Монокристаллическое литье

Критическая проблема газотурбинных двигателей- создание рабочей охлаждаемой лопатки, работающей в условиях наиболее жесткого воздействия температуры, циклических и термоциклических напряжений, активной коррозионной и окислительной среды, решается за счет изготовления лопаток из суперсплавов с направленной и монокристаллической структурами, а также специальными видами защитных покрытий. Применение технологии монокристаллического литья и разработку специально легированных монокристаллических сплавов позволили повысить рабочую температуру на металле лопаток на 80-120 °С по сравнению с лопатками из сплавов с равноосной структурой. Температура газа перед рабочей [c.9]

Технологические основы монокристаллического литья. Существует много методов выращивания монокристаллов. Ряд методов по- [c.367]

Постепенное повышение температуры газа перед турбиной до Т = 1200 К шло в основном благодаря улучшению жаростойкости и жаропрочности материалов и составляло примерно 8—10° в год (рис. 4.17). Разработка конструкций лопаток с охлаждением позволила повысить Т сразу примерно на 100°, а дальнейшее совершенствование конструкции, использование новых литейных сплавов и технологических приемов литья с направленной кристаллизацией, монокристаллического литья обеспечило темп роста Т примерно по 15. .. 20° в год. [c.156]

Сопловые и рабочие охлаждаемые лопатки изготавливаются по различным технологическим процессам. В настоящее время распространенной технологией изготовления для лопаток высокотемпературных ступеней стационарных газовых турбин стало точное литье полых лопаток по выплавляемым моделям из высокопрочных сплавов на никелевой (или кобальтовой) основе. Технология, ранее разработанная и широко применяемая в авиационном газотурбостроении, позволяет реализовать направленную кристаллизацию в лопатках и получение монокристаллических литых лопаток. [c.406]

В зависимости от интенсивности отвода тепла при кристаллизации в литейных формах структура литых отливок может быть равноосной, направленной, монокристаллической, формируемой из дендритов с кристаллографической ориентацией (001). [c.416]

Освоение технологии литья деталей лопаток ГТД с монокристаллической структурой [c.424]

Рассмотрим жаропрочные сплавы серии ЖС6 для использования их для литья лопаток с монокристаллической структурой. [c.429]

Новый жаропрочный сплав для литья лопаток с монокристаллической структурой формировался по химическому составу с учетом двух факторов. [c.429]

Известно, что при направленной кристаллизации достигается столбчатая или монокристаллическая макроструктура отливок. Обычно границы зерен в металле расположены неупорядоченно, что ослабляет его, особенно при переменных тепловых нагрузках. Поэтому стремятся выправить в отливке границы зерен в продольном направлении. Это достигается в значительной степени в процессе литья за счет направленной кристаллизации отливок [78]. При такой кристаллизации уменьшается также пористость литых деталей и удаляются вредные примеси. [c.113]

Литые магнитотвердые материалы — это в основном сплавы на основе Fe—А1—Ni, Fe—Al—Ni— o. Марки сплавов, химический состав, тип кристаллической структуры (равноосная, столбчатая, монокристаллическая), наличие магнитной анизотропии регламентированы ГОСТ 17809—72. Свойства сплавов приведены в табл. 36. Сплавы используют для магнитов измерительных приборов, автоматических и акустических устройств, электрических машин, магнитных муфт, опор, тормозов. [c.537]

Когда 14 лет назад был написан первый вариант этой главы, то там некоторые технологические процессы рассматривались как многообещающие при условии проведения дополнительных исследований. С того времени был достигнут значительный прогресс в области разработки новых технологий и материалов, среди которых следует отметить 1) создание оверлейных и теплозащитных покрытий для суперсплавов разного типа, работающих в различных условиях 2) создание литейных и деформируемых материалов с регулируемым размером зерна для турбинных дисков 3) разработку специальных сплавов для получения монокристаллических отливок 4) разработку процесса крупносерийного литья для изготовления из суперсплавов дисков для турбонагнетателей 5) разработку стандарта по контролю за содержанием вредных примесных элементов. В то же время это предсказание, как и многие другие, частично не оправдалось и некоторые пер- [c.325]

Появление современных методов выплавки монокристаллов стало возможным в результате разработки эффективных способов удаления бора, углерода и циркония из состава сплавов [4,5]. Производство переплавленных заготовок чистых сплавов требует более точного контроля за содержанием этих элементов, чем в исходных суперсплавах. Дальнейшие этапы разработки монокристаллических сплавов будут включать в себя создание сплавов с рением, обладающих повышенным сопротивлением ползучести [11,12], и сплавов с небольшими добавками гафния и иттрия, обеспечивающих максимальную стойкость этих сплавов к окислению [6]. В этом случае для предотвращения окисления химически активного иттрия (или La, который, опираясь на опыт его успешного применения для увеличения стойкости к окислению деформируемых" сплавов, также может рассматриваться как возможный легирующий элемент) потребуется очень строгое соблюдение как режимов выплавки лигатуры, так и параметров самого процесса точного литья [13]. [c.334]

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]

На рис. 10.11 сопоставлены данные по сопротивлению термической усталости у нескольких суперсплавов, в том числе после обычного литья, после направленной кристаллизации и с применением некоторых покрытий [44]. Все термоциклы выполнены погружением в кипящие слои при 316 и 1088 °С с выдержкой по 3 мин в каждом слое. На рисунке отсутствуют сведения о новейших сплавах, применяемых в монокристаллическом состоянии. Тем не менее можно ви- [c.359]

Назначение. Для литья лопаток ГТУ с монокристаллической структурой и интегральных колес турбонаддува дизелей. [c.570]

Достаточно широко используемая при литье по выплавляемым моделям (благодаря термостойкости и прочности высокоогнеупорных оболочковых форм) направленная кристаллизация отливок из различных сплавов, в том числе и из жаропрочных (см. гл. 15), обеспечивает формирование столбчатой и монокристаллической структуры с высоким уровнем физико-механических и других эксплуатационных свойств. [c.334]

Технология прецизионного вакуумного литья обеспечивает изготовление полых лопаток со сложной системой охлаждающих каналов. Для уменьшения и предотвращения дефектов материала на границах зерна применяются лопатки с направленной кристаллизацией и монокристаллические лопатки. Получаемые при этом преимущества по прочности обеспечивают возможность повышения допустимой температуры поверхности лопаток на 25 °С при направленной кристаллизации и на 50 °С — при монокристаллах (в итоге эта температура достигает 950 °С). [c.101]

Еще большая жаропрочность и сопротивление усталости может быть достигнута при использовании литых монокристаллических лопаток. [c.584]

Максимальное наведенное двулучепреломление наблюдалось в случае, когда электрическое поле было приложено по оси х кристалла, а свет распространялся по оси у (расположение кристаллографических осей относительно монокристаллической пластины, получающейся при выращивании кристалла, показано на рис. 33). Этот эффект характеризуется разностью ( ц - и Гз,)/2. Измеренное значение этой разности равно (270 50) 10" м/В. Это очень большая величина. Для сравнения укажем, что эквивалентная величина ( з зз — i з)/2 для ниобата лития составляет лишь 95 1(Г м/В, а максимальная эквивалентная величина для л<ега-нитроанилина, п г г 2з)1 2, составляет 78 10" м/В. [c.143]

Состоялся прогноз и по использованию рения в качестве наиболее эффективного легирующего элемента в жаропрочных сплавах. Разработан ряд литейных жаропрочных сплавов для монокристаллического литья ( MSX-2, ЖС-32), которые по температурному уровню работоспособности приближаются к эвтектическим жаропрочным сплавам. [c.10]

Монокристаллические отливки получают как из традиционных, так и специально разработанных для данного процесса сплавов. При создании новых сплавов для монокристаллического литья нет необходимости вводить в них элементы, упрочняющие границы зерен (С, В, Hf, Zr, РЗМ), поскольку не существует большеугловых границ. Поэтому в безуглеродистых сплавах отсутствуют карбиды и остаются только у- и у -фазы. Дальнейшее повышение стабильности сплава (т. е. повышение температур солидуса и полного растворения у -фазы) может быть достигнуто оптимальным его легированием тугоплавкими металлами (W, Та, Re, Мо) и у -стабилизаторами (Ti, Та). Это приводит к существенному торможению контролируемых диффузией высокотемпературных процессов, в том числе коагуляции у -фазы. Важная роль при легировании уделяется рению (до 3%), в основном располагающемуся в у-твердом растворе. Содержащие рений сплавы (например, ЖС36) отличаются более узким интервалом кристаллизации. Так, температуры ликвидуса, солидуса и полного растворения у -фазы в сплаве ЖС36 равны соответственно 1409, 1337 и 1295 °С. Снижение содержания хрома (а следовательно, и жаростойкости) компенсируют добавками Hf и Y, образующими на поверхности плотные жаростойкие оксидные пленки. В связи с применением направленной кристаллизации значительно расширились возможности использования экономно легированных жаропрочных сплавов на основе интерметаллида №зА1. Так, например, установлено, что отливки из этих сплавов с монокристаллической структурой и кристаллографической ориентацией [111] обладают оптимальным сочетанием физико-механических свойств при температурах до 1200 °С высокими показателями жаропрочности, термоусталостной прочности и жаростойкости. [c.367]

Рис. 15.5. Разновидности селекторов, используемых в монокристаллическом литье а — размерный ограничитель б — ступенчатый ( прямой угол ) в — спиральный (геликоидный) г — угловой 1 — стартер 2 — селектор (литник)

I. Методы монокристаллического литья, основанные на конкурентном росте столбчатых зерен. Конкурентный рост зерен основан на приоритетном сохранении растущих с наибольшей скоростью столбчатых кристаллов, ориентированных в направлении [001], При получении монокристаллических деталей на установках с водоохлаждаемым холодильником на практике используют эффект резкого сужения формы, благодаря чему из многих кристаллитов, зарождающихся на поверхности холодильника, отбирают единственный кристаллит, который первым достигнет этого сужения, В данном случае используется размерный ограничитель столбчатой структуры (размер поперечного сечения зерна столбчатой структуры значительно больше мундштука ограничителя, рис. 15.5, а). При прохождении поверхности кристаллизации через идущий вверх канал — селектор (ступенчатый — прямой угол , угловой — наклонный, спиральный — геликоидный, см. рис. 15.5, б—г) обеспечивается строгая ориентагщя преимущественного направления роста кристаллов (кристаллографическое направление [001]) вдоль оси селектора, поскольку кристаллы с другой ориентацией, упираясь в стенку наклонно или перпендикулярно идущему каналу, прекращают свое развитие. Вырастающий из литника-селектора кристалл является зародышем будущей моногфисталлической отливки. Ускорение процесса отбора зерна достигается при размещении начальных сечений литниковой системы (стартера, литников-селекторов) существенно ниже сечения детали (рис. 15.6). В процессе роста дендриты должны несколько (3—4) раз поменять свое направление до того, как соединиться с сечением изложницы. Этим обеспечивается рост лишь одного зерна с кристаллографическим направлением [001]. Для получения отливки используют керамическую оболочковую форму, изготовленную по выплавляемой модели. Отливка (рис. 15.6) вместе с [c.368]

Однако проблемы литья лопаток с монокристаллической структурой зависели от результатов научных разработок и экспериментально-производственных испытаний. Эти проблемы решались на ОАО УМПО в 1970 - 1995 гг. с учеными ВИАМ, НИИДа, совместно с заводскими специалистами. [c.425]

Однако следует отметить, что без участия заводских специалистов мотогюстроительных предприятий технологаческий процесс освоения литья лопаток с направленной и монокристаллической структурой не имел бы положительных результатов. Авторами данной монографии доработаны конструкторская документация и технологические процессы и, кроме того, в них внесено ряд изменений. [c.429]

Благодаря разработкам в области технологии литья улучшены служебные свойст ва изделий из суперсплавов, расширены возможности придания изделиям требуемой формы, открыты пути для использования новых сплавов. К числу новых разработок в области литейного процесса относятся технологии производства изделий монокристаллических и с мелкозернистой равноосной структурой, эвтектических композитов in situ, сдвоенных отливок. К последнему процессу обращаются в том случае, когда предстоит изготовить сборку из двух или большего числа литейных деталей (сЛычно из сплавов различного состава), находящихся в тесной механической или металлургической связи. Особенно интересен процесс изготовления турбинных дисков и сопел. Присоединение отливок [c.192]

Стойкость этого сплава в уловиях малоцикловой усталости выше, чем литого никелевого суперсплава Rene 80 при 871 °С. Более высокопрочный сплав Nita -14B по своему сопротивлению малодикловой усталости превосходит многие суперсплавы, включая и монокристаллический сплав U-700 [27]. [c.302]

Нанвысшей жаропрочностью обладают те изделия из суперсплавов, которые получены направленной кристаллизацией, — со столбчатым зерном или в виде монокристаллов. Поэтому направленная кристаллизация суперсплавов находит широкое применение при изготовлении турбинных лопаток — изделий, которые требуют от суперсплавов наилучших высокотемпературных свойств. Есть два главных обстоятельства, которые обусловливают превосходство суперсплавов в изделиях, полученных направленной кристаллизацией, над суперсплавами в изделиях, полученных обычным литьем. Первое обстоятельство заключается в том, что выстраивание границ зерен вдоль оси действующего напряжения и устранение границ зерен, перпендикулярных этой оси (в случае монокристаллических изделий — полное устранение границ зерен), приводит к увеличению пластичности при повышенных температурах, поскольку подавляет роль границ зерен как [c.239]

Рис.7.16. Диаграмма, показывающая, что суперсплавы направленной кристаллизации [монокристаллические ( ) и со столбчатыми зернами Ь)] превосходят суперсплавы обычного литья (i) по долговечности (jNf) в условиях термической усталтети. Испытаны образцы с алюминидным покрытием Т ах Ю38 °С,

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]

Преимуществами данного способа литья являются возможность получения отливок сложной конфигурации использование практически любых сплавов высокое качество поверхности и точность размеров отливок минимальные припуски на механическую обработку обеспечение качествегаой равноосной, столбчатой и монокристаллической структуры с высоким уровнем эксплуатационных свойств. [c.335]

Рис. 15.7. Схема керамической формы для монокристаллическо-го литья лопатки от затравки

Некоторые современные предприятия — изготовители постоянных магнитов в России используют наравне с общепринятым обозначением марок так называемые торговые марки. Пример обозначения магнитов ЛМ 7,2/40 — литой магнит с максимальной удельной энергией (ВН) акс .2 кДж/м > 40кА/м. Литые магниты имеют равноосную кристаллическую структуру, а магнит марки ЛМ 84/118 (ЮНДКТ5АА) — монокристаллическую. [c.147]

При температурах релаксации выше 450 °С релаксационная стойкость пружинных сталей становится недостаточной В этом случае можно применять сплавы (например, Х25Н25Т) в монокристаллическом состоянии Монокристал-лические пружинные материалы используют в литом и деформированном состояниях Уровень прочностных свой ств и релаксационная стойкость деформированного моно-кристаллического сплава зависит от кристаллографической ориентировки монокристалла и текстуры деформации На [c.217]

При использовании метода монокристалличе-ского затвердевания, как и при направленном росте, в течение всего цикла кристаллизации температура жидкой фазы должна быть вьппе температуры ликвидуса. Для вьфащивания монокристаллов используют метод затравок или метод селективного роста. Сложность получения монокристалла состоит в том, что лишь одно из многих зерен, которые зарождаются на поверхности кристаллизатора, должно прорасти через всю годную часть отливки. Чтобы сохранилось одно зерно растущий кристалл должен несколько раз поменять направление, прежде чем войдет в полезное сечение изложницы (рис. 12.9). Качество монокристаллических лопаток зависит от химического состава сплава и жесткого соблюдения технологического режима литья по выплавляемым моделям в полностью автоматизированных вакуумных печах. [c.584]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...