автореферат диссертации по металлургии, 05.16.05, диссертация на тему:Усовершенствование методов анализа и режимов деформации жаропрочных никелевых сплавов

Р Г 5 О Д На правах рукописи

АПР 1.9П5

ОВЧИННИКОВА ИРИНА ВИКТОРОВНА

УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ АНАЛИЗА И РВШМОВ ДЕФОРМАЦИЙ ЖАРОПРОЧНЕЕ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ

05,16.05. - Обработка металлов давлением

АВТОРЕФЕРАТ

диссертацпт на сонсканке ученой степени кандидата телпгческих наугс

Москва - 1595

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации - Научно-производственном объединении по технологии машиностроения "ЦНЖМАШ"

Научный руководитель: _

кандидат технических наук А.А,Мишулин

Научный консультант: —

доктор технических наук, профессор /иА'.Костава

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор В".А»Ткрян кандидат технических наук Б.Г.Трафов

Ведущее предприятие: АООТ "ВНШстали"

Автореферат разослан СШгьСс-ия. 1995г.

Защита диссертации состоится " // " 1995г. в

на заседании специализированного совета К 053.08.02 при Московском институте стали и сплавов по адресу: 117933, Москва, ГСП-1, Ленинский проспект, 4.

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке Московского института стали и сплавов.

г3°

"У "часов

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук,

профессор Н.А.Чиченев

ОВЦАЯ'ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ' |

Прогресс э важнейших отраслях энергетического, авиационного \ и химического машиностроения во многом зависит от успехов в создании новых жаропрочных сплавов, способных выдерживать высокие температуры, рабочие нагрузки и агрессивные среды. Упрочнение никелевых сплавов достигается как за счет высокого легирования аустенитной матрицы, так и за счет дисперсионного твердения и выделения карбидов. Особенно эффективным является упрочнение дисперсными когерентными частицами фазы. Однако повышение легироваиности жароп- | рочных никелевых сплавов, в том числе повышение содержания упрочняя-;

I.

шей фазы, сопровождается снижением их деформируемости из-за ;

высокой прочности, низкой пластичности, узкого температурного иотер-вала, в котором возможна пластическая обработка без разрусзелкя. В связи с этим задача определения научно обоснованных, рациональных условий проведения процесса деформирования, а также разработки новых технологических процессов изготовления илделий из жаропрочных никелевых сплавов является важной научно-технической проблемой.

Настоящая работа является частью исследований по обработке :

давлением труднодефэрмируемых жаропрочных сплавов, проводимых в г,

НПО ЦНИШМАШ,и посвящена разработке путей совершенствования техно-* ;

логических процессов изготовления изделий из никелевых сплавав с I

, I-

различннм содержанием упрочняющей ц - фазы: ЭИ435, ЭИ612, ЭП800, -

ЭП957, сплава на основе янтерметаллида Ж ¡Ж . 1

Актуальность йроблемы. Большая сложность и трудоемкость, ] низкий коэффициент использования металла сушествуших в настоящее время технологических процессов обработки давлением высоколегированных никелевых сплавов приводят к непроизводительному расходу до- | росог.тошего материала, повышению себестоимости изделий. В этой |

------ - 4 - - - -

связи разработка и использование более прогрессивных методов изготовления полуфабрикатов из труднодефоршгруешх сплавов, а такке усовершенствование существующих термомеханическнх реаи-мов деформирования являются актуальными задачами современного машиностроения, связанного с использованием жаропрочных сплавов

Целью работы явились комплексное исследование механизмов пластического течения и причин поннаенноЗ деформируемости жаропрочных никелевых сплавов при высоких температурах, разработка путей усовершенствования,технологических процессов производства изделий из сплавов с различным содержанием упрочняющей ^-фазы.

Научная новизна".

1. Разработана комплексная методика исследования изменении структуры высоколегированных жаропрочных сплавов при близких

к солидусу температурах , позволяющая усовершенствовать методы выбора температурных реяимов деформации. Показано, что такие структурные изменения приводят к вне око температурному охрупчи-ваншо сплавов при деформировании, а. ташке к снижению пластических характеристик при рабочих температурах.

2. На основе экспериментальных данных построены математик ские модели, описывающие деформацию высоколегированных жаропро ных никелевых сплавов ЭП957 и 5П800 в различных тампературно-скоростных областях. Построены карты механизмов деформации этих сплавов.

3. Метод контрастного травления позволил наглядно проследить многократную рекристаллизацию зерен при низких скоростях деформации (вплоть до , оценить степень деформации, необходимую для начала рекристаллизация, а также общее количес во рскристаллизованннх и нерекристаллизованннх зерен, формяру] щихся при различных температурно-скоросткых условиях деформирс

— a —

ния в сплавах ЗП800 и ЗП957. Для сплава 2П957 метод контрастного травления был применен впервые.

4. Методами математического моделирования получены зависите сти верхней и нижней границы температурного интервала, в котором возможна пластическая обработка без разрушения, от содержа- . ния упрочняюшей g- фазы в сплавах.

На основе проведенных экспериментов установлено, что уменьшение скорости деформирования и скорости нагрева повышает верхнюю границу температурного интзрвала пластичности наиболее ! труднодеформируемого из исследованных сплавов - ЭП957.

5. Математически исследовано распределение накопленных

✓ 1

степеней деформации при однопереходной штамповке рабочих лопа- i ток П ступени ГТЭ 150 из сплава ЭП957, показана невозможность формирования разнозернистой структуры в результате критического ' роста зерен.

6. Разработана ресурсосберегающая технология штамповки модельных дисков из жаропрочных никелевых сплавов с литейного нагрева.

7. Впервые опробован в порошковом состоянии сплав ЭП957.

Практическая ценность и реализация результатов работы. j

Полученные математические зависимости, связывающие основные термомеханические параметры, а также позволяющие оценить ширину температурной) интервала деформирования, построенные карты механизмов деформации, результаты высокотемпературных металлографических исследований дают возможность научно обоснованного выбора рациональных термомеханических параметров процессов обработки давлением.

Исследование математическими методами процесса однопереход-i ной штамповки рабочих лопаток П ступени ГТЭ-150 из сплава ЭП957 : позволило оценить допустимость этого процесса с целью обеспечения формирования однородной структуры. i

- s -

Разработанная технология штамповки жаропрочных сплавов с литейного нагрева позволила повысить коэффициент использования металла, снизить трудоемкость и энергоемкость технологического процесса изготовления заготовок.

Разработанные технологии ковки и штамповки крупногабаритных крышек и фланцев из сплавов ЭИ435 и ЭИ612 были реализованы при изготовлении деталей химического реактора для Зиминского химического завода.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ.

Объем работы. Диссертация изложена на 256 страницах машинописного текста, состоит из- введения, 4 глав, основных выводов, списка использованной литературы из 116 наименований и 9 приложений, содержит 84 рисунка и 36 таблиц.

Основное содержание работы.

Глава I. Состояние вопроса.

Важнейший показатель - жаропрочность, никелевых сплавов тем выш чем выше содержание упрочняюшей ¿f'- фазы (J^tj Л, #¿3 7Y, В то же время по мере повышения степени легирования сплавов возрастают трудности при их обработке давлением. В ЦНЖШАШе на протяжен* многих лет велись и ведутся работы по установлению оптимальных температурных интервалов реформирования большого количества сплавов, применяемых в машиностроении. В работах Приданцева М.В., Масленко-ва С.Б., Дзугутова М.Я., Химушина Ф.Ф. и др. также приведены много численные данные по условиям деформирования отечественных жаропроч ных никелевых сплавов. Необходимость дальнейшего исследования влия ния содержания упрочняюшей фазы на температурный интервал i

сокой пластичности связана с разработкой новых деформирует« croiai содержание фазы в которых достигает 6056 и более.

Предложено все жаропрочные никелевые сплавы, упрочненные ¡¡'~ фазой, условно разделить на 4 большие группы по содержанию фазы и основным способам обработки давлением (табл.Р.

Таблица I

Классификация жаропрочных никелевых сплавов

Номер группы Способ обработки давлением Содержание ^'-фазы(%) Сплавы,иссл едованные в работе

. I ковка <35 ЭЖЩХН353Т*

г прессование 35-60 ЗП800 (ХН65КМЕГ>Б>, ЭП957( ХНбОНЕШБ^

3 компактирование _(+щэессованиб_}_ <■70 <90 ЭП957 из порошка (литейные^

4 недостаточна разработан -100 Ж ¡Л и твердые растворы на его основе

Каждая группа сплавов нуждается в особом подходе при выборе и усовершенствовании технологических процессов изготовления необходимых изделий.

Для в ¿бора наиболее благоприятного термомеханического режима деформиро'яния обычно используют математические зависимости, связывающие между собой температуру, скорость и степень деформации. Различные математические модели были получены Унксовым Е.П., Колмогоровым Р.Л. и др. учеными, простом Г.Дк. и Эшби М.Ф. был разработан новкй эффективный метод карт механизмов деформации. Анализ методов, испо.-.ьзуемых для исследования структурных изменений в жаропрочных ничелевых сплавах в процессе деформирования, в т.ч. динамической рекристаллизации, показал, что для сплава ЭП800 успешно используется летод контрастного травления. Установлено, что в дальнейшем

-

исследовании нуждается проблема высокотемпературного охрупчивания жаропрочных никелевых сплавов, в связи с тем, что в литературе существуют различные точки зрения на его причины.

Технологические процессы ковки и штамповки жаропрочных никелевых сплавов подробно исследованы в трудах Охрименко Я.М., Турина В.А., Симса Ч. и Хагеля В. и др. Следует отметить, что, несмотря на то, что процессы ковки жаропрочных сплавов тщательно изучены и широко применяются в промышленности, деформирование все более крупных слитков, необходимых для изготовления крупногабаритных изделий, всегда является сложной задачей. Для труднодеформи-ремых и недеформируемых сплавов перспективным является использование методов металлургии гранул, разработанных в ВИЛСе.

Исходя из вышеизложенного, перед исследованием были поставлены следующие основные задачи:

- провести комплексные исследования, позволяющие проанализировать причины высокотемпературного охрупчивания сплавов, исследовать возможность расширения температурного интервала деформирования в сторону более высоких температур; исследовать динамическую рек- • ристаллизацию сплавов с помощью метода контрастного травления в широком температурно-скоростном интервале; построить реологические модели деформирования жаропрочных никелевых сплавов с использованием современных методик, в частности, карт механизмов дефор- : мации.

- на основе классификации жаропрочных никелевых сплавов по содержанию упрочняющей ¡{'- фазы дать рекомендации по улучшению деформируемости, способам деформации и повышению качества изделий из сплавов различных групп.

Глава 2. Усовершенствование методов анализа состояния и свойств сплавов.

Для исследования изменения структурного состояния наиболее труднореформируемого из исследуемых сплавов - ЭП957 при нагревах до высоких температур были проведены исследовагол микроструктуры образцов прессованного сплава ЭП957, нагретых до температур от 1200°С до 1330°С, с временем вдаержки при высоких температурах 10 мин и 30 мин, и охлаждением как в воде, так и на воздухе. Наблюдение и фотографирование микроструктуры проводилось на микроскопе 21 и электронном микроскопе . Для оценки химического состава наблюдаемых выделений по границам и в теле зерен был использован микроанализатор " в АХ -М1С£Ов£АМ" Фазово-химический и рентгеноструктурный анализ образцов сплава ЭП957 в исходном состоянии и после высокотемпературных выдержек проворился в лабораториях ЦНИИТМАЕ и ВНИИстали (Москва"».

Рекристаллизация сплавов ЗП800 и ЭП957 исследовалась методом контрастного травления в кипящем реактиве Круппа при различных тем-пературно-скоростных режимах на осаженных цилиндрических образцах.

С помошьюрегресспонпого анализа температурных интервалов деформирования ряда жаропрочных никелевых сплавов I и П группы (по предложенной классификации^ с различным содержанием упрочнтошеР фазы были получены следующие зависимости верхней и нижней границы указанного температурного интервала от содержания :

ттм ГС) •но + 5,гг'г/в):*о (Г

Ттах ГС) -ШО '('А )И>0 (

Видно, что нижняя граница температурного интервала депортирования растет с ростом содержания в сплаве - фазы, как и бь-ло известно ранее, в то время как Еерхняя граница, в отличие от приня-

той точки зрения, почти не обнаруживает зависимости от содержания фазы в сплаве (незначительное повипение верхней границы с ростом содержания ¡¡'- фазы практически находится в пределах разброса экспериментальных данных^.

Механические свойства сплавов исследовались на управляемой ЭВМ испытательной установке МТ5 - 810А и вакуумной установке 1246-2/2300. У всех исследованных сплавов с различным содержанием фазы (ЗП957, ЭП800, ЭИ612-) с уменьшением скорости деформирования повышается однородность реформации, уменьшается прочность. Результаты испытаний на механические свойства наиболее труднодеформи-руемого из исследуемых сплавов - ЭП957, содержащего ~ 50& $ '-фазы, указывают на значительный рост пластичности ( 5 " 165-220$)

при снижении начальной старости реформации £о до При этом со снижением 4> от до предел проч-

ности уменьшается примерно в 10 раз, а верхняя граница температурного интервала пластичности повыпается от 1225°С до 1275°0, что

для сплава, интервал деформирования которого составляет 40-50°С, имеет большое значение.

Дтя исследования влияния условий нагрева на охрупчивание сплава ЭП957 образцы нагревались пропусканием электрического тока со скоростью нагрева 30-40°С/с и по достижении заданной температуры

о

были разорваны со скоростью 5-10 м/с. Было установлено, что увеличение скорости нагрева до 30-40°С/с приводит к снижению верхней границы температурного интервала пластичности (падение относительного сужения V до 0 происходило уже при П70°С>.

В связи с поставленной задачей анализа возможных путей усовершенствования технологических процессов производства изделий из

/

жаропрочных никелевых сплавов с различным содержанием $ - фазы в данной.главе описаны методы и оборудование для производства деталей, используемые в настоящей работе.

п -

В рамках работ, проводимых по созданию отечественного химического реактора по получению четыреххлористого углерода, была разработана технология изготовления основных крупногабаритных деталей реактора типа фланцев и крышек взамен изношенных, поставленных инофирмой.

С целью разработки ресурсосберегающей технологии изготовления деталей из труднодеформируемых никелевых сплавов был опробован метод высокотемпературной штамповки таких сплавов из слитков - заготовок с литейного нагрева, причем из каждой плавки получалась одна заготовка. Исследования проводились на сплаве ЭП957 и на интерме-таллидном сплаве на основе обработка давлением которых зат-

руднена. Заготовки для штамповки с литейного нагрева получали в печи с холодным тиглем, предназначенной для получения высококачественных слитков массой до 5 кг с регулируемым затвердеванием. Сразу же после затвердевания слиток-заготовку извлекали из печи и помещали в штамп. Штамповку проводили на гидравлическом прессе ДБ 2436 усилием 4МН.

Была также проведена работа по получению сплава ЭП957 в порошковом состоянии с целью повышения его деформируемости. Электрод для распыления был изготовлен в НПО ЦНШГШАШ из прессованного прутка сплава ЭП957. Компактирование порошка осуществляли во ВНШстали. В газостате получали заготовки 080 мм, которые затем прессовали на заготовки 040 мм.

Глава 3. Исследование особенностей и разработка методологии повышения качества изделий на основе никеля (на примерах сплавов ЗП800, ЭП957>.

Исследования показали, что в исходном состоянии, а также пос-ге термообработок при 1200 и 1250°С в сплаве ЭП957, кроме ^ - твердого раствора и - фазы, содержатся С - карбиды, обогащенные Мо и IV, находящиеся как по границам, так и в теле зерен, а также Мес С - карбиды и /г - фаза {Со, А70 1 При дли-

тельных выдержках при 1250°С ( ч> начинается оплавление гра-

ниц зерен, приостанавливавшее их рост. При нагревах до 1300 и 1330°С по границам зерен сплава наблюдаются оплавившиеся прослойки, обогащение , Мо , , в незначительной степени S¿ и состоящие из легированного £ - твердого раствора и -карби-

дов, обогащенных Мо и IV . При температуре 1300°С (выдержка I ч) Ме§С - карбиды полностью растворяются. Возможно их выделение при замедленном охлаждении с температур 1300-1330°С. уц - Фаза оказалась очень устойчивой и наблюдается даже после выдержек при 1300°С в течение I ч (охлаждение в воде>. После охлаждения с температур 1300-1330°С по границам зерен наблюдаются крупные округлые выделения, обогащенные Ш и Л£, представляющие собой части-

цы.

Образовавшиеся в результате нагревов межзеренные оплавленные прослойки приводят к высокотемпературному охрупчиванию сплава ЭП957. Разрушение, как показывает изучение микроструктуры разорванных в вакууме образцов, происходит по границам зерен, ослабленным оплавлением.

Как показали длительные и кратковременные испытания механических свойств при 800°С, необратимые изменения, происходящие в структуре сплава после проведения термообработок или деформирования при температурах оплавления границ, сильно влияют на служебные свойства сплава ЭП957, понижая пластические характеристики и одновременно повышая прочностные.

Для построения математической модели, описывающей высокотемпературную деформацию сплавов ЭП800 и ЭП957, были проведены испытания на осадку, в результате которых построены зависимости удельного усилия деформирования р от степени деформации £ с учетом ^очкообразования для сплавов ЗП800 и ЭП957 в интервале температур

1000-1250°С при начальных скоростях деформации <£, с-*'

Для построения карт механизмов деформации в исследованной

области была использована математическая модель ползучести, подчиняющейся степенному закону. Вычисление неизвестных коэффициентов проводилось с помощью стандартной программы методом линейной регрессии. В результате для сплавов ЭП800 и 20957 были получены следующие аналитические зависимости для интенсивности скоростей деформации сдвига / :

для ЭП800 г .,, - - 9У65р

для 31957 5'9^60

/ = *,0'Юг1(г± е

где - сдвиговое напряжение пластического течения

/И - модуль сдвига, остаточные дисперсии S¿f = 0^5 г •S¿г =0.0/.

Для построения карт механизмов деформации при низких температурах (Т ? 650°С1 была использована модель пластической деформации, контролируемой отдельными препятствиями. При этом основным препятствием движению дислокаций в стареющих никелевых сплавах можно было считать когерентные выделения упрочняющей ^фазы. В результате получили следующие зависимости:

^ = Ъо С* - м ■ 10*21 ^ (2 )

У^ сГ

где =470 МПа для сплава ЭП800,

=590 МПа для сплава ЭП957. На оснорэ полученных математических зависимостей были построены карты механизмов деформации, позволютие наглядно проследить изменение усилия деформирования при изменении температуры металла и скорости деформации, а также при исследовании сплавов

уменьшить .количество необходимых экспериментов.

Для сплава ЭП957 была проанализирована также зависимость удель-

V

ного усилия деформирования от логарифмической степени деформации. I Указанную зависимость предполагали в виде |

р = А £*епи(6)

где 4, /I , т , - постоянные

£ - скорость деформации . . I

£ - Ръуг , А0 и & - начальная и -текущая высота осаживаемого образца соответственно. |

Вычислены- методом линейной регрессии выполнялись на ЭВМ уста- , новки МТ5 .

В результате зависимость удельного давления от степени деформации в пределах 70Й оказалась пренебрежимо малой и формула для удельного усилия деформирования сплава ЭП957 имела вид:

р = 10*- £°'г. е (7,

Таким образом, из форкул (3,4,7) видно, что для исследованных сплавов коэффициент скоростной чувствительности "0,2, т.е. принимает значение, обычное для горячей деформации. На основе экспериментальных данных было также установлено, что коэффициент скоростной чувствительности сплавов ЭП800 и ЭП957 увеличивается с уменьшением скорости деформации, т.е. увеличивается с ростом эффективности разупрочнятоших процессов.

Найденные математические взаимосвязи являются результатом процессов, протекающих на микроуровне. Методом контрастного травления в осаженных образцах выявлялись рекристаллизованные и нерек-ристаллизованные зоны: нерекристаллизованные зерна вьтлядели темными, рекристаллизованные - светлыми е результате нарушения когерентной связи частиц - фазы в рекриеталлизованннх объемах.

В результате проведенных исследований установлено, что пер- 1

виз рекристаллизованные зерна в сплаве ЭП800 появляются узе при

1000°С. При начальной скорости деформации ^ их холичест-

• т т

во шло и становится заметным при ^=5-10 с , Начало рекрпстал-

• о -г

лизацпи при ^=5*10 с соответствует спаду усилия после достижения первого максшлут на кривой зависимости удельного усилия деформирования от.степени деформации. Следует отметить, что контрастного травления при ЮОО°С не наблюдалось вследствие недостаточного растворения фазы, и вывод о начале рзкристзллпзащон-ных процессов делали по нояаяешш груш мелких новых зерен на границах старых деформированных зерен^

При температуре 1Ю0°С узе проявляется контрастная травилссть рэкристаюшзоваккых и нерехристаллизоваянше зерен. С растворением ^'-фазы связано дальнейшее развитие рекристалдизацпояных процессов, в результате чего ни разу не рекристаллпзованнши остаются только слабодесрормпрованные учасигп у торцев образцов и в области бочки ( рис',1 (а,б)).

Распределение рекристэллизованных (светлив области) и перэк-ристалдизовашшх (теглше области) зерен в осаженных образцах (некоторые типичные случаи)

Л

Рис.1

Были определены фактические степени деформации £ ф1 (%) на границе полностью нерекристаллизованной зоны при различных тем-пературно-скоро стных режимах осадки С 10 -1с"*Т»Н00 -

1250°С). Размер полностью нерекристаллизованной зоны несколько

л.

увеличивается с уменьшением скорости деформирования в результате затруднения рекристаллизация из-за конкурирующих с ней возврата и стабилизирующей полигонизации.

Этот процесс может быть приближенно описан следующим образом:

Где п^ - число накопленных дислокаций в зерне, которые могут активно влиять на формирование зародышей рекристаллизации,К<5 ф -число активных дислокаций, возникающих в I времени, <5 ф - фактическая скорость деформации в локальном участке образца,

. Рг1р - число дислокаций, переставших играть активную роль в результате возврата и стабилизирующей полигонизации,Р= Ре> К, (2 - постоянные

Нарастая со временем, число дислокаций, по этому уравнению, может достичь насмвения Пу ~ } и если П^ < п^ - зна-

чения, необходимого для рекристаллизации, то рекристаллизация не пойдет.

Эти выводы находятся в соответствии с зависимостями удегьного усилия от степени деформации, где при малых скоростях затруднено образование первого максимума, связанного с формированием ячеистой структуры и последующей динамической рекристаллизацией. Следует отметить, сднако, что отсутствие ярко выраженного первого максимума еще не свидетельствует об отсутствии динамической рекристаллизации.

Шло установлено, что после выдержек (до 15 мин> при температуре деформации 1200°С после окончания осадки 8 ф1 уменьшается на 2-4%.

Размер ^кристаллизованных зерен уменьшался с ростом скорости деформирования в результате увеличения числа зародышей рекристаллизации и уменьшения времени пребывания при высоких температурах.

Метод контрастного травления позволил также непосредственно наблюдать процессы многократного прохождения динамической рекристаллизации при низких скоростях деформирования, выявляя зерна, которые рекристаллизовались 1,2 или 3 раза, но а результате дальнейшего деформирования снова оказались наклепанными. Так, например, при П00°С ( <С , при Ц50вС ( £с отчетливо

выявлялась полоска нерекристаллизованных зерен, тянущаяся вдоль полукруглой нерекристаллизованной зоны у торца образца (рис.1 (а)). Зерна, находящиеся в зоне образца с <5ф » £ф2, рекристаллизовались 2 раза - первый раз, когда их степень деформации достигла § ф1, а вторично, когда их степень деформации достигла ¿ф2~ «2*5 ф1. При больших скоростях деформирования таких полосок не наблюдалось,и микроструктуры имели вид рис.1 (б), т.к. времени для неоднократного протекания рекристаллизации било недостаточно, рекристаллизация в значительной степени была статической.

При температурах 1150°С и 1200°С были исследованы также режимы осадки со ступенчатым изменением скорости деформирования. Распределение рекристаллизованных и нерекристаллизованных зерен объясняется многократным прохождением рекристаллизационных процессов, характер которого зависит от местоположения локального участка образца (рис.1 (в,г)). Таким образом, данный метод позволяет делать выводы о распределении степеней деформации в осаженном металле для

установления конфигурации и границ зон деформации при деформировании в различных'условиях. *

При проведении настоящей работы было установлено, что метод контрастного травления применим и для сплава ЭП957 и дает сходные с исследованием для сплава ЭП800 результаты. Так, при осадке образца из сплава ЭП957 со скоростью при 1200°С микроструктура имела вид рис. I {6>, значения <5ср1 составляли

При осадке сплавов ЭП957 и ЗП800 при 1200°С со скоростью £0 = наблюдались только отдельные рекристаллизованные зерна при фактических степенях деформации 9-10$. При малых фактических степенях деформации ( < формировалась практически ненаклепанная нерекристаллизованная структура.

Глава 4. Усовершенствование технологических процессов производства изделий из жаропрочных никелевых сплавов.

• I. Для изготовления фланцев и крипек необходимых размеров на заводе "Электросталь" были получены 10 слитков ЗИЛ диаметром 700 мм и массой до 5 т : 7 слитков из сплава ЭИ612 для изготовления фланцев и 3 слитка из сплава ЭИ435 для изготовления крышек. Ковка слитков проводилась на прессе 4МН, максимальная температура нагрела составляла П80-1200°С, охлаждение поковок после деформации - на воздухе. Птамповка производилась на вертикальном гидравлическом прессе усилием 10 ЫН (ШЛСЧ Штамповка фпаниев производилась за одну операцию - осадкой со степенью деформации а крышек за 2 операции в 2-ух штампах с I подогревом.

При содержании Т* в сплаве ЭИ612 на нижнем пределе (1,1-термическая обработка с двухступенчатым старением, рекомендуемая по ТУ 14-1-272-72 не обеспечивала необходимых прочности!-^

- 1Э -

свойств. Было исследовано II режимов термической обработки сплава ЗИ612Ш.Изучение влияния термообработки на структуру сплава ЭИ6120 показало, что при переходе от двухступенчатого к одноступенчатому режиму'термообработки выделения / - фазы по границам зерен приобретают более непрерывный характер. Для обработки всех фланцев быв выбран режим: П00°С, 4 ч, воздух; 650°С, 20 ч, воздух, обеспечивающий требуемые по техническим условиям свойства.

Все изготовленные крупногабаритные фланцы и крышки были установлены взамен изношенных импортных на Зиминском химическом заводе.

2. С помощью метода конечных элементов был проведен анализ процесса однопереходной штамповки рабочих лопаток П ступени для ГГЭ 150 из сплава ЭП957. Напряженно-деформируемое состояние металла определялось на основе теории вязко-пластического неизотермического течения. Деформированное состояние оценивалось накопленной степеньп деформации А , которая рассчитывалась интегрированием вдоль траекторий движения частиц металла. Слабодефоршрованная зона ( А < IOt} располагалась вдоль спинки лопатки, причем для разных сечений площадь слабодеформированной зоны различалась незначительно. Однако минимальная степень деформации Л в этой зоне составляла В подобном распределении деформаций сказалось интенсивное течение металла в облой. В соответствии с результатами, полученными при исследовании динамической рекристаллизации сплава ЗП957, при высоких скоростях, имеющих место при штамповке, значения 6 ф1 < 7е?.

£ ф! южно считать верхней границей степеней деформаций, при которых возможен критический рост зерен. Таким образом, данный вариант штамповки крупногабаритных лопаток для ГТЭ 150 можно считать допустимым, если иметь целью предотвращение критической рекристаллизации сплава.

3. Распылением вращающегося электрода из сплава ЭП957 были получены и очишены порошковые частицы размером 200-600 мим. После компактирования размер рекристаллизОванных зерен составил 10-20 мю. однако встречались и зерна до 40 мкм. Свойства сплава ЗП957 после ГИП находились на уровне литого материала и уступали деформированному.

4. Методом штамповки заготовок с литейного нагрева было отш-

%

тамповано 8 поковок из ^¿¡ЛВ, 5 - Из ЭП57. Форма поковок была приближена к реальной детали типа "диск". Масса макетной поковки составила 3 кг. Штамповка производилась в нагретых до 450°С штампа? за I ход пресса. Усилие штамповки составило 1,5-2,0 МН, степень деформации по высоте - 50$. Плотная макроструктура, хорошая пластичность и малые усилия деформирования позволили рекомендовать технологию штамповки с литейного нагрева интерметаллидного сплава на основъ для более широкого применения.

В поперечном сечении штамповки из сплава 31957 наблюдались трещины. Технология итамповки сплава ЭП957 с литейного нагрева требует дальнейшего анализа и доработки.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. На основе предложенной классификации жаропрочных никелевых сплавов в зависимости от содержания упрочнявшей -*аг>ы проведен анализ возможных направлений совершенствования технологии

¿.обработки давлением сплавов различных групп. Получен^ зависимости верхней и нижней границы температурного интервала депортирования сплавов от содержания фазы.

2. Разработана комплексная методика исследования структуры сплавов, включающая исследования на обычном и глектронном гороскопе, микрорентгеноспектральный, фазово-химический и рентгоиост-руктурный анализы, позволяющая эффективно определять верхнее границу температурного интервала деформирования, изучать условия

и причины высокотемпературного охрупчивания сплавов.

Установлено, что падение пластических свойств ■■•плава ЭП957 при высоких температурах (более 1250°С)связано с появлением оплавленных прослоек по границам зерен, содержащих, кроме

£ -фазы, N6С - карбиды, обогащенные Мо и УУ> а тагсяе крупные ц'- выделения. Показано, что влияние те кого нагрева на структуру сплава не исправляется термообработке" и приводит к падению пластичности и росту прочности изделия пги рабочих температурах.

3. Исследована зависимость механических свойств сплавов различных групп от температуры и скорости деформирования. Установлено, что снижение скорости деформирования приводит к умены!>?!!иг прочности и повышению однородности деформации всех исследованных сплавов. Для наиболее труднодефори'ируемого из исследуе^-тс сплавов - ЭП957 снижение скорости деформирования позволяет расширить температурной интервал пластичности на 40-50°С. Кроме того, уста-

новлено, что увеличение скорости нагрева сплава ЗП957 (до 30-40°С/с^ приводит к снижению верхней границы его температурного интервала пластичности, в связи с чем при использовании индукционного нагрева или нагрева сопротивлением рекомендованы обязательные выдержки.

4. На основе экспериментальных данных построены математические модели, описывающие деформацию высоколегированных жаропрочных никелевых сплавов Ш957 и ЭП800 в различных температурно-скоростных областях. Построены карты механизмов деформации этих сплавов. -п"*--

5. На основе проведенных исследований динамической рекристаллизации жаропрочных никелевых сплавов ЗП800 и ЗП957 с помощью усовершенствованного метода контрастного травления установлены степени деформации, необходимые для начала рекристаллизации, а также общее количество рекристаллизованных и нерекристаллизован-ных зерен при скоростях деформации - 1с~* и температурах 1000-1250°С. Впервые метод контрастного травления предложен и применен для сплава ЭП957 и рекомендован для других сплавов с большим содержанием фазы. •

С помэшью метода контрастного травления впервые наблюдалось многократное протекание рекристаллизации при низких скоростях деформации. Контрастное травление сечения деформированного образца позволяет судить о распределении степеней деформации в металле.

6. На основе уравнений теории пластичности получено распределение накопленных степеней деформации при однопереходной штамповке рабочих лопаток II ступени ГТЭ150 из сплава ЗП957.' Показано, что данный технологический процесс обеспечивает однородность

структуры. Процесс рекомендован для производства лопаток.

7. Разработана технология ковки и штамповки крупногабаритных фланцев и крышек из сплавов ЭИ512И и ЭИ435Йсоответственно. Для сплава ЭИ3131! предложен и применен новый ускоренный режим термэобработки.

Изготовленные фланцы .и крышки установлены на Знминско:.: химическом заводе.

8. Получены положительные результаты по штамповке шдельных дисков из интерметаллидного сплава на основе о литейного нагрева. Такая технологическая схема обработки даатением увеличивает выход годного и уменьшает трудоемкость и энергоемкость процесса.

Материалы диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Овчинникова И.В., Хемлин A.A., Барабанов Ъ.П., Попова Л.Е. , Микроструктура и пластичность жаропрочного никелевого сплава ЭП957 в твердом и твердожидком Ъостоянии/

Труды ЦНИИТМАШ.- 1989. - №211^.23-27.

2. Барабанов С.П., Овчинникова И.В., Попова Л.Е., Орлова И.А.,

Хемлин A.A. Исследование пластичности жаропрочного никелевого

_ . _ /

сплава ХНбОКВШБ/'Технология. Оборудо'вание, материалы, процес

сы,- 1989. - Вып.2.- С.26-31.

3.Барабанов С.П., Стебунов С.А., Овчинникова И.В. Расчет методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния при штамповке крупногабаритных лопаток из жаропрочного сплава ЭП957/^Технология. Оборудование, материалы, процессы. - 1989. - Вып.4.- C.47-5I.

4. Овчинникова И.В.«Барабанов С.П..Крылова A.A., Хемлин A.A. Исследование рекристаллизации сплавов ХН65КМВВБ (ЭП8001 и ХНбОКИМБ (ЭП957) методом контрастного травления // Труды ЦНИИШАШ. - 1991. -г »223. - С.40-48.

5. Овчинникова И.В. Технологичность и свойства

жаропрочных сплавов // Технология. Ресурсосберегающие проц< сы, о&рурование, материалы. - 1994г. - Вып.3-4. - С.41-43.

Подписано е печать 28.03.S5_Зак.Ю.Тщ-аж 100

Группа электрографии НШ ЦНИЯКАШ, Шарикоподвишшковская,4