Процесс направленной кристаллизации

Рис. 205. Схема процесса направленной кристаллизации структуры лопатки

Поскольку обе твердые фазы растут одновременно перпендикулярно поверхности раздела расплав — твердое тело, они фактически параллельны друг другу. Таким образом, сам процесс направленной кристаллизации эвтектики обеспечивает развитие направленной микроструктуры. [c.356]

Эвтектическими композиционными материалами (ЭКМ) называются сплавы эвтектического или близкого к эвтектическому состава, в которых упрочняющей фазой служат ориентированные кристаллы, образующиеся в процессе направленной кристаллизации. [c.359]

В 1960-х и 70-х гг. появились первые работы [1, 2], показавшие, что можно свести к минимуму напряжения, действующие на слабые границы зерен при повышенных температурах, если выстроить эти границы параллельно оси главного действующего напряжения тем самым можно затормозить зарождение разрушения и увеличить долговечность сплавов в условиях ползучести. Обычно процесс направленной кристаллизации используют для того, чтобы сориентировать границы зерен параллельно направлению кристаллизации. В результате формируется микроструктура, состоящая из столбчатых зерен, и все они параллельны направлению кристаллизации (как в стойке для тростей). У каждого из этих зерен низкомодульное направление <001> ориентировано параллельно оси зерна, но в пределах зоны <001> кристаллографические направления могут меняться как угодно. Путем небольшого изменения процесс направленной кристаллизации приспособлен для получения монокристаллических изделий, вообще не содержащих границы зерен [3—5]. При таком состоянии суперсплавов их низкомодульная кристаллографическая ориентировка <001> также параллельна направлению кристаллизации, а вторичная ориентация в плоскости, перпендикулярной направлению кристаллизации, носит случайный характер. Если пользоваться затравками, возможны другие главные и вторичные ориентировки. Три вида кристаллизации — при обычном литье, при получении структуры столбчатых зерен и выращивании монокристалла — представлены на рис. 7.1 тремя турбинными лопатками, которые были подвергнуты макротравлению. [c.240]

Изделия, полученные методом направленной кристаллизации со столбчатой структурой, или монокристаллические, обладают превосходным сопротивлением ползучести (из-за выстраивания межзеренных границ вдоль оси главного напряжения илн устранения межзеренных границ, перпендикулярных ей) и повышенным сопротивлением термической усталости (из-за формирования низкомодульной текстуры <001>). Преимущество направленно закристаллизованного материала перед обычным литьем обусловлено этими двумя особенностями структуры, возникающими именно благодаря процессу направленной кристаллизации. [c.240]

Процесс направленной кристаллизации [c.241]

Рис.7.2. Схема установки и процесса направленной кристаллизации [3]

Равноосные зерна и полосчатость. Чтобы направленно-закристаллизованные отливки были свободны от дефектов, параметры процесса направленной кристаллизации необходимо регулировать. Надо, например, предотвратить формирование равноосных зерен для этого от поверхности солидус в закристаллизованный металл посредством теплопроводности следует отводить достаточное количество тепла, чтобы теплота кристаллизации АЯ не накапливалась и не изменяла знака или направления температурного градиента в двухфазной грибообразной зоне над поверхностью солидус [9]. Это условие можно выразить через скорость кристаллизации R и теплопроводность Kj как [c.245]

Если скорость кристаллизации превышает уровень, обусловленный уравнением (7.1), будут образовываться равноосные зерна. Это условие ограничивает ту область на диаграмме взаимозависимости скорости кристаллизации и температурного градиента (рис. 7.5), где процесс направленной кристаллизации может успешно развиваться. Другим объектом [c.245]

Уравнение (7.2) представлено графически на диаграмме в координатах скорость роста — тепловой градиент (см. рис. 7.5), чтобы в совокупности с уравнением (7.1) показать границу области (заштрихованной), в пределах которой идет управляемый процесс направленной кристаллизации. [c.247]

Чтобы воздействовать на размер вторичных выделений у -фазы, влияющий на механические свойства, необходимо регулировать скорость охлаждения от температуры сольвус до той температуры, ниже которой огрубление частиц фазы потребует длительного времени, т.е. примерно до 1090 °С. Влияние скорости охлаждения от температуры гомогенизации на размер выделений у -фазы в сплаве PWA 1480, типичном представителе суперсплавов для монокристаллических отливок, иллюстрировано на рис. 7.7. Механические свойства определяются именно скоростью охлаждения от температуры гомогенизации (фактически от температуры сольвус), а не скоростью охлаждения в процессе направленной кристаллизации. Обычно для термической обработки на твердый раствор [c.255]

История технологического прогресса в металлургии такова, что любое усовершенствование производственных процессов, например, разработки и внедрение процесса направленной кристаллизации, сопровождаются разработкой новых сплавов, опирающейся на это усовершенствование. Так было с суперсплавами для изделий со столбчатой и монокристаллической микроструктурами. Основные особенности химического состава, отличающие друг от друга сплавы для направленной и для обычной кристаллизации, заключаются в том, что во-первых в суперсплавы для изделий со столбчатым зерном вводят Hf с целью предотвратить растрескивание при затвердевании, во-вторых, набор и содержание легирующих элементов в суперсплавах для монокристаллических изделий регулируют таким образом, чтобы температура начала плавления была выше температуры сольвус у -фазы в-третьих, со- [c.257]

Как бы то ни было, температура плавления никеля остается неизменной. Это значит, что есть предел улучшениям жаропрочности, которых можно ожидать от суперсплавов на никелевой основе. Возможно, что процессы направленной кристаллизации, разработанные для никелевых суперсплавов, удастся использовать при производстве изделий из жаропрочных сплавов других систем и повысить этим температурные пределы жаропрочности, достигнутые к настоящему времени. [c.276]

Эвтектическими композиционными материалами называют сплавы эвтектического или близкого к эвтектическому состава, в которых упрочняющей фазой выступают ориентированные кристаллы, образующиеся в процессе направленной кристаллизации. Ориентированная структура в сплавах эвтектического состава получается методами направленной кристаллизации (методы Чохральского, Бриджмена, зонной плавки). В отличие от обычных композиционных материалов, получаемых путем последовательного выполнения нескольких трудоемких технологических операций, эвтектические композиционные материалы получают за одну операцию. Ценно то, что на- [c.279]

Подробно процессы направленной кристаллизации сплавов эвтектического состава рассмотрены в гл. 15. [c.280]

Важным фактором обеспечения процесса направленной кристаллизации является создание максимального градиента температуры в заданном направлении роста зерна и минимального — в других направлениях. Отвод теплоты осуществляется с одного конца отливки. При этом холодильник (водоохлаждаемый, жидкометаллический и др.) располагается в определенном месте отливки. Остальная часть формы нагревается до температуры, превышающей температуру кристаллизации сплава. Осевой температурный градиент часто создается за счет изменения температуры камеры нагрева, перемещения холодильника с отливкой относительно источника теплоты или, наоборот, источника теплоты относительно кристаллизующейся отливки. [c.365]

В чем сущность технологического процесса направленной кристаллизации [c.371]

Какие типы структур сплавов могут формироваться в процессе направленной кристаллизации отливок [c.371]

Эвтектическими АМ называют материалы, полученные кристаллизацией из сплавов эвтектического состава, в которых армирующей фазой служат ориентированные волокна или пластинчатые кристаллы, образованные в процессе направленной кристаллизации. Направленную кристаллизацию осуществляют перемещением расплава в зону охлаждения с постоянным температурным градиентом (метод Бриджмена). Эвтектические КМ получают, создавая плоский фронт кристаллизации. Температурный градиент составляет 50...70 °С/см, в усовершенствованных конструкциях — до 500 °С/см. Если объемная доля армирующей фазы менее 12 %, образуется волокнистая структура, свыше 32 % — пластинчатая. С ростом объемной доли упрочнителя прочность эвтектических КМ повышается. [c.126]

Эвтектическими композиционными материалами называют сплавы эвтектического или близкого к эвтектическому состава, в которых упрочняющей фазой выступают ориентированные кристаллы, образующиеся в процессе направленной кристаллизации. Ориентированная структура в сплавах эвтектического состава получается методами направленной кристаллизации (методы Чохральского, Бриджмена, зонной плавки). В отличие от обычных композиционных материалов, получаемых путем последовательного выполнения нескольких трудоемких технологических операций, эвтектические композиционные материалы получают за одну операцию. Ценно то, что направленная ориентированная структура может быть получена на уже готовых изделиях. Это существенное преимущество эвтектических композиций по сравнению с другими технологиями получения композиционных материалов. [c.310]

Основные параметры процесса направленной кристаллизации-скорость продвижения фронта кристаллизации и температурный градиент трудно регулировать при методах, основанных на внепечной кристаллизации. Кроме того, эти способы не позволяют получать на всех сплавах отливки большой длины и поперечного сечения. [c.163]

Направленная кристаллизация. Этот метод кристаллизации (фракционирования), как и рассмотренные выше, возможен вследствие различия равновесных составов сосуществующих фаз при переходе вещества из одного агрегатного состояния в другое. Он основан на отводе теплоты от границы раздела фаз, что вызывает направленное передвижение фронта кристаллизации вдоль очищаемого образца. Это передвижение обеспечивают медленным перемещением зон нагрева и охлаждения (рис. 23-15, а). Процесс направленной кристаллизации наиболее рационально применять для глубокой очистки небольших количеств веществ, предварительно очищенных другими методами. [c.310]

Полагаем, что коэффициент диффузии в твердой фазе равен нулю, а на поверхности раздела фаз устанавливается равновесие (т.е. х = ау, где х и у-концентрации примеси соответственно в твердой фазе и расплаве). Примем также, что при перемещении в зоне расплава фронт кристаллизации вдоль образца остается плоским. Тогда уравнение материального баланса примесного компонента в процессе направленной кристаллизации в дифференциальной форме можно записать следующим образом [c.311]

К аналогичным результатам приводят и результаты испытаний на растяжение [4, 34] или на ползучесть при постоянной нагрузке [8] стержневого композита А1 — Al Ni. Образующаяся в процессе направленной кристаллизации поверхность раздела упрочнитель — матрица обеспечивает в этом композите эффективную передачу нагрузки от матрицы к армирующей фазе. Как и для системы AI — СиАЬ, прочность здесь может быть рассчитана на основе [c.258]

К искусственным относятся все композиты, nojTyn HHbie в результате искусственного введения армирующей фазы в матрицу, к естест-венны.м - сплавы эвтектического и близкого к ним состава. В эвтектических композитах армирующей фазой являются ориентированные волокнистые или пластинчатые кристаллы, образованные естественным путем в процессе направленной кристаллизации. [c.11]

Комбинированные методы представляют собой последовательное или параллельное применение первых трех методов. Волокна в большинстве jTV4aeB вводят в металлический композит в твердофазном состоянии за исключением эвтектических композиционных материалов, в которых армирующая фаза (волокна и пластины) образуется из расплава в процессе направленной кристаллизации эвтектик. [c.106]

Для эвтектического сплава Ni-Nb (11% об.) средняя прочность волокон - 586 кгс/мм . Эти же волокна, выделенные щтем растворения матрицы, и,мели прочность 1030 кгс/мм , что свидетельствует о высоком совершенстве нитевидных кристаллов, формирующихся в процессе направленной кристаллизации эвтектики (рис. 10.1). [c.129]

К недостаткам эвтектических композиционных материалов относятся повышенные требования к чистоте исходных материалов, зависимость свойств от скорости процесса направленной кристаллизации и ограниченная возможность измеиеник объемного содержания армирующей фазы, которое определяется в основном диаграммой состояния системы. [c.359]

Чтобы получить направленно закристаллизованные турбинные лопатки из сплава SM-200 (названного позднее MAR-M 200), в начале 60-х гг. [9] осуществили управляемую кристаллизацию. Процесс направленной кристаллизации (НК) был организован таким образом, что зерна, обладающие пониженным модулем упругости, росли в направлении продольной оси лопатки. Отсутствие в лопатке поперечных границ зерен в сочетании с пониженным модулем упругости привело к трехпятикратному превосходству по долговечности в условиях термической усталости над обычными отливками (с равноосным зерном) из литейных лопаточных сплавов вроде В-1900, Ren6 80, MAR-M 247. В конце 60-х гг. к сплаву MAR-M 200 добавили 2 % гафния [10]. Hf пластифицировал границы зерен, образовавшиеся при НК, усиливал благотворное влияние НК (предотвращал зернограничное растрескивание) и играл очень важную роль в улучшении пластичности сплава (осо- [c.171]

Получить из суперсплавов изделие со структурой в виде столбчатых зерен, выстроенных в заданном направлении, или со структурой монокристалла можно и с помощью твердофазного процесса [6]. Нашли, однако, что жидко-твердым процессом фазового превращения, характеризуемым более высокой энергией, управлять легче, чем процессом твердофазным. К тому же, при твердофазном процессе образующаяся текстура зависит от химического состава, тогда как при направленной кристаллизации желаемую ниэкомодульную текстуру, повышающую сопротивление термической усталости, можно получить вне зависимости от химического состава сплава. Поэтому промышленное применение получил только процесс направленной кристаллизации, н на нем будет сосредоточено все внимание в последующих разделах данной главы. [c.240]

Монокристаллическую отливку получают, вставив поверх блока, зарождения зерен дополнительную геликоидную конструкцию она служит в качестве фильтра, который пропускает сквозь себя лишь одно ра стуш,ее зерно. Это происходит потому, что суперсплавы затвердевают посредством роста денд-ритов. Каждый дендрит имеет возможность расти только в трех взаимно перпендикулярных направлениях <001>. Меняющееся непрерывно направление геликоида в сочетании с ортогональной природой дендритного роста мало-помалу пресекает рост всех, кроме одного наиболее удачно ориентированного и расположенного зерна в результате из вершины геликоида исходит монокристалл (рис. 7.3). Это избранное зерно и заполняет в дальнейшем полость оболочки таким же образом, как при отливке на структуру столбчатых зерен. Получается монокристаллическая отливка лопатки с ориентировкой монокристалла <001> (см. правую лопатку на рис. 7.1). В настоящее время вышеописанный процесс направленной кристаллизации используют для производства в промышленных количествах отливок полых турбинных лопаток со столбчатой структурой и монокристаллических. [c.242]

Процесс направленной кристаллизации позволяет выращивать монокристаллические отливки любой ориентировки. Как правило, монокриста ллические лопатки отливают с ориентировкой <001> вдоль оси лопасти, выше эта операция уже описана. Однако, если воспользоваться кристаллами-затравками, можно с помощью процесса, иллюстрированного на рис. 7.2, получить любую ориентировку. Кристалл-затравка должен быть изготовлен из сплава, который выбран для выращивания отливки, или из сплава с той же или более высокой температурой плавления. Кристалл располагают таким образом, чтобы его кристаллографическая ориентировка повторилась в изделии, которое заполнит пространство изложницы. Местом установки затравки служит холодильник, а температуру вершины затравки регулируют таким образом, чтобы затравка не расплавлялась полностью. Тем самым расплаву в изложнице обеспечена возможность затвердевать в кристаллографической ориентировке, которой обладает сристалл-затравка. [c.243]

Будут разрабатывать монокристаллические суперсплавы с более высокими характеристиками прочности и жаропрочности, чем у сплавов, применяемых в настоящее время. Сплавы для отливок со столбчатой микроструктурой также будут улучшены (путем изменения и оптимизации хвмического состава и микроструктуры), однако по жаропрочности они всегда будут уступать монокристаллическим суперсплавам. Последнве, по-видимому, допускают дальнейший рост содержания тугоплавких легирующих элементов для повышения длительной прочности. Чтобы улучшить стойкость против окисления и горячей коррозии, будут использовать добавки химически активных элементов. Усовершенствуют процесс направленной кристаллизации сплавов с целью его удешевления и повышения качества продукции. Усовершенствование методов термической обработки и горячего изостати-ческого прессования также приведет к увеличению работоспособности сплавов направленной кристаллизации. [c.276]

Прочность самой г -фазы и, следовательно, упрочняемых ею сплавов зависит от температуры. В зависимо< ти от химического состава предел текучести у -фазы достигает пиковых значений при 704-760 °С. Выше этих температур прочность у -фазы снижается, а содержащие ее сплавы проявляют склонность к быстрой потере прочности по мере того, как температура приближается к 980 °С. Для столь высоких температур разработаны другие механизмы упрочнения, позволяющие обойтись без участия выделений у -фазы, образующихся по реакции старения. С этой целью исследованы процессы направленной кристаллизации эвтектик, содержащих такие фазы, как NijAl, Nij o, ТаС и rj j. После направленной кристаллизации эти структуры в идеале состоят из параллельных друг другу равномерно распределенных в объеме матрицы интерметаллидных или карбидных волокон. Для некоторых сплавов провели дополнительное легирование, чтобы упрочнить эту матрицу старением по у -фазе. Эти материалы обладали хорошей длительной прочностью при высоких температурах, но их промышленное применение сдерживалось необходимостью сохранять низкие скорости кристаллизации, необходимые для получения оптимальной морфологии волокон. [c.335]

Для получения отливок с высокими эксплуатационными свойствами, работающих при высоких температурах и напряжениях, используется процесс направленной кристаллизации. Этот способ позволяет получать отливки со структурой дендритных столбчатых зерен, ориентированных вдоль действующих максимальных рабочих напряжений в деталях, а также - монокристаллические отливки. При изготовлении отливок ответственного назначения из никелевых жаропрочных сплавов, склонных к окислению и поглощению газов, широко используются плавка и литье в вакууме в подофетые литейные формы. [c.212]

При высоких температурах ( 1300°С) деформационные процессы в большей степени реализуются по границам зерен посредством межзеренного скольжения и диффузионной ползучести, а разрушение имеет межкрйстал-литный характер. Поэтому устранение (или значительное уменьшение протяженности) в процессе направленной кристаллизации поперечных границ зерен (являющихся очагами зарождения трещин) за счет образования столбчатой или монокристаллической структуры делает возможным одновременное повышение длительной прочности, пластичности и сопротивления теп-лосменам высокотемпературных жаропрочных сплавов. [c.360]

В процессе направленной кристаллизации могут возникать дефекты структуры, имеющие характер ликвационного происхождения зональная ликвационная полосчатость (обусловлена накоплением на поверхности отливки элементов с малой плотностью — алюминия, титана и др.) и наличие поверхностных карбидов типа МбС (на основе NiзWз ). [c.364]

Подробное исследование структурных изменений в эвтектике Ni — NisAl—NiaNb в результате термообработки приведено в работе Бок-штейн С. 3., Василенок Л. Б., Кишкин С. Т. Формирование микроструктуры эвтектики у1у — в процессе направленной кристаллизации и после термообработки. — ФММ, 1975, т. 40, вып. 3. (Прим. ред.). [c.124]

В настоящем разделе мы рассмотрим следующие вопросы 1) что определяет соотношение между размерами зон равноосных я столбчатых кристаллов 2) что определяет размеры зерна в этих зонах 3) какова степень химической ликвации 4) как образуются включения. Для того чтобы получить ответы на эти вопросы, мы рассмотрим процесс направленной кристаллизации полубеско-нечного слитка. [c.214]

Рассмотрен нестационарный процесс направленной кристаллизации при условии движения поддона с произвольной скоростью и поддержания постоянного уровня жидкого металла. Температурное поле в поддоне и твердой фазе получено методом конечных интегральных преобразований. Для нахождения закона миграции фронта кристаллизации и распределения температуры в жидкой фазе использован метод интеграла теплового баланса. Библ. 6 назв. Илл. 1. [c.404]

Ориентированная композитная микроструктура в отливках из эвтектических сплавов ( юрмируется в процессе направленной кристаллизации при условии плоского фронта роста фаз, т.е. при отсутствии концентрационного переохлаждения расплава перед фронтом роста фазы, контролирующей кристаллизацию. [c.63]

Следует отметить, что в зависимости от метода кристаллизации литых жаропрочных сплавов применяют различные виды термообработки. Так, сплав ЖСбК с равноосной ст к- рой иноща применяют в литом состоянии - термическая ооратотка не проводится его структура формируется в процессе охлаждения отливок. Для уменьшения степени ликвации литые сплавы направленной кристаллизации подвергают гомогенизации. Она способствует более полному растворению грубых выделений 9 -фазы, образовавшихся в процессе направленной кристаллизации. В результате обеспечивается некоторое повышение длительной прочности. [c.252]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...