 1 мг/см2-ч (что соответствует требованиям к никелевым сплавам, предназначенным для работы в агрессивной среде продуктов сгорания жидкого топлива) и на два порядка ниже, чем у остальных сплавов, содержащих от 13,0 до 14,5% хрома. Заметное отрицательное влияние на сопротивление высокотемпературной солевой коррозии оказывает молибден: скорость коррозии сплава №1-5 выше, чем у сплавов №1-1 и №1-4, при более благоприятном с точки зрения коррозионной стойкости содержании хрома, титана и алюминия.

Таким образом, по совокупности требований структурной стабильности в процессе длительной высокотемпературной эксплуатации, максимально возможной длительной прочности и стойкости к высокотемпературной солевой коррозии оптимальным является сплав №1-2 состава (мас.%): 15,1 Сг - 8,0 Со - 4,0 \¥ - 2,0 Мо - 4,4 Т1 - 3,0 А1 - 0,60 № - 0,40 Ш- 0,07 С - 0,002 1* - 0,002 В.

Для оценки длительной прочности на базе 100 и 1000 ч сплава оптимального остава №1-2, прошедшего термическую обработку по трехступенчатому режиму II, согласно требованиям к данному классу материалов, были проведены долол-ительные испытания при температуре 900°С и четырех уровнях напряжения: 274, 94, 314 и 333 МПа. Кривая длительной прочности монокристалыюй композиции плава №1-2 не имеет перегибов во всем временном диапазоне испытаний, что видетельствует об отсутствии структурных изменений при совместном воздейст-ии температурной и силовой нагрузки; и подтверждает данные расчетов струк-урной стабильности и эффективность принятого режима термической обработки.

Таким образом, по результатам комплекса расчетных и экспериментальных сследований определен состав сплава на никелевой основе и режим термической бработки, обеспечивающие высокий комплекс эксплуатационных характеристик, [редел длительной прочности сплава оптимального состава №1-2, прошедшего

¿г г ^ ^oo

ермическуго обработку по принятому трехступенчатому режиму, О100 составляет

40 МПа, а ^доо" МПа, что соответствует поставленной задаче повышения жа-опрочности; скорость коррозии при испытаниях тигельным методом в смеси соей 25%МаС 1+75а2504 при температуре 900°С не превышает 1 мг/см2 ч. По анным расчетного прогноза структурной стабильности и по результатам испыта-ий на длительную прочность сплав оптимального состава не склонен к образова-ию охрупчивающей а-фазы при длительной высокотемпературной эксплуатации.

Показано, что повышение в составе высокохромистого никелевого сплава энцентрации кобальта, титана, алюминия, ниобия (до значений безопасных с эчки зрения образования а-фазы) сопровождается повышением жаропрочности. В беспечении коррозионной стойкости помимо содержания хрома значительную эль играет суммарное содержание и соотношение титана и алюминия.

В главе 5 проведено исследование расчетных характеристик высокохроми-гого сплава на никелевой основе при варьировании наиболее значимых легирую-;их элементов. Вторая серия опытных составов, предназначенных для расчетного экспериментального исследования, охватывает марочные колебания основных пирующих элементов жаропрочного коррозионностойкого сплава на никелевой :нове.

Для расчетной оптимизации составов второй серии опытных сплавов по кри-рию структурной стабильности (отсутствию а-фазы) принят уровень легирова-1я тугоплавкими элементами (V/, Мо, №>, НТ) опытного монокристального сплава >1-2, являющегося оптимальным по совокупности служебных характеристик сре-I сплавов первой серии. Для сохранения достигнутого уровня длительной проч-)сти содержание тугоплавких легирующих элементов принято следующим [ас.%): 4,0 № - 2,0 Мо - 0,80 КЬ - 0,40 что соответствует границе структурной

стабильности высокохромистого сплава на никелевой основе; содержание углерода - 0,07; бора - 0,002; циркония - 0,002.

Оптимизация составов второй серии опытных сплавов на никелевой основе проведена по двум критериям: структурной стабильности и заданному уровнк

длительной прочности (СТ^>340 МПа). Расчетным путем для трех уровней со держания хрома при варьировании содержания титана и алюминия установлень области существования сплавов, устойчивых по отношению к образованию а-фазь и при этом обладающих заданным уровнем длительной прочности при температу

ре 900°С на базе 100 ч - СУ ш°>340 МПа (рис.1).

Во второй серии опытных составов переменными легирующими элементам! являются хром (в пределах от 14,1 до 15,4 мас.%), кобальт (6,0 и 10,0 мас.%), ти тан и алюминий (суммарное содержание от 7,8 до 8,5 мас.% при соотношении а 0,7 до 1,4) (табл.2).

В соответствии с принятым допущением об отсутствии в структуре монокри стальных сплавов карбида М2зС6 на основе хрома и избыточной а-фазы исследуе мый интервал содержания хрома сдвинут в сторону более низких концентраций ni отношению к сплавам-аналогам: отечественному сплаву ЧС88-ВИ (НК) и зарубеж ному аналогу IN738LC-DS.

При содержании хрома в указанных пределах повышение содержания ко бальта до 10% имеет целью повысить высокотемпературную прочность у'-фазы i у-твердого раствора без потери структурной стабильности.

Как следует из результатов расчетного и экспериментального исследовани первой серии опытных сплавов, Ti и А1 оказывают значительное влияние на рас четный критерий структурной стабильности; суммарное содержание и соотноше ние этих элементов оказывает непосредственное влияние на характеристики жаре прочности и формирование защитного окисного слоя в процессе высокотемперг турной солевой коррозии.

Предварительно обозначенные четыре композиции сплава на никелевой ос нове находятся внутри областей оптимальных составов. Однако расчетный парг метр структурной стабильности (разница между средней и критической конце! трацией электронных вакансий) сплавов №2-1 и 2-2 на порядок ниже, чем у компс зиций №2-3 и 2-4. При равном содержании тугоплавких элементов и сопоставимо] уровне легирования хромом такая разница обусловлена различным суммарным сс держанием, а, главное, соотношением содержания титана и алюминия (0,7 и 1,0).

Расчетная температура полного растворения у'-фазы для всех опытных состг вов значимо не различается и превышает аналогичный показатель сплаво

ЧС88-ВИ (НК) и IN738LC-DS. По данным расчета для всех сплавов 340 МП;

14% Сг

Рис. 1.

Области оптимальных составов сплава на никелевой основе с переменным содержанием хрома, титана и алюминия

Таблица 2.

Химический состав и расчетные характеристики второй серии опытных сплавов

состав Содержание легирующих элементов, мае. % < < Расчетное количество Т Расчетный критерий

Ni с Сг Со W Мо Ti Al Nb Hf В Zr + н H У'-фазы, об% °С структурной стабильности ANVC

№2-1 14,9 6,0 4,0 2,0 3,2 4,7 0,8 0,4 0,002 0,002 7,9 0,7 44 1183 +0,0069

№2-2 «5 О <0,07 14,1 6,0 4,0 2,0 3,5 5,0 0,8 0,4 0,002 0,002 8,5 0,7 48 1200 +0,0054

№2-3 ¡4 о С) 14,7 10,0 4,0 2,0 4,0 4,0 0,8 0,4 0,002 0,002 8,0 1,0 45 1189 +0,0149

№2-4 15,4 6,0 4,0 2,0 4,5 3,3 ' 0,8 0,4 0,002 0,002 7,8 1,4 39 1178 0,0172

Расчетное содержание упрочняющей у'-фазы в сплавах второй серии при неизменном содержании тугоплавких элементов пропорционально суммарному количеству титана и алюминия: максимальное ее количество 48% (состав №2-2 - сумма титана и алюминия равна 8,5%), минимальное количество упрочняющей фазы 39% (состав №2-4 - суммарное содержание титана и алюминия 7,8%).

По мере повышения в составе никелевого сплава концентрации хрома, что соответствует требованию повышения коррозионной стойкости, сужается область варьирования составов по содержанию титана и алюминия, отвечающая условию

обеспечения ожидаемого уровня длительной прочности (<У ^д > 340 МПа) и структурной стабильности. Преобладающим фактором при оптимизации состава высокохромистого сплава является соотношение (мас.%) Тл/А1 - повышение его до значений не менее 1,0.

В главе 6 приведены результаты комплексного экспериментального исследования эксплуатационных характеристик монокристальных композиций высокохромистого сплава на никелевой основе.

Монокристальные образцы прошли термическую обработку по разработанному на первом этапе исследования режиму: гомогенизация при температуре 1210°С, 3 ч, охлаждение на воздухе с последующим двухступенчатым старением при температуре 1050°С, 8 ч и 850°С, 24 ч с охлаждением между ступенями на воздухе.

Структурный анализ опытных сплавов после термической обработки показал, что в процессе гомогенизации при температуре 1230°С - выше температуры полного растворения у'-фазы происходит растворение первичных частиц у'-фазы (кристаллизационного происхождения), выравнивание ликвационной неоднородности, существующей по сечению дендритной ячейки; растворение фаз ликваци-онного происхождения: карбидов типа МгзС6, грубых включений неравновесной эвтекгики (у-у'), а также фаз ликвационного происхождения на основе гафния (№ХН1^) и титана - наиболее сильноликвирующих элементов в рассматриваемой системе легирования. Эффективность гомогенизации обусловлена формированием дисперсной дендритной структуры при высокоскоростной направленной кристаллизации: локализацией ликвационных процессов в меньших объемах и, соответственно, уменьшением диффузионных путей.

В процессе охлаждения с температуры гомогенизации формируются дисперсные частицы упрочняющей у'-фазы, равномерные по составу, морфологии и характеру расположения в структуре сплава. Выравнивание состава у-твердого раствора в процессе гомогенизации способствует повышению его прочностных свойств, а также коррозионной стойкости. Таким образом, применение термической обработки монокристальных заготовок создает предпосылки повышения жа-

ропрочности, коррозионной стойкости и надежности сплава в целом.

По данным структурного анализа, проведенного на монокристальных заготовках после термической обработки, в опытных сплавах отсутствуют выделения избыточных фаз и карбиды неблагоприятной морфологии. Обнаружены незначительные по объемному содержанию и размерам остаточные включения эвтектики

(У-/)-

При принятых по результатам предварительного расчетного и экспериментального исследованиях концентрациях тугоплавких легирующих элементов (V/4,0%; Мо-2,0%; №-0,80; №0,40%) сплавы второй серии имеют высокие значения механических характеристик во всем исследованном диапазоне температур (700-И 000°С). Прочностные и пластические свойства (ств, Сто,2, 5) превышают аналогичные характеристики сплава-аналога ЧС88-ВИ (НК). При испытании в диапазоне температур 800+1000°С наилучшим сочетанием прочностных и пластических характеристик обладают монокристальные композиции составов №2-2 и №2-3, составы которых близки по суммарному содержанию титана и алюминия и, по данным расчетов, обеспечивают максимальное в данной серии сплавов количество упрочняющей у'-фазы и максимальную температуру ее полного растворения. Более низкое содержание хрома по отношению к сплавам №2-1 и 2-4 также влияет в направлении повышения прочностных и пластических характеристик в указанном диапазоне температур.

Решающее значение при оценке работоспособности опытных сплавов представляют результаты длительных высокотемпературных испытаний, поскольку при совместном воздействии температуры и приложенной нагрузки происходят различные структурные изменения, характер и интенсивность которых определяют расчетный ресурс эксплуатации изделия.

По результатам испытаний на длительную прочность наибольшее время до разрушения при температуре 900°С и четырех уровнях напряжения получено для монокристальных композиций сплавов №2-1 и №2-3. Составы этих сплавов близки по содержанию хрома (14,9% в сплаве №2-1; 14,7% в сплаве №2-3) и суммарному содержанию титана и алюминия (-8%), но различаются соотношением последних (0,7 и 1,0) и концентрацией кобальта (б и 10%, соответственно). Минимальное время до разрушения имеет сплав состава №2-4, что связано с повышенным содержанием хрома (15,4%) и самым высоким среди опытных композиций соотношением титана и алюминия. Увеличение концентрации хрома способствует повышению коррозионной стойкости, но, одновременно, приводит к снижению жаропрочности сплава и структурной стабильности. Таким образом, по содержанию хрома (15,4 мас.%), титана и алюминия (Т1+А1=7,8 мас.%, ША1=1,4) композиция №2-4 отвечает требованиям повышения коррозионной стойкости и сохранения

структурной стабильности, но не соответствует максимуму долговечности при испытаниях на длительную прочность. По данным расчетов объемное содержание упрочняющей у'-фазы в композиции №2-4 составляет -39% - минимальное в данной серии сплавов.

Предел длительной прочности на базе 100 ч всех опытных композиций практически совпадает: О" ¡'qq > 340 МПа, что соответствует поставленной задаче повышения жаропрочности высокохромистого коррозионностойкого сплава и подтверждает достоверность результатов расчетного прогнозирования уровня длительной прочности.

Результаты испытаний на длительную прочность показали, что при сопоставимом содержании хрома и тугоплавких элементов сплав, содержащий (Ti+Al) 8,0 мас.% при соотношении Ti/Al (мас.%) 1,0 (№2-3) не подвержен структурным изменениям на базе испытаний до 1000 ч, т.е. в области наиболее интенсивных диффузионных процессов. Ход кривой длительной прочности монокристальной композиции сплава №2-3 не изменяется во всем временном диапазоне испытаний, что позволило путем экстраполяции установить предел длительной прочности на

базе 1000 ч: a^S 250 МПа.

Повышение концентрации хрома до значения 15,4% (сплав №2-4) приводит к формированию карбидов типа МгзСб в процессе высокотемпературной работы под напряжением. Сплавы с концентрацией хрома 14,1 и 14,9% (Ti /Л1 < 1,0) склонны к формированию охрупчивающей a-фазы через 300-500 ч испытаний.

Провоцирующее старение при температуре 900°С сплава №2-3 не выявило его склонности к выделению избыточных фаз, что характеризует термическую стабильность у-матрицы сплава. В процессе длительной высокотемпературной выдержки при температуре 900°С не происходит значимого изменение размеров и морфологии частиц упрочняющей у'-фазы но отношению к состоянию после термической обработки.

При совместном воздействии температуры и внешней нагрузки в структуре енлава №2-3 происходит изменение морфологии частиц упрочняющей у'-фазы: формируется рафт-структура.

Результаты физико-химического фазового анализа количественно подтвердили, что в процессе длительной высокотемпературной выдержки количество и состав карбидной фазы сплава по отношению к состоянию после термической обработки практически не изменяются (рис.2); состав упрочняющей у'-фазы и ее количество также не подвержены значимым изменениям (рис.3). В у'-фазе и карбидах при длительном старении по режиму 900°С - 1000 ч не происходит перераспределения легирующих элементов, на что указывает практически неизменный

о № Со

после термической обработки: гомогенизация 1210°С, 3 ч, воздух + д| старение 1050°С, 8 ч, воздух + старение 850°С, 24 ч, воздух Сг

Карбиды типа МС

Уме =1,9%

параметр кристаллической ячейки

а = 0,456 нм

после термической обработки: гомогенизация 1210°С, 3 ч, воздух + старение 1050°С, 8 ч, воздух + старение 850°С, 24 ч, воздух и

длительного старения: 900°С -1000 ч

Карбиды типа МС Уме =2,1%

\Ь параметр кристаллическои ячеики а = 0,452 нм

после термической обработки: гомогенизация 1210°С, 3 ч, воздух старение 1050°С, 8 ч, воздух + старение 850°С, 24 ч, воздух

ут. = 49,5%

параметр кристаллической ячейк а=0,3586 нм

после термической обработки: гомогенизация 1210°С, 3 ч, воздух старение 1050°С, 8 ч, воздух + старение 850"С, 24 ч, воздух и

длительного старения : 900°С-1000 ч

Ут. = 47,1%

параметр кристаллической ячейк а=0,3588 им

I

ю о (

Рис. 2. Объемное содержание и состав карбидов в структуре

монокристального сплава на никелевой основе состава №2-3 после термической обработки и длительного старения.

Рис. 3. Объемное содержание и состав частиц у'-фазы в структуре

монокристального сплава на никелевой основе состава №2-3 после термической обработки и длительного старения.

параметр кристаллической ячейки упрочняющей и карбидной фаз.

Таким образом, структура сплава, содержащего (мас.%) 14,7 Сг -10,0 Со - 4,0 ТС - 4,0 А1 (№2-3), после термической обработки по трехступенчатому режиму характеризуется отсутствием превращений, связанных с изменением состава, объемного содержания и размерных параметров сосуществующих фаз при длительном высокотемпературном воздействии.

Коррозионные испытания проведены по методике, исключающей неопределенность, связанную с наличием инкубационного периода при формировании окисных слоев на поверхности металла: при температуре 900°С в смеси солей 10%НаС1+90%№2804 продолжительностью до 300 ч.

Композиции сплавов №2-1 и 2-2 при различном содержании хрома - 14,9 и 14,1% - и одинаковом соотношении ТС/А1 (0,7) не обеспечивают необходимую стойкость к высокотемпературной солевой коррозии (рис.4). Через 200 ч испытаний начался переход к интенсивному коррозионному разрушению. В составе окалины на поверхности монокристальных образцов этих сплавов в основном присутствует никель - 66+75%; содержание хрома не превышает 15%, титана и алюминия - 5%, что недостаточно для формирования защитного окисла на основе Сг203.

5 3

м

0

1

С

55

а

! /

| /

/ ипгик шипи. №2-1 - /»

... Л / ттчшктиоЕ/ №2-2 /

>№2-1 / рлзрушатв /

№2-2

__N _____

-- .№2-3

-----— ч---- г—~—:. мл-4 ' 1№2-4 Л 1 1 ' ~Т--

20 40 > 60 100 140 200

Время испытаний, ч

240

300

Рис. 4. Скорость коррозии монокристальных сплавов на никелевой основе с различным содержанием хрома, титана и алюминия

Скорость коррозии монокристальных композиций сплавов №2-3 и №2-4 (при содержании хрома 14,7 и 15,4% и соотношении ТС/А1>1,0) во всем временном диапазоне испытаний не превышала 1 мг/см2-ч и монотонно снижалась по мере

увеличения продолжительности испытаний. В процессе высокотемпературной солевой коррозии на поверхности монокристальных образцов формируется защитный окисный слой на основе СГ2О3: в составе окалины доминирует хром (-55%), значительно содержание титана и алюминия - 27 и 17%, соответственно. Высокая коррозионная стойкость монокристальных композиций №2-3 и 2-4 обеспечивается за счет участия титана в формировании защитного окисного слоя.

Металлографическое исследование подокисного слоя образцов сплавов №2-3 и №2-4 (Сг - 14,7 и 15,4мас.%, соотношение (мас.%) Тг/А1=1,0 и 1,4) после коррозионных испытаний показало, что непосредственно под окисным слоем образуется нетравящаяся зона, которая характеризуется повышенным содержанием хрома и пониженным содержанием титана и алюминия. В подокисном слое монокристальных образцов сплавов №2-1 и №2-2 (Сг - 14,1 и 14,9 мас.% при соотношении И/А1<1,0) такая зона не образуется и процесс коррозионного разрушения равномерно распространяется вглубь металла.

Таким образом, результаты длительных коррозионных испытаний показали, что при сохранении ведущей роли хрома в обеспечении высокой коррозионной стойкости, его концентрация в сплаве 14,7 мас.% является достаточным, а соотношение (мас.%) Т1/А1> 1,0 необходимым условием сопротивления интенсивному коррозионному разрушению при работе в агрессивной среде продуктов сгорания жидкого топлива.

По совокупности расчетного и экспериментального исследования двух серий опытных сплавов на никелевой основе, полученных монокристальным литьем, определены границы легирования, внутри которых сплав отвечает заданному уровню свойств: структурной стабильности, длительной прочности и стойкости к высокотемпературной солевой коррозии. Установлены следующие закономерности легирования монокристальных высокохромистых сплавов на никелевой основе:

1. Содержание хрома (мас.%): для сохранения коррозионной стойкости не ниже 14,5; для сохранения структурной стабильности - не выше 15,0.

2. Содержание титана и алюминия (мас.%): 3,7 - обеспечивает минимально допустимое количество упрочняющей фазы (что определяет уровень кратковременной и длительной прочности), не приводит к потере коррозионной стойкости; 4,1 - максимальный вклад в упрочнение и стойкость к высокотемпературной солевой коррозии при сохранении структурной стабильности.

Оптимальное соотношение титана и алюминия (мас.%) составляет 1,0 (0,6 в ат.%).

3. Содержание кобальта (мас.%) - нижнее 8,0 обеспечивает термическую стабильность у-твердого раствора и у'-фазы (повышает температуру её полного рас-

творения), верхнее значение - 10,0 - ограничивается требованием структурной стабильности при данном уровне легирования хромом.

4. Содержание вольфрама (мас.%) - 3,5 поддерживает необходимый уровень жаропрочности сплава; верхний предел легирования - 4,0 - ограничивается требованием сохранения структурной стабильности.

5. Содержание молибдена (мас.%): 1,5 - минимально допустимый уровень с точки зрения обеспечения требуемого уровня жаропрочности; 2,0 - требование структурной стабильности и сохранение коррозионной стойкости (увеличение содержания молибдена приводит к образованию самостоятельного летучего окисла, который нарушает сплошность основного защитного слоя и способствует проникновению коррозионных реагентов вглубь металла).

6. Содержание гафния (мас.%): 0,35 - уровень кратковременной и длительной прочности, предельно возможное связывание углерода в тугоплавкий монокарбид; верхний предел - 0,40 - структурная стабильность.

7. Содержание ниобия (мас.%): 0,60 - связывание углерода в тугоплавкий монокарбид, упрочнение у'- фазы; 0,80 - сохранение структурной стабильности.

Таким образом определен марочный состав сплава (мас.%):

С Сг Со IV Мо 77 А1 № Щ Zr В

14,5- 8,0- 3,5- 1,5- 3,7- 3,7- 0,60- 0,35-

2 0,07 < 0,002 < 0,002

15,0 10,0 4,0 2,0 4,1 4,1 0,80 0,40

В главе 7 исследованы температурные интервалы фазовых превращений и литейные свойства разработанного высокохромистого сплава на никелевой основе, на основании полученных данных проведена выплавка опытной партии шихтовой заготовки на ОАО «МЕЧЕЛ» в объеме 500 кг.

На установке высокоскоростной направленной кристаллизации УВНК-8П в НПО «ВИАМ» изготовлена опытная партия монокристальных рабочих лопаток. После корректировки температурно-скоростных параметров монокристального литья разработанного сплава выход годного по качеству поверхности и кристаллографической ориентации монокристальных лопаток составил более 80%. По результатам исследования структуры, фазового состава, комплекса физико-механических свойств и технологического опробования разработанный сплав рекомендован в качестве материала для производства монокристальных лопаток судовых ГТД и газоперекачивающих станций. Получено заключение НПО «ВИАМ» о возможности использования нового коррозионностойкого высокохромистого жаропрочного сплава в качестве материала рабочих лопаток ГТД.

выводы

1. Исследовано влияние легирующих элементов (хрома, кобальта, титана, алюминия, вольфрама, молибдена, ниобия, гафния) на структуру, фазовый состав и физико-механические характеристики и коррозионную стойкость жаропрочного сплава на никелевой основе, полученного монокристальным литьем. В результате проведенного комплексного инструментального исследования и расчетов по методу РНАСОМР разработан высокохромистый сплав на никелевой основе, предназначенный для монокристального литья деталей газотурбинных двигателей, с оптимальным сочетанием длительной прочности и коррозионной стойкости в агрессивной среде продуктов сгорания жидкого топлива.

2. Установлено, что при содержании хрома в пределах 14,5 н- 15,0 мас.% и суммарном содержании титана и алюминия 8,0 мас.% (13,0 ат.%) обеспечивается требуемый уровень длительной прочности монокристального сплава на никелевой основе благодаря формированию значительного объемного содержания частиц упрочняющей у'-фазы (49%); при этом соотношение титан/алюминий (мас.%) не менее 1,0 (0,6 в ат.%) способствует сохранению структурной стабильности сплава в процессе длительной высокотемпературной эксплуатации под действием приложенных напряжений. Расчетным путем определены и экспериментально подтверждены области концентраций основных легирующих элементов, при которых высокохромистый сплав на никелевой основе не склонен к образованию охрупчивающей о-фазы в процессе длительной высокотемпературной эксплуатации.

3. Показано, что основными факторами, определяющими сопротивление монокристального сплава на никелевой основе высокотемпературной солевой коррозии, являются уровень содержание хрома, титана и алюминия: так в сплаве, содержащем хром в пределах 14,5*15,0 мас.%, при соотношении титан/алюминий (мас.%) не менее 1,0 обеспечивается низкая скорость коррозии - не более 1 мг/см2-ч, - в сочетании с необходимым для данного класса материалов уровнем длительной прочности.

4. Показано, что при разработанной ступенчатой термической обработке по режиму: гомогенизация при температуре 1210°С с выдержкой 3 ч, охлаждение на воздухе + старение при температуре 1050°С с выдержкой 8 ч + старение при температуре 850°С с выдержкой 24 ч с охлаждением между ступенями на воздухе, - достигается оптимальное сочетание прочностных и пластических характеристик исследованных высокохромистых сплавов на никелевой основе. Структура сплава оптимального состава после термической обработки характеризуется отсутствием превращений, связанных с изменением состава, объемного содержания и размерных параметров сосуществующих фаз при длительном высокотемпературном воздействии приложенной нагрузки.

По результатам комплексного исследования структуры, фазового состава, термической стабильности и стойкости в условиях высокотемпературной солевой коррозии разработан сплав ХН58КВТЮМБЛ состава (мас.%): хром 14,5-И5,0 -кобальт 8,0+10,0 - вольфрам 3,5+4,0 - молибден 1,5+2,0 - титан 3,7+4,1 - алюминий 3,7+4,1 - ниобий 0,60+0,80 - гафний 0,35+0,40 - углерод не более 0,07 -цирконий и бор 0,002 (по расчету) для производства монокристальных рабочих лопаток газотурбинных двигателей, имеющий повышенные характеристики жаропрочности при обеспечении высокого уровня коррозионной стойкости:

О¡дд > 330 МПа; СТ^дд > 240 МПа, что превышает соответствующие характеристики сплава-аналога ЧС88-ВИ (НК); скорость коррозии при температуре 900°С в смеси солей №С1 + №2В04 не превышает 1 мг/см2-ч.

Установлено, что структура и свойства высокохромистого сплава оптимального состава на никелевой основе устойчивы по отношению к колебаниям скорости роста монокристального изделия в пределах, реализуемых при направленной кристаллизации в промышленных условиях.

На Челябинском металлургическом комбинате (ОАО «МЕЧЕЛ») проведена выплавка опытно-промышленной партии шихтовой заготовки из разработанного сплава ХН58КВТЮМБЛ. Изготовлена опытная партия монокристальных рабочих лопаток ГТД. Выход годного монокристальных лопаток по качеству поверхности и кристаллографической ориентации составил более 80%. Сплав ХН58КВТЮМБЛ рекомендован к применению в качестве материала монокристальных рабочих лопаток судовых газотурбинных двигателей и стационарных газоперекачивающих установок.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:

Агальцова В.О., Колясникова Н.В., Голованенко С.А. Влияние легирующих элементов на прочностные свойства коррозионностойкого жаропрочного сплава на никелевой основе. // МиТОМ. 1998. №3, с. 8-10.

Агальцова В.О., Колясникова Н.В., Голованенко С.А. Характеристики монокристаллических отливок из жаропрочного никелевого сплава. // Бюллетень технической информации. 1998. №3, с. 61-63.

Агальцова В.О., Колясникова Н.В., Голованенко С.А. Новый жаропрочный сплав на никелевой основе. // Материаловедение. 1998. №7, с. 16-20.

Агальцова В.О., Колясникова Н.В., Голованенко С.А.Фазовый состав жаропрочного никелевого сплава для монокристального литья. // Материаловедение. 1998. №8, с. 35-40.