автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Повышение конструкционной прочности лопаток газотурбинных установок механотермической обработкой

П и

запорожский еткиостратгаышЯ институт

ИГЕНИ В.Я.ЧУВАШ

Не правах рукописи

ВАПШСКАЯ Лариса Александровна

ПОЕКШЕНИЕ КШСТРУЩИШНШ ПРОЧНОСТИ лсгшта ГЛЗОТУРРШШ УСТАНОВОК (ЕХАЛ ОТЕР НШЖСЙ ОБРАБОТКОЙ

Специальность 05.02.01 - материаловедение ь

«аашгастроегаи

Автореферат

диссертации га соискание ученой степени кандидата технических наук

Запорожье - 1?93

Работа выполнена т кафедре металловедения и термической обработки Запорожского машиностроительного института имени В.Я.Чубаря

Научный руководитель ч Научный консультант

Официальные оппоненты:

Водущое предприятие

Защита состоится "5" "ОШМДЫтг г. в 7 У час, на заседании специализированного сс/вета К 058.33,01 прд Запорожском мадиностроятельиои институте ум. В.ЯЛубаря . по адресу: 330063, г.Запорожье, уя.Чуковского, 64

С диссертацией ыокно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан 1993 г.

- доктор технических наук, профессор Кооаль А.Д.

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник Ласрекко A.C.

- доктор технических наук, профессор Лунев В.В.

- кандидат технических наук, •старший научный сотрудник Банас П.

- ЗЖБ "Прогресс"

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук,

профссор — Волчок И. 1

овдая характеристика работ«

Актуальность г-'обдемн. Современное экономическое состояние отечественного машиностроения, создание и развитие рыночных отно-•ясшй, освоение конкурентно-способных изделий требует улучшения Ks'-'есгва, нздекности и долговечности деталей узлов к механизмов. Эта проблема может реваться только на основе комплексного подхода, Бкловавг.его ка>г создание нових материалов, так и разработку и вшдрегш-з ношх технологий, способствующих повышению конструкционной прочности изделий.

Решение задач псаиг.'енип конструкционной прочности лопаток газотурбинных ДЕИгателей (ГГД) на современно»; этапе осуществляется не столько путем создания носих каропрочных материалов, сколько за счет разработки новых способов упрочнения уже известии* сплавов, позволшччх ПР!< сохранении одних положительных качеств материала улучтать другие, неудовлетворяющие производст-;зиным требованиям.

Так, высоколегированное д^тейнне иаропрочные сплавы обла -"ают fhcokhm уровнем яароарочних свойств по сравнению с: дефорш-рyemmi сплавами. Это позволяет использовать дета .. из таких: сплавов при рабочих температурах свше 800°С. lío пластичность .чтеШих сплавов, характеризующихся крупнозернистой структурой, пеньве дефоркируешх, что опре:,лляот их низкую усталость.

Одним из эф$ектив1шх способов повышения усталостной прочности изделий из литейных висо ^легированных жаропрочных сплавов является поверхностно-пластическое деформироЕсниз (ППД), гогда ня изделии за счет упрочнения его поверхности создаются сжимающие напряжения, которие противодействуют растяжению изделия при цкклическс'1 иагруженин. Однако, положительный эффект от ППД сохраняется только в случае эксплуатации упрочненных изделий до температур 500-600 °С. По мере дальнейшего роста рабочих температур наведенные в результате пластической деформации сяи-нающие напряжения на поверхности изделий постепенно'исчезают. Защитить от усталостного разрушения перо лопатки в условиях температур свыше 300 °С возможно путем механотермичгской обработки. Ери этой на поверхности лопатки формируют дислокационные барьеры а виде границ мелких зерен, что служит препятствием распространенна транскрисгаллитной усталостной трещшя* вглубь Kpj :с~ зеинистой структуры основного металла. Такой способ обработки

позволяет сохранить жарощччше свойстг и повысить усталостную прочность изделия.

Сформировать на поверхности изделия из жаропрочного сплава мелкозернистый слой возможно как поверхностным модифицированием, так и рекристаллизацией поверхностно-деформированной структура металла. Процессы рекристаллизации в малолегированннх и средне» легированных сплавах протекают без особих затруднений. Но в случае шсоколегиросашшх яаропроч;их сплавов процесс рекристаллизации протекает одновременно с процессом гомогенизации, что связано с влиянием на ее код частиц вторичных фаз, например,*'-в-зц.

В связи с о«иы соэникг большие трудности при раэгабо".».э м^хаиотсрикческого способа обработки п гленателыю к изделиям из высоколегированных каропрочшк сплавов. Решение зтой проблемы позволило бы повысить уровень усталостных характеристик целого ряда сплавов, а также конструкционной прочности вазгш-оюы-екых из них деталей РГД

Цель работ» заключалась в следующем:

1. Вуявкть особенности формирования ргирижтаяазгэазакаай структура на деформированной поверхности ензомяэетгртзакнв« жаропрочных сплавов, характеризующихся различна? обгвкз&г содержанием частиц вторичных фаз.

2. Разр 'отагь те^галогиа иекгчотерштесваго сшсоба обработки высоколегированных жаропрочных сплаво», абеспечкъаипо'с по-вшение конструкционной прочности изделий и-э гшх.

Научная новизна;

1. Установлены особенности процессов растваранюг в коагу--"ции частиц у' -фазы в выеоколегированных жаропрочных сплавах под воздействием циклического изменения температур.

2. Разработаны новые термоциклические режимы- гоиогениэаци-онноЯ обработки для сплавов ЧС-70ВД, 3.31-3, ЕШ-КГ.

3. Установлены условия образования мелкозернистого рекрщ-сталлизованного слоя после поверхностной деформация в- сагагеолг-гированних жаропрочных сплавах ЧС-70ВД, а.М-3, ЗШ61С и- ШШ-РГ.

Практическая ценность. Механотермический метод обработки х. зволяет; повысить пластичнэс сплавов при высокой температуре на 30-50 повысить усталостную прочность на 10-15 %, уменьшить разброс механических свойств и стабилизировать их средний уровень.

ТермоциклическиЯ режим гомогениэационного отяига позволяет: равномерно распределить в объеме метзлла мелкодисперсную упрочняющую у'-фазу, улучлить пластические сьойства (при температурах 600 - 900 °С) при ' цновремзнном сохранении прочностных характеристик, сократить в два раза длительность гомогенизирующей обработки по сравнению с серийным режимом термической обработки. Термоциклическпй режим рекристаллизационног' откига деформированной поверхности изделий из высоколегированных: жаропрочных сплавов позволяет стабильно формировать мелкозернистый слой на их поверхности и, тем самым, способствовать поЕыаег-о усталостной прочности. Результаты проведении* исследований получили промышленную апробацию на ЗЛО "Мотор С1ч" и Ш0 "Машпроект" г.Николаева.

Автор загаицаег:

1. Оптимальные режимы поверхностно-пластического деформирования сплавов $4-435, 31-437 БВД, ЧС-70ВИ, З.И-З, ЕСбК, ВЖЛ-12У, обеспечивающие стабильный уровень микронапрятений в поверхностном слое указанных сплавов.

2. Результаты '¡сследования темлературно-пременных параметров процзссз поверх г:тной рекристаллизации упрочненных сп*апов

31-435, СЛ-437ШЛ, ЗМИ-З, КС6К, ВЖЛ-12У.

3. Сравните.,д-ную о знку структурных характеристик ¿р'-фазн в спсапах ¡Г'?-!.';/ после различных режимов изотермической гом ??е-низацг.онной обработки.

4. Результаты исследования влияния продолжительности изотермического и термоцикличссксго режимов гомогенлзационного отжига на структурные характеристики у' -фазы сплавов З.Ш-З и ВЖЛ-12У.

5. Оптимальные режим?- термоциклической гомогенизационной обработки для сплавов З.й-З, ЧС-70Н1, ЖСбК и Ш-Ш.

6. Результата исследования влияния те^моцнклической и ме-ханотермнческой обработки на уровень уст&юстной прочности сплавов ЧС-70ВИ и ВНЛ-12У, а также других конструкции ;ых свойств этих сплавов.

Апробация работы. Основные результаты тоссертацианкой работы докладывались и обсуждались: на конференции по прс.'леме упрочнения металлов (Киев, 1935 г.), на П и Ш областных конференциях молодых ученых и специалистов (Запорожье, 1985, 1983 гг), на Ш,1У, У конференциях по новым конструкционным сталям и спла-

вам (Запорожье, 1986, I9d9, 1992 г.р.).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 14 печатных работ и получено 2 авторских свидетельства на изобретение.

" Структуре и тбъем работы. Диссертация состоит лэ введения, пяти г лив, включает основные выводы, изложена на 172 страницах машинописного текста, содержит 15 таблиц, 65 рисунков, список литератур», из 134 наименований и приложения на 5 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕНШМЕ РЛБ0Т11

Во введении изложена актуальность, обоснование и основные вопросы исследования.

В первой главе дан анализ условий работы деталей газотурбинных двигателей и представлены основные требования к материалам и их свойствам.

Критический обь,р литературных данных, касающийся современных технологий упрочнения высоколегированных жаропрочных сплавов на основе показал, что наиболее эффективным способом.повышения усталости литейных высоколегирг-анных жаропрочных сплявов и изделий из них (например, лопаток ГГД) является механотермичес-кий метод, позволяющий защитить поверхность изделия (например, перо юпатки) в процессе эксплуатации от усталостных трещин путем создания в поверхностном слое дислокационных барьеров в виде границ мелких зерен.

Анализ литературных данных покас)Л, что практически не изучены условия рекристаллизации деформированной структуры поверхности в высоколегированных сплавах, характеризующихся значительным (от 40 и свыше 60 %) объемным содержанием мелкодисперсной jj1 -чдзы. В литератур- такие отсутствуют данные о способах гомо-генизационной термической обработки сплавов, таких как В1Л-12У, характеризующихся наличием в структуре эвтектических составляющих, температура неравновесного солидуса (ТНС) которых меньше температуры полного растворения (HIP) ¡j51 -фазы. Известные режимы термической обработки не позволяют о такого рода сплавах полностью растворить при нагреве и равномерно распределить после охлаждения частицы мелкодисперсной -фазы.

Аналитический обзор завершается формулированием основных задач исследования.

Во второй главе определены материалы и методика проведения экспериментальных работ. В качестве объектов исследования били выбраны сплавы на Afu основе, структура которых характеризуется различным объетшм содержанием избыточной у"-фазы: от минимальных значений (0...I0 % в сплавах ЗИ-4Э5, ¡Я-437БЕЩ) до максимальных (около 65 % в сплаве В83-12У). Исследуемые а работе сплавы ЧС-70Ш, 301-3, КС6К и ВЖВ-12У кспользуптся для изготовления лопаток ГГД и ГТУ.

Эксперименты проводили на ультразвуковой установке УВ370-0906, где осуществляли поверхностное деформщ шание изделий стальными иикрошариксми, масса которых была постоянной - 300 г. Определение величины микронапряжения в поверхностном слое металла выполняли рентгеновским методом на установки ДРОН-I в медном излучении. Физическое уверение рентгеновских интерференции устанавливали с помощыо графического анализа дифракционных максимумов 331 и 420. Термическую обработку изделий э лабораторных условиях проводили в печах СТОИЛ,6/12 - МЗ-^.2, СН0ЛО4412М2У-42, СНОЛ 1,6.2,0.0,8/9 - МШ/4.2, в двухкамерной силитовой печи типа ИДО. В производг-венных условиях термическуо обработку проводили в вакуумных печг -: типа "ULWAK" и "HOOP".

Уровень механических ^войгтв определяй согласно стандартам: кратковременно прочность по ГОСТ 9661-84, 1*97-84, длительную прочность - по ГОСТ 10145-81. Испытания на усталость образца: из сплава ЧС-70ВИ при температуре 850 °С проводили на установке Ш1-1000, а образцов из сплавов ВЖЛ-12У и ЧС-70Ш при комнатной температуре - в соответствии с требованиями ГОСТ 2860-65 и ГОСТ 25.502-79 в условиях ИПП АН Украины и Проблемной лаборатории гми

Усталостные испытания лопаток из сплава 4J-70BH проводили на вибростенде ЭВ7-20/500О при первой форме резонансных колебаний. Исследование микроструктура образцов осуществляли на оптическом микроскопе МИМ-8 при увеличении 100-1000 крат. Величину форму и характер распределения частиц упрочшшщей у' -фазы изучал» при помощи ЗШ-IOQ АК методом экстракцио1-шх угольных реплик. При определении параметров структурных характеристик сплавов использовали методику, изложенную Салтыковым С.К. Дикротвер-дость измеряли на приборе ПЫТ-3. нагрузке 50 г.

Е третьеП главе рассмотрены услов"я поверхностного дефор-

мирования исследуемых сплавов и определены оп шальные параметры ПОД.

На основании результатов анализа физико-механических характеристик, дефоыационно^упрочненной поверхности исследуемых спла-о вов, а также уч"тывая конструкционные особенности упрочняемых лопаток .радиусы скругления, радиусы сопряжения и т.д.) были определены параметры ГГД применительно к ультразвуковой установке. При этоу. : диаметр рабочих тел - стальных микрошариков - был выбран 1,6 мы; интенсивность обработки - 100...120 усл. ед., а длительность де<*юриационной обработки составила: 6 и 12 мин соответственно для сплавов аИ-435, ЗИ-437БВД и ЧС-70Ш, ЭМИ-З, СбК, ЕЩ-12У. Проведено' исследование характера изменения уровня мгхро-капряжений по глубине деформированного слоя с помощью измерен ¡я микротвердости на косых и торцевых шлифах, а также по уширенвя р '.да ге но в с Кой. дифракци онно й линия 420. Общая глубина Деформацг.он-но—упрочненного слоя составила 0.Ю-..0,20 мм. Н^мбольшей степенью дефорыационнс ^о упрочнения, которая отмечалась непосредственно на поверхности образцов, а также максимальной глубиной деформированного поверхностного слоя характеризовались деформи-руе: ыесплавы Ш-435 ц £И-437БВД, как саше пластичные в ргду исследуемых сплавов. Среди литейных сплавов, рассмотренных в работе, наименьшей пластичностью при нормальных услови-х обладают сплавы ЧС-70Ш и ЖС6К., Для них была также характерна наименьшая степень; деформационного упрочнения поверхности (10-13 %) и наименьшая глубина,-деформированного пог. рхностного слоя. При микроскопическом исследовании деформированных обраг >ов признаков изменения структуру,поверхности обнаружено не было. В то же время электронномикроскопические исследования позволили установить лишь некоторые изменения в ^характере распределения дисперсных частиц -фазы.

Деформированное состояние поверхности металла является устойчивым лишь при температурах ниже 600 °С. При дальнейшем увеличении температуры нагрева уровень микронапряжений в деформированном слое поверхности постепенно умег'шается и после часового отжига образцов Снапрвдер, из сплава ЗМ-З) при Т= 1000 °С ширина рентгеновской дифракционно« линии 420 практически приближалась к исходному значе^шю, характерному для недефорыированного состояли- поверхности. Рентгенограммы, снятые с поверхности этих образцов, фиксировали нашло процесса рекристаллизации. Но изменение

структур/ на поверхности металла с образованием мелкозергчстого слоя наблюдали лишь после нагрева до значительно более высокой температуры. Для сплава 3§!-3 такая температура составила П80°С при продолжительности отжига I час. Однако, поверхностный слой в этом случае был неравномерный по глубине, местами совершенно исчезающий. Стабильно рекристаллизация с образованием разномерного мелкозернистого П0В( .гаюстного слоя в сплаве ЗМ-З протекала при следующих условиях: Т = 1180 °С при продолжительности отжига 2-4 часа и Т * 1200 °С при продолжительности отяига 1-4 часа. Для .других исследуемых высоколегированных жаропрочных сплавов также он ?чали невозможность образования мелкозернистого поверхностного слоя после часовой рекристаллизации при стандартных для данных сплавов температурах гомогенизирующей обработки.

Глава четвертая посвящена исследованию процессов гомогенизирующей обработки, предшествующей процессу деформационного упрочнения и рекристаллизации поверхностно-деформируемых сплавов.

Рекристаллизация малолегированных поверхностно-деформированных сплавов 31-435 и 2И-437БВД с образованием на поверхности металла мелкозернистого слоя происходит без каких-либо затруднений. Микроструктуру и рентгенограммы, снятые с поверхности этих образцов после рекристаллизации (для 31-435 Трек* 1000 °С, для 31-437ГДД - Тро1» 1080 °С) в течение различного времени, свидетельствовали о том, что первичная рекристаллизация в этих сплавах наблюдается в первые 15 минут отяига. Дальнейшее увеличение продолжительности отжига приводило к росту зерен и, в отдельных случаях, к развитии разнозернистости в структуре поверхностного слоя, что связано с существованием в поверхностном слое предварительно дефорыирочанного металла участков с критической степенью деформации. В результате часовой рекристаллизации глубина мелкозернистого слоя а сплаве Ей-435 составила 3,4-0,6 мм и превышала по значению глубину предварительно деформированного слоя.

При исследовании термостабильности рекристаллизованного поверхностного слоя в сплаве 31-437ВВД биле установлено, что в течение длительной вьдержки (■ 1000 час) при температуре 800 °С, что соответствует рабочим условиям пера лопатки 1ТД, слой, сформированный на поверхности металла в результате меха-нотермической обработки, не изменяет своей структуры и глубины.

Для литейных высоколегированных сплавов процесс рекристаллизации поверхностно-деформированной структуры зависел от лара-ыетоов частиц мелкодисперсной упрочняющей -фазы.

Из анализа температурно-временных условий процесса поверхностной рекристаллизации сплавов' ЧС-70Ш, ЗД1-Э, 2С6К и ВКЛ-12У слелрвало, что результат образования мелкозернистого слоя на поверхности деформированных сплавов определяется, главным образом, взаимодействием двух; одновременно протекающих высокотемпературных процессов: растворения и коагуляции частиц у -фазы и роста новых зерен.

Кя примере сплава ВШ-12У исследовали влияние структурных характеристик частиц у' -фазы на поверхностную рекристаллиза-ш'ю деформированного металла. Установили, что исходная (до рекристаллизации) структура сплава определяв', ход последующей ре-криаталлизаи-«. Если о исходной структуре сплава присутствуют частицы £*-фазы величиной более 7,0* 10' ^ мм, то они заметно тормозят процесс рекристаллизации. Глубина рекристаллизованного мелкозернистого слоя на поверхности металла определяется при этом о гемн .Я долей таких частиц: при содержании в структуре 53 % частиц у* -фазы размерами более х =7,0' 10"^ мм мелкозернистый слой и сплаве практически не обр-зуется. С уменьшением доли таких частиц уменьшается величина стопорного эффекта структур" т/* (формуле Мак Лина) и, в конечном счете, в случае гомогенизации сплава при температуре полпого растворения частиц ■у' -фазы (для ВЙЛ-12У И1Р = 1250 °С) и последующей рекристаллизации деформированной структуры при стандартной температуре отжига (для ШШ-Ш Т = 1210 °С) в течение часа происходит образование мелкозернистого слоя на поверхности сплава глубиной, соответствующей величине предварительно дефррмированного слоя.

Температура неравновесного сслидуса легкоплавких эвтектик, присутствующих в структуре става ВЖЛ.-12У, составляет 1220... 1248 °С, что ниже температуры полного растворения частиц ^'-фазы. Гомогенизация сплава (до полного растворения {у'-фазы) с помощью известных изотермических способов термической обработки затруднена. Поэтому был разработал терьициклический способ гомогенизации сплава ВЮ1-К" и ему подобных, котэрый осуществляют путем многократного термоциклирования, нагревая до температур на 0...10 °С ниже температуры неравновесного солидуса и охлаждая до температур на 25...50 °С ниже той же температуры ( см.

рис.)

ТД

1210 -

1220 1200

г

г

изотерический

термоциклический

Рис.

При исследовании влияния продолжительности-изотермического (при Т ■> 1210 °С) и термоциклического ( Т = 1220... 1200 °С) отжигов на структурные характеристики р -фазы в сплаве ШИ-12У было установлено, что при изотермическом отжиге в первые 30 ми-•ут в структуре сплава происходит, преимущественно, коагуляция частиц у* -фазы. При этом увеличивается объемная доля частиц у*-фазы с хг» 7,0'НГ^ мм и, вследствие этог% рекристаллизо-ванный слой после 30 минут от-ига по глубине меньше, чем после десятиминутного о;ямга. Термоциклический режим гомогенизации способствует растворении крупных частиц у' -фазы, что подтверждается структурным анализом сплава, и увеличению глубины рекри-сталлизованного поверхностного слоя после изменения продолжительности термоциклического отжига с 10 до 30 минут.

Установлено, что за счет интенсификации процесса растворения частиц £ -фазы при тёрмоциклировании возможно сокращение общей длительности гомогенизирующей обработки (гтя "плава ЕШ--12У в 2 раза, а для сплава 3.11-3 в 2-4 раза). При этом уровень механических свойств не ухудшается, а пластичность, особенно при 8Г1 4-975 °С (сплав ВЖЛ-12У) увеличивается.

Разработаны также тгрмоциклические режимы гомогенизирующей обработки для сплавов ЧС-70ВД и ЗМ-З применительно к производственным условиям.

В главе пятой изложены результаты опытного опробования

терыоциклического режима гомогенизации (ТЦО) и механотермической обработки (МТО) в условиях производства. Исследовано влияние ТЦО и ЫТО на механические свойства сплавов ВЖЛ-ЫУ и ЧС-70Ш.

В условиях: 210 "Мотор С1ч** цеха fr 3 на 100 кг садке в вакуумной печи "<ООР " проводили терыоциклический отжиг образцов и лопаток из сплава ВЕЛ-12У. Анализ рабочих диаграмм процесса термообработки изделий подтвердил возможность осуществления режима ТЦО сплава Ш-12У в температурном интервале 1200...1220 °С в производственных условиях.

Анализ механических свойств сплава ШШ-12У после ТЦО показал, что урозень eco прочностных свойств соотктсп.оаал ТУ, а п.- . казатели пластичности сплава при Т - 85Э - 975 °С повысились не, 25-40 %. Предел усталости сплава В8Я-12У после термоциклической обработки при температуре испытаний 20 °С составил 230 Ша (в исходном состоянии 6-1■ 200 Ша).

Образование мелкозернистого поверхностного слоя в результате механотермической обработки позволило повысить предел усталости образцов сплава ВКЛ-12У при 20 °С на 10-15 %. Однако, при испытании лопаток после механотермической обработки на усталость С Т ■ 20 °С), на окончательный результат оказывали влияние 'также поверхностны: дефекты цельнолитых лопаток. В случае залегания таких дефектов на глубине, превшаодэй глубину рекристаллизован-ного слоя, роста усталостной прочности лопаток не отмечали.

После механогерыической обработки образцы сплава ЧС-70Ш с мелкозернистым слоем на поверхности также обладали более высокими значениями пределов текучести и пластичности при 20 °С, чем образцы, термически обработанные по стандартному режиму. При этом кратковременная прочность образцов обеих партий находилась на одном уровне. В случае повышения температуры кратковременных испытаний до 900 °С превосходство свойств образцов с рекрчетал-лизованным слоем на поверхности сохраняется только по показателям пластичности. Результаты длительных испытаний позволили установить, что после механотермической обработки сплава ЧС-70ВИ также повышается его пластичность при температурах 800 - 900 °с. При этом уровень длительной прочности оставался без изменений.

9 Алализ результатов испытаний образцов из сплава ''"-70Ш на усталостную прочность показал, что предел выносливости образцов с мелкозернистым слоем на эверхности выше, чем у образцов без такого слоя, при этом термоциклическая г-»ыо1 лшэашюнияяг обаа-

ботка сплава в температурных интервалах 1140...1160 °С в течение 2 часов позволяет погчсить его усталостную прочность на 10-15 % по отношение к значениям исходного состояния сплава. В условиях проблемно!* лаборатории 2КИ были также проведены усталостные испытания шлифованных образцов с мелкозернистым слоем на поверхности и без него при Т ■ 850 °С. Результаты испытаний показали, что образцы с мелкозернистым слоем имели предел выносливости на 6 -10 % выше предела выносливости образцов, обработанных по серийной технологии«, Усталостные испытания лопаток ГТД из сплава ЧС-70Ш после ыеханотермической обработки позволили установить, что предел выносливости опытных лопаток бил вше серийных на 310 %. Испытания проводили при комнатной температуре на вибростенде в условиях НПО "Иашг.роект" г. Николаева. По итогам исследовательской работы по повышению конструкционной прочности изделий из литых высоколегированных жаропрочных сплавов была составлена технологическая инструкция на ыеханотермическую обработку лопаток ГТД из сплава ЧС-70Ш, применительно к производственным условиям ШО "Машпроект". Экономический эффект от внедрения результатов работы составил 300 тыс. рублей в ценах 1985 года.

В и В О д и

3 результате проведенных исследований установлено, что кон-струиг юннув прочность лопаток ГТУ, работавших при высоких температурах, нота повысить с помощью мэханотермической обработки их поверхности.

Механстершческая обработка поверхности лопаток ГТУ включает в себя следующие технологические этапы:

- гомогенизация;

- поверхностно-пластическая деформация, например, с использованием ультразвуковой установки;

- ^кристаллизационный отжиг, совмещенный с температурой гомогенизации сплава, в результате которого' на поверхнос* та лопаток формируется мелкозернистый слой.

При этом показано, что:

I. Получение деформировшшого, а затем рекристаллизованного слоя зависит от степени гетерогенности исследованных жаропрочных никелевых сплавов, т.е. от уровня их легирования. Экспери-

ментально установлено, что в сло~чолегированных жаропрочных сплавах процесс формирования поверхностного слоя при мехакотеркичес -xott обработке определяется структурили характеристиками избыточных я эвтектических фаз.

2. Разработанные режимы термоциклкческой гомогенизации высоколегированных жаропрочных сплавов способствуют более паяному растворению избыточных и эвтектических фаз, что повышает стабильность образования мелкозернистого слоя в процессе рекристаллизации. При этой уменьшается разброс механических свойств сплавов, повышается их пластичность при высокой температуре , а продолжительность гомогенизационного отжига может быть сокращена в 1,52,0 раза.

3. Наличие равномерного мелкозернистого поверхностного слоя после механотермической обработки повывает усталостную прочность бездефектных лопаток из литейных высоколегированных жаропрочных сплавов на 8-Ю % при сохранении уровня жаропрочности.

4. Внедрение разработанной технологии мехаиотермической обработки на предприятии ШО Напшроект" (п/я AI469) позволило

. 1учшт конструкционную прочность лопаток из спл-ва ЧС-70ВИ и в результате этого пс лучить экономический эффект в размере 300 тыс. рублей в ценах 1385 года.

Основное, содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Влияние механотепмической обработки на структуру и усталость жаропрочного никелевого сплава /В.В.Сыельченко, А.Д.Коваль,

В.В.Кононов, А.С.Лавренко, Л.А.Варинская// Прилож. к журналу "Авиационная промышленность" -1986.-» В.- С. 32.

2. Коряль А.Д., Варинская Л.А., Комарова Н.В. Влияние структурных факторов сплава ВЖЛ-12У на процессы рекристаллизации в деформированном слое/'' Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий: Тс исы докладов Ш Всесоозн й научно-технической конференции 26-28 ноября 1936 г.- Запорожье, Ъ,J6.- С. 12.

3. Варинская Л.А., Лавренко A.C., Бовдаронко Л.А. Влияние легирования на процессы рекристаллизации поверхностно-деформированных никелевых сплавов // Ноше конструкционные стали и сплавы и метода их обработки для повышения надежности и долговечности изделий: Тезисы докладов Ш Всесоюзной научно-технической кон-

ференцш: 26-28 ноября.- Запорожье,1986,- С. 13.

4. Варинская JI.A., Комарова Н.В., Шушенко A.B. Исследования термостабильности поверхностно-упрочненных слоев никелеeux сплавоп// Молодце ученые и специалисты - реализации региональных целевых комплексных программ, ускорении научно-технического прогресса: Тезисы докладов П Областной научно-технической конференции 16-18 октября 1986 г.- Запорожье, 1986,- С.9.

5.Варинская Л.А., Бондаренко Л.А. Влияние мелкозернистой поверхности на усталостную прочность точнолитых лопаток из никелевого сплава// Молодые ученые и специалисты - реализации региональных целевых комплексных программ, ускорении научно-технического прогресса: Тезисы докладов П Областной научно-технической конференции 16-18 октября 1986 г.- Запорожье, I9S6.- С. 14.

6. Коваль А.Д., Лавренко A.C., Варинская Л.А, Исследование влияния геханотермической обработки на структуру и свойства никелевых сплавов // Субструктурное упрочнение металлов и дифракционные методы исследования: Материалы конференций. - Киев, 1985,-С. 95.

7. Варинская Л.А., Просветов С.И. Исследование влияния ме-ханотермическоЯ обработки на структуру и свойства никелевых сплавов//' Молодые учение и специалисты - реализации региональных целевых компексньгс программ, ускоренно научно-технического прогресса: Тезисы докладов областной научно-технической конференции 4-6 октября 1984 г.- Запорожье, 1984.- С. 10.

8. Варинская Л.А. Исследование механизма поверхностной рекристаллизации малолегированных сплавов на никеглевой основе// Молодые ученые и специалисты - реализации региональных целевых комплексных программ, ускорению научно-техническсго прогресса, активизации 1ГГШ: Тезисы до: гадов 111 Областной конференции молодых ученых, социалистов, новаторов производства, организаторов HTM.- Запорожье, 1938.- C.I0.

9. Левитин В.В., Баринская Л.А., Лоскутов C.B., Кононов В.В, Стгбельков И.Н., Кулемин A.B. Ультразвуковое устройство для упрочнения деталей стальными шариками. Авторское свидетельство СССР № I3I2887, 22 января 1987 г.

10. Варинская Л.А., Комарова II.В. Исследование различных условий рекристаллизационкого отжига литьте таропрэчных сплавов // Тезисы докладов пятой республиканской научно-технической конференции 6-8 сентября 1988 г. Запорожье, 1988,- С I60-I6I.

11. Варинская Л.А., Бонцаренко Л.А. Влияние структурного состояния литого жаропрочного сплава на процессы поверхностной рекристаллизации// Новые конструкционныр материалы и эффективные методы их получения и обработки.- Киев: УШ ВО, 1986.- С.19.

12. Коваль А.Д., Лавренко A.C., Варинская Л.А. и др. Спосоо термической обработки литых сложшлегированшх никелевых сплавов. Авторское свидетельство СССР № 1455753, I октября 1988 г.

13. Варинска» Л.Л., Шестопал Л.Ф. Влияние специального режима термообработки на структуру и механические свойства сплава ЧС-70ВЙ // Ноше конструкционные стали и сплавы и методы v.r обработки для повышения надежности и долговечности изделий: Ъ ■ зисы докладов ГУ Всесоюг ой научно-технической ксн'^ерочф-.л,-Запорожьо, 1Э39.~ С.22.

14. Варинская Л.А., Рабинович А.Л..Исследование свойств сплава ЧС-70БИ, подвергнутого поверхностной рекристаллизации // Новые конструкционные стали к сплавы и метода их обработки для повышения надежности и долговечности изделий: Тезисы докладов 1У Всесоюзной научно-технической конференции.- Запорожье, 198:.- с.зс.

15. Варинская Л.А., Михайлова Т.П. Влияние различных условий термоииклическо" обработки некоторых жаропрочных сплавов на их структуры// Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки: Тезисы докладов У научно-технической конференции.-Запорожье, 1992.- C.I9.

16. Варинская Л.А., Ортовский А.П. Влияние специальной термообработки на структуру и свойства литого жаропрочного сплава на никелевой основе// Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки: Тезисы докладов У научно-технической конференции.- Запорожье, Г992.- С.22.

Подписано к печати 18.06.93. Формат 60x84 1/16.

Объем I п.л. Заказ К4 Тираж 70 экз.

5Ш.Ротапринт. 330063, г.Запорожье, ул. Чуковского, 64