ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Зависимость свойств от металлургических факторов и размеров зерен из "Материалы и прочность деталей газовых турбин " Влияние метода выплавки и разливки. При изготовлении жаропрочных сплавов широкое распространение получили специальные методы выплавки в вакууме, в защитной атмосфере с применением электрошлакового и вакуумного дугового переплава, с использованием различных раскислителей, малых добавок, в том числе редкоземельных элементов. Для деталей, изготовляемых методами точного литья, существенное значение имеет способ заливки и кристаллизации. Методы выплавки и заливки влияют на свойства металла как до, так и после горячей обработки (ковки, прокатки, термической обработки). Установлено, что методы выплавки и разливки влияют на содержание в металле газов, различных оксидов в виде плен, неметаллических включений, вредных примесей, обычно химически неопределяемых (Аз, РЬ, В1), а также на размеры включений, их распределение внутри зерна и пористость. Вакуумный переплав оказывает влияние на анизотропию свойств, количество и характер распределения неметаллических включений, прокаливаемость, переходную температуру хрупкости и особенно на ликвационную неоднородность металла. [c.234] Степень влияния на механические свойства перечисленных методов выплавки и заливки различна у разных сплавов прочностные свойства высокопластичных неупрочненных сталей (типа 12Х18Н10Т) оказываются малочувствительными к методу выплавки пластичность же стали после вакуумного дугового переплава (ВДП) заметно повышается. Для малопластичных деформируемых сплавов применение выплавки и заливки в вакууме приводит к значительному повышению пластичности и как результат, к уменьшению чувствительности к надрезу. [c.234] Исследования влияния метода выплавки на свойства стали ЭИ415 (табл. 3.1) проводилось автором и Ю.А. Старовойтовым. Сталь термически обрабатывалась по разным режимам до твердости НВ 269 и НВ 363. Вакуумный дуговой переплав стали привел к резкому уменьшению количества неметаллических включений по сравнению с металлом открытой выплавки балл менее первого по точечным включениям (ГОСТ 1778-70) и отсутствие строчечных вместо 3-5 баллов включений как по точечным, так и строчечным включениям оксидов соответственно. Содержание кислорода снизилось в 50 раз (0,00015 вместо 0,008%). Ударная вязкость после ВДП увеличилась вдвое несколько увеличилась пластичность стали. После ВДП металл практически стал нечувствителен к надрезу в испытаниях на длительную прочность даже при твердости НВ 363, в то время как у металла открытой выплавки (с твердостью НВ 269 и НВ 363) (Гд.п. в условиях концентрации напряжений резко снижается (рис, 3.0 Положительное влияние выплавки в вакууме на длительную прочность было установлено также исследованиями с сильно и слабо стареюшими аустенитными сталями, содержащими 15% Сг, 32% N1, 3% Мо и 6% У. [c.235] В качестве примера благоприятного влияния переплава на длительную прочность в работе [156] приводятся результаты опытов со сплавом ЭИ893, в которых слитки открытой выплавки одной и той же главки подвергли ЭШП и ВДП, после чего испытывали при 600 С (табл. 3.2). [c.235] Примечание. ОД - открытый, дуговой ЭШП - электрошлаковый переплав ВДП - вакуумно-дуговой переплав. [c.236] Широкое распространение для дисков и роторов стационарных ГТУ получила высокохромистая сталь 15Х12ВНМФ [157].Поковки из этой стали изготовляют из глубрковауумированных кузнечных слитков ЭШП. В результате получают слитки, в которых отсутствует внецентренная. ликвация, уменьшена склонность к водородной хрупкости (содержание водорода уменьшается примерно в два раза), уменьшается количество неметаллических включений (примерно в три раза) и как результат повышается пластичность и понижается переходная температура хрупкости (склонность к хрупким разрушениям) по сравнению с металлом открытой выплавки. [c.236] За рубежом распространение получил такхсе метод порционного вакуумирования. [c.236] Применение литья в вакууме позволяет получить металл, свободный от плед даже в тех случаях, когда компоненты его химического состава обладаю большим сродством к кислороду. Известно, например, что бе плавки в вакууме или защитной атмосфере литьем по выплавляемым моделям довольно трудно получить качественные заготовки лопаток из высокожаропрочных сплавов на никелевой основе, упрочненных интерметаллидной фазой. При получении крупных слитков вакуумно-дуговых плавок из жаропрочных сплавов наблюдалась внеосевая (пятнистая) ликвация. Было установлено [158], что образование внеосевой ликвации связано с повышенными мощностью дуги и скоростью переплава. [c.237] Скорость охлаждения отливок лопаток после их заливки оказывает влияние как на горячеломкость лопаток (образование трещин, особенно в местах перехода от тонкостенного пера охлаждаемых лопаток к сравнительно массивному замку), на образование микропористости, так и на структуру и свойства. [c.238] Влияние условий деформирования заготовок. От технологии деформирования зависит, сохранил ли металл заготовок участки с не полностью разбитой литой структурой, не образовались ли зоны с рекристаллизованной разнозернистой структурой (рис. [c.238] Вышеперечисленные факторы могут оказывать определенное влияние на характеристики механических свойств и жаропрочность металла. Так, например, участки с неразбитой литой структурой в турбинном диске в связи с создаваемой ими анизотропией механических свойств могут привести к перераспределению напряжений, изменению запасов прочности и в ряде случаев к разбалансировке диска в условиях эксплуатации. Неблагоприятное расположение волокон (например, в заготовке турбинной лопатки) по этой же причине вызывает понижение ее конструктивной прочности. [c.238] Рядом исследований, проведенных в России и за рубежом, установлено положительное влияние остаточных напряжений, инициированных в процессе прокрутки дисков, на их работоспособность. Одной из причин такого положительного влияния является уменьшение рабочих напряжений в центральной части диска, обычно загрязненной разного рода включениями и иногда содержащей различного рода дефекты, развитие которых в трещины тормозится при уменьшении напряжения. В связи с этим все турбинные диски фирмы Дженерал электрик подвергаются холодной и горячей прокрутке при напряжениях в районе центрального отверстия, несколько превышающих предел текучести, что обеспечивает гарантию отсутствия хрупких разрушений в процессе эксплуатации. [c.240] Влияние размера зерна деформированных сплавов. Характер и степень влияния размера зерна на свойства жаропрочных сталей и сплавов зависят от типа материала, условий, в которых получен металл с различными размерами зерен, режима термической обработки после закалки и условий испытания. Изменение размера зерна может оказывать различное влияние на сопротивление ползучести, длительную прочность, пластичность и сопротивление усталости. Дес рмационная способность при увеличении размера зерна обычно понижается [85]. Что касается сопротивления ползучести, то наравне с большим пределом ползучести металлов, имеющих крупнозернистую структуру, по сравнению с мелкозернистыми, в некоторых условиях рост зерна может сопровождаться понижением сопротивления ползучести. [c.240] Примечание. В числителе дано значение для однородной структуры мелкозернистой, а в знаменателе - для крупно- и разнозернистой. [c.241] Значение ограниченного предела усталости при 850 С у сплава ЭП220 с увеличением размера зерна уменьшается на 15% для базы 10 циклов, на 10% - для базы 10 циклов и 5% - для базы 10 циклов. Влияние размера зерна на сопротивление усталости характеризуется также кривыми на рис. 3.4. [c.242] Некоторые сплавы склонны к образованию крупнокристаллической структуры в поверхностных слоях заготовок, что, по мнению ряда исследователей, связано с обеднением поверхностного слоя легирующими элементами в условиях высокотемпературных нагревов при горячей деформации и термообработке в воздушной среде. Нагрев в среде инертного газа или вакууме предохраняет заготовки от образования крупнокристаллической структуры. [c.243] Влияние ориентации кристаллов на свойства литых сплавов. Помимо влияния ориентации на модуль упругости направленная кристаллизация приводит к резкому увеличению пластичности металла как при кратковременных, так и длительных испытаниях, а также заметному повышению жаропрочности (табл. 3.7). Еще большее повышение пластичности и жаропрочности достигается отливкой монокристалли 1еских заготовок. Так, например, время до разрушения при 760 С, (г = 700 МПа увеличивается от 5 ч при обычном литье до 400 ч для металла с направленной кристаллизацией и до 19(Ю ч для монокристаллических заготовок длительная пластичность в то же время увеличивается от 0,5 до 13 и 14,3% соответственно. Ниже приводятся некоторые данные, иллюстрирующие влияние ориентации на характеристики жаропрочных сплавов. [c.243] Примечание. В числителе характеристики для [001], в знаменателе - для [И1]. [c.244] Вернуться к основной статье