ВЛИЯНИЕ ВОЗВРАТА СОБСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЖАРОПРОЧНОГО НИКЕЛЕВОГО СПЛАВА ЖС6У. ЧАСТЬ 1. АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ И ФАЗОВОГО СОСТАВА СПЛАВА ЖС6У, ПОЛУЧЕННОГО С ПРИМЕНЕНИЕМ ВОЗВРАТА СОБСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Для изготовления литых лопаток газотурбинного двигателя используют дорогостоящие никелевые сплавы, причем на сами лопатки расходуется лишь небольшая их часть, остальное – это элементы литниково-питающей системы. Большая часть сплава после заливки представляет собой отходы, использование которых повторно в виде металлической шихты значительно снижает себестоимость лопаток. Однако использование возврата сопряжено с некоторыми рисками, связанными с возможностью загрязнения сплава неметаллическими включениями и угаром легирующих компонентов. Поэтому исследование последствий использования возврата собственного производства в изготовлении лопаток весьма актуально. В первой части статьи рассмотрено влияние возврата собственного производства на структуру и фазовый состав сплава ЖС6У-ВИ. Изучены образцы лопаток газотурбинного двигателя, изготовленные методом литья в оболочковые керамические формы из предварительно очищенного от загрязнений и остатков огнеупорной оболочковой формы возврата собственного производства сплава ЖС6У-ВИ. Исследованы образцы, вырезанные из замковой части лопатки и элементов литниковой системы, примыкающих к лопатке. Также изучены специально отлитые в медную форму цилиндрические образцы из исходного сплава ЖС6У-ВИ без использования возврата и с 50 и 100 % возврата в шихте. Исследование структуры проводили с применением электронной и оптической микроскопии. Идентификация фаз и структурных составляющих производилась по результатам микрорентгеноспектрального анализа (МРСА) с использованием расчетов фазового состава в программе Thermo-Calc, опираясь на описанные в литературе сведения о возможных соединениях в жаропрочных никелевых сплавах. Содержание основных легирующих компонентов в полученных образцах (кроме углерода) определяли по данным МРСА. Исследования проводились на образцах в литом и отожженном в течение 4 ч при 1210 °С состояниях. Показано, что использование возврата в шихте принципиально не изменяет фазовый состав сплава ни при плавке в индукционной тигельной печи, ни при вакуумно-дуговом переплаве.

1. Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей: сплавы, технология, покрытия. – 2-е изд. – М.: Наука, 2006. – 632 с.

2. Зеленюк А.Н., Наумик В.В., Елькин А.В. Использование технологического возврата при производстве отливок из жаропрочного никелевого сплава ВЖЛ12Э-ВИ // Вісник Донбаської державної машинобудівної академії. 2011. № 1 (22). С. 198 – 202.

3. Логунов А.В., Шмотин Ю.Н. Современные жаропрочные никелевые сплавы для дисков газовых турбин (материалы и технологии). – М.: Наука и технологии, 2013. – 264 с.

4. Кишкин С.Т., Строганов Г.Б., Логунов А.В. Литейные жаропрочные сплавы на никелевой основе. Разработка и исследования. – М.: Машиностроение, 1987. – 116 с.

5. Сидоров B.B., Ригин В.Е., Каблов Д.Е. Организация производства литых прутковых заготовок из современных литейных высокожаропрочных никелевых сплавов // Литейное производство. 2011. № 10. С. 2 – 6.

6. Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Ломберг Б. С. Стратегические направления развития конструкционных материалов и технологий их переработки для авиационных двигателей настоящего и будущего // Автоматическая сварка. 2013. № 10 – 11. С. 23 – 32.

7. Binczyk F., Śleziona J., Mikuszewski T. Effect of repeated remelting on the chemical composition and structure of nickel alloys // Archives of foundry engineering. 2010. Vol. 10. No. 1. P. 189 – 194.

8. DeBarbadillo J.J. Nickel–base superalloys; physical metallurgy of recycling // Metallurgical Transactions A. 1983. Vol. 14. Issue 2. P. 329 – 341.

9. Richards N.L., Chaturvedi M.C. Effect of minor elements on weldability of nickel base superalloys // International Materials Reviews. 2000. Vol. 45. Issue 3. P. 109–129.

10. Morscheiser J., Thönnessen L., Gehrmann B., Friedrich B. The influ ence of the slag composition on the desulfurization of Ni–based superalloys // Proceedings of the 2011 Int. Symposium on Liquid Metal Processing and Casting: Nancy, France. September 25 – 28, 2011. LMPC. 2011. P. 89 – 96.

11. Morscheiser J., Thönnessen L., Friedrich B. Sulphur control in nickel-based superalloy production // Proceedings of European Metallurgical Conf. Düsseldorf, Germany. June 26 – 29, 2011. EMC 2011. Vol. 4. P. 1197 – 1212.

12. Thermo-Calc Software TCNI8 Ni-based Superalloys Database, version 8, Аccessed October 1, 2018.

13. Geddes B., Leon H., Huang X. Superalloys: alloying and performan ce. – Materials Park, Ohio: ASM International, 2010. – 176 p.

14. Reed R.C. The Superalloys: Fundamentals and Applications. – Camb ridge: Cambridge University Press, 2006. – 372 р.

15. Erickson G.L. A new, third-generation, single-crystal, casting superalloy // JOM. 1995. Vol. 47. P. 36 – 39.

16. Goodfellow A.J., Galindo-Nava E.I., Christofidou K.A. etc. Gamma prime precipitate evolution during aging of a model nickel-based superalloy // Metallurgical and Materials Transactions A. 2018. Vol. 49. P. 718 – 728.

17. Fuchs G.E. Solution heat treatment response of a third generation single crystal Ni-base superalloy // Materials Science and Engineering A. 2001. Vol. 300. P. 52 – 60.

18. Pollock T.M., Tin S. Nickel–based superalloys for advanced turbine engines: chemistry, microstructure and properties // Journal of Propulsion and Power. 2006. Vol. 22. No. 2. P. 361 – 374.

19. Donachie M.J., Donachie S.J. Superalloys: a technical guide. 2nd ed. – Materials Park, OH: ASM International, 2002. – 439 p.

20. Zhang Z.W., Niu Y.J., Tian J.J. etc. Effect of remelting on the micro structure and mechanical properties of a nickel superalloy // Materials Science Forum. 2016. Vol. 849. P. 492 – 496.