Journals →  Цветные металлы →  2011 →  #12 →  Back

Композиционные материалы и многофункциональные покрытия
ArticleName Технологические принципы горячего изостатического прессования монокристальных лопаток авиационных двигателей из жаропрочных никелевых сплавов
ArticleAuthor Береснев А. Г., Разумовский И. М., Маринин С. Ф., Тихонов А. А., Бутрим В. Н.
ArticleAuthorData

Институт новых металлургических технологий (ИНМТ), ОАО «Композит»

А. Г. Береснев, ген. директор, e-mail: info@kompozit-mv.ru;

И. М. Разумовский, гл. науч. сотр.;

С. Ф. Маринин, нач. лаборатории ИНМТ;

А. А. Тихонов, гл. науч. сотр. ИНМТ;

В. Н. Бутрим, директор.

Abstract

Развита концепция диффузионного растворения пористости усадочного происхождения в монокристаллах жаропрочных никелевых сплавов в процессе ГИП, позволяющая минимизировать пластическую деформацию и склонность структуры к рекристаллизации. Предполагается, что механизм вакансионного растворения пор является эффективным для залечивания пористости в том случае, когда обеспечивается сток вакансий на внешнюю поверхность. Для этого диффузионный путь вакансий в микроструктуре должен быть близок к характерному геометрическому размеру обрабатываемой детали (толщине поперечного сечения пера лопатки). Проведены оценки влияния давления всестороннего сжатия при ГИП и дефектов микроструктуры на диффузию вакансий в жаропрочных сплавах. На основе предложенных принципов ГИП разработан двухступенчатый режим ГИП монокристаллических лопаток из жаропрочного никелевого сплава ЖС32, при котором не наблюдается рекристаллизации, происходит существенное уменьшение усадочной пористости и повышение комплекса жаропрочных свойств, включая сопротивление ползучести и усталости. Применение этого режима привело к увеличению долговечности монокристаллических образцов из сплава ЖС32 при температуре 1000 оС под нагрузкой 245 МПа от 167 (без ГИП) до 213 ч. Обработка лопаток с монокристаллической структурой из сплава ЖС32 по двухступенчатому режиму ГИП обеспечила повышение усталостной прочности лопаток на базе 2·107 циклов со 147 до 186–206 МПа.

Авторы выражают глубокую благодарность сотрудникам лаборатории исследования процессов ГИП ИНМТ ОАО «Композит», совместно с которыми получено большинство представленных в данной работе результатов. С благодарностью отмечают многолетнее сотрудничество с А. Г. Падалко, заведующим Лабораторией физикохимии баротермических процессов ИМЕТ им. А. А. Байкова РАН. Авторы признательны также коллегам из ОАО «НПО «Сатурн» Ю. Н. Шмотину, В. Н. Крылову, А. И. Виноградову и В. А. Кочеткову, коллегам из ОАО «ММП им. В. В. Чернышева» К. Б. Вертию и О. А. Буценко, которые помогали в организации исследований и способствовали проведению испытаний лопаток ГТД в заводских условиях.

keywords Горячее изостатическое прессование, литейные жаропрочные никелевые сплавы, монокристаллы, лопатки газотурбинных двигателей, диффузия, усадочная пористость, механические свойства
References

1. Литейные лопатки газотурбинных двигателей : сб. / под ред. Е. Н. Каблова. — Москва : МИСИС, 2001. — 632 с.
2. Шалин Р. Е., Светлов И. Л., Качанов Е. Б., Толорайя В. Н., Гаврилов О. С. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов. — М. : Машиностроение, 1997. — 336 с.
3. Epishin A., Link T., Nazmy M., Staubli M., Klingelhoffer H., Nolze G. Microstructural degradation of CMSX-4 : kinetics and effect on mechanical properties. Superalloys 2008 // TMS. 2008. P. 725–731.
4. Падалко А. Г. Практика горячего изостатического прессования неорганических материалов. — М. : ИКЦ «Академкнига», 2007. — 267 с.
5. Логунов А. В., Маринин С. Ф., Поклад В. А., Разумовский И. М. Высокотемпературное газостатическое уплотнение монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов // Технология легких сплавов. 2005. № 1–4. С. 71–77.
6. Логунов А. В., Тихонов А. А., Маринин С. Ф., Береснев А. Г., Разумовский И. М., Шмотин Ю. Н., Виноградов А. И., Новиков А. С., Вертий К. Б. Газостатическое уплотнение лопаток с монокристаллической структурой из сплава ЖС32 // Материаловедение. 2011. № 3. С. 38–45.
7. Golovanov V. I., Larionov V. N., Logunov A. V., Marinin S. F., Poklad V. A., Razumovskii I. M., Tikhonov A. A. Densification of Ni-based Superalloy Single Crystals through HIP // Proc. of the 2005 International Conference on Hot Isostatic Pressing. — Paris, 2005. P. 199–203.
8. Humphreys F. G., Hatherly M. Recrystallization and Related Annealing Phenomena. — New York : Pergamon Press, 1996.
9. Lindsly B., Pierron X. Sub-Solvus Recrystallization Mechanisms in UDIMET and Alloy 720LI // TMS. 2000. P. 59–68.
10. Bond S. D., Martin J. W. Surface Recrystallization in a Single Crystal Nickel-Based Superalloy // Mater. Sci. 1984. Vol. 19. P. 3867–3872.
11. Khan T., Caron P., Nakagawa Y. G. Mechanical Behavior and Processing of DS and Single Crystal Superalloys // J. Metals. 1986. № 7. P. 16–19.

12. Paul U., Sahm P. R., Goldschmidt D. Inhomogeneities in Single-Crystal Components // Mater. Sci. and Engineering A. 1993. Vol. 173. P. 49–54.
13. Pat. 5413648 US. Preparation of Single Crystal Superalloys for Post-Casting Heat Treatment // Salkeld R. W., Field T. T., Ault E. A. ; publ. 09.05.1995.
14. Burgel R., Portella P. D., Preuhs J. Recrystallization in single crystals of nickel base superalloys // TMS. 2000. P. 229–238.
15. Pat. 5573609 US. Hot isostatic pressing of single crystal superalloy articles / Fritzemeier L. G. ; publ. 12.11.1996.
16. Pat. 4743312 US. Method for preventing recrystallization during hot isostatic pressing / Eridon J. M., Dalal R. P. ; publ. 10.05.1988.
17. Бокштейн С. З., Гинзбург С. С., Кишкин С. Т., Разумовский И. М., Строганов Г. Б. Авторадиография поверхностей раздела и структурная стабильность сплавов. — М. : Металлургия, 1987. — 272 с.
18. Лифшиц И. М., Слезов В. В. О кинетике диффузионного распада пересыщенных твердых растворов // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1958. Т. 35, № 2. С. 479–492.
19. Бокштейн С. З., Болберова Е. В., Кишкин С. Т., Костюкова Е. П., Мишин Ю. М., Разумовский И. М. Особенности диффузии в границах зерен никелевых сплавов, полученных методом направленной кристаллизации // Физика металлов и металловедение. 1984. Т. 58, № 1. С. 189–191.
20. Бокштейн С. З., Гинзбург С. С., Кишкин С. Т., Разумовский И. М. Диффузия по границам фаз (обзор) // Поверхность. Физика, химия, механика. 1984. № 1. С. 5–19.
21. Пат. 2380454 РФ. Способ обработки отливок с монокристаллической структурой из жаропрочных никелевых сплавов горячим изостатическим прессованием / Тихонов А. А., Маринин С. Ф., Разумовский И. М., Логунов А. В., Крылов В. Н., Виноградов А. И., Кочетков В. А., Новиков А. С., Вертий К. Б. ; заявл. 11.06.2008 ; опубл. 27.01.2010, Бюл. № 3.
22. Razumovskii I. M., Ruban A. V., Razumovskii V. I., Logunov A. V., Larionov V. N., Ospennikova O. G., Poklad V. A., Johansson B. New generation of Ni-based superalloys designed on the basis of first-principles calculations // Mater. Sci. and Engineering A. 2008. Vol. 497. P. 18–24.

Language of full-text russian
Full content Buy
Back