Cтраница 1
Большинство суперсплавов производят, комбинируя вакуумную индукционную выплавку с электродуговым или с электрошлаковым переплавом, - приемы, разработанные в 1950 - х и 1960 - х гг. Процессы переплава были усовершенствованы; управление ими позволило добиться хороших результатов в ограничении макросегрегации и снижении микросегрегации. Сейчас, чтобы еще успешнее управлять главными процессами выплавки, стремятся выяснить возможности двойного вакуумного электродугового переплава с расходуемым электродом, а также рафинирования путем электронно-лучевого переплава на холодном поду или плазменного переплава. Это новые разработки, они сочетают различные процессы выплавки, чтобы достичь максимально высокого качества продукции. [1]
Литье большинства суперсплавов проводят под вакуумом, чтобы избежать окисления присутствующих в их составе химически активных элементов. На воздухе отливают некоторые сплавы на кобальтовой основе, для этого используют индукционные печи или дуговые перекатные печи с непрямым нагревом. Вакуумное литье изделий с расчетом на формирование равноосной микроструктуры обычно выполняют на установке, состоящей из двух камер, каждая из них вакуумирована, камеры разделены заслонкой или клапаном. [2]
При изготовлении большинства суперсплавов требуется комплексное управление содержанием нескольких ( от 8 до 20) элементов с целью удержать его в узких пределах или не выпустить за максимальный допустимый уровень. Чтобы выполнить эти требования, необходимы крайняя аккуратность в расчетах шихты и приготовлении навесок, высококвалифицированная прогнозная оценка степени удержания различных элементов в готовом сплаве. Содержание многих легирующих элементов, например углерода, циркония и бора должно быть весьма малым, и его по различным причинам также нужно поддерживать в заданных узких пределах. [3]
Никель является основой большинства суперсплавов, разработанных для деталей газовых турбин, поэтому именно он и используется наиболее часто в качестве матрицы в разрабатываемых композициях высокотемпературного назначения. [4]
Выбирают предельно высокую температуру, ограничивая ее уровнем, при котором еще не возникает плавление, но, если возможно, выше температуры сольвус для у - фазы. Большинство суперсплавов нагревают до 1200 - 1220 С при давлении 103 МПа. При таких условиях достаточно 4 - ч выдержки для завершения обработки. Если в сплаве содержится гафний, точка плавления понижена, и температуру снижают до 1185 С при соответствующем повышении давления до 174 МПа. Сплавы повышенной прочности MAR-M 247 и IN - 792Hf не реагируют на более низкие давления ( предпочтительные с экономической точки зрения) при разумной продолжительности цикла обработки. Применение горячего изостатического прессования в значительной мере снижает разброс в характеристиках длительной прочности. [5]
Этот переход ускоряется любым процессом, который снижает защитную способность слоя ВО, например испарением летучих оксидов ( как испарение СгО3 из Сг2О3), которое приводит к утонению защитного слоя или в результате механического эрозионного повреждения какими-либо частицами, либо за счет растрескивания и отслоения под действием приложенных или реактивных напряжений. Последняя из перечисленных причин особенна важна, так как большинство суперсплавов работает в условиях циклического изменения температуры, что сопровождается возникновением напряжения из-за разницы в термическом расширении между оксидным слоем и сплавом. Результаты термоциклирования проиллюстрированы рис. 11.4, где сопоставлены изменения массы сплава при изотермической выдержке и при термоциклировании. Скорость прироста массы сначала примерно одинакова при обоих режимах. Однако в конце концов у материала, подвергающегося термоцик-лированию, она достигает максимума и1 далее снижается. Этим снижением она обязана явлению откалывания оксидного слоя, которое фактически возникает из-за более интенсивного сгорания сплава. [6]
Аналогичные результаты были получены и на других сплавах с таким же, как и в В-1900, содержанием хрома, алюминия и молибдена. Протекание стадии развития горячей коррозии в несколько этапов возможно характерно для большинства суперсплавов. Если проводить сравнение стойкости суперсплавов к горячей коррозии до времени перехода разъедания к стадии развития, то определение этапов протекания этого процесса не обязательно. [7]
Чтобы предотвратить межзеренное растрескивание отливок со стержнями в процессе кристаллизации, в сплавы, предназначенные для изготовления изделий со столбчатым зерном, обычно добавляют Hf. В его присутствии меняется химический состав и морфология карбидных выделений. Когда содержание Hf превышает 1 %, выделения Hf С образуются в дополнение к смешанным карбидам МС, присутствующим в большинстве высокопрочных литейных суперсплавов. Тугоплавкие выделения HfC, по-видимому, образуются в расплаве, в отличие от смешанных карбидов МС, возникающих в жидко-твердой грибовидной зоне. Следовательно, частицы HfC равноосны и практически лишены атомов других металлов. Фаза смешанных карбидов содержит Hf совместно с Ti, Та, Nb или W в зависимости от того, какие элементы, образующие карбиды типа МС, присутствуют в сплаве. Будучи образованным в грибовидной зоне, смешанный карбид МС более склонен к приобретению дендритной формы, равноосная форма для него менее характерна, чем для карбида HfC, так как морфология карбида зависит прежде всего от теплового градиента в пределах грибовидной зоны и становится более дендритной, а частица - более крупной по мере того, как уменьшается тепловой градиент. Усталостная долговечность возрастает с уменьшением размера дефектов, поэтому предпочтительными являются более мелкие равноосные карбидные частицы и кристаллизация в условиях высокого теплового градиента. [8]
Выделения богатых хромом карбидов, образующиеся на границах зерен по реакции старения, могут вызвать сенсибилизацию1, поскольку вокруг себя обедняют по хрому матрицу и делают ее в этих зонах восприимчивой к коррозионному воздействию. Результаты коррозионных исследований наводят на мысль, что сенсибилизация возможна как следствие упрочняющей обработки старением, обычно применяемой по отношению к большинству суперсплавов. Для снижения степени сенсибилизации существует несколько способов. Продление времени старения позволяет развиться диффузии хрома обратно в обедненную хромом матрицу, которая окружает карбидные выделения. Варьируя режимы термической обработки, можно подавлять выделение карбидов М23С6 посредством связывания углерода с более мощными карбидообразователями и / или поддерживая на достаточно низком уровне содержание углерода в сплаве. Следует заметить, однако, что согласно исследованиям поведения сплавов 600 и Х-750 в водных средах реакторов на сжатой и кипящей воде присутствие выделений М23С6 и сенсибилизация в некоторых случаях могут сыграть благоприятную роль, поэтому устранение карбидов не всегда желательно. [9]
В процессе работы с некоторыми сплавами, особенно сплавами, содержащими гафний, разновидностью включений может стать дросс1; его появление может быть обусловлено уровнем вакуума в процессе переплава и литья, и действиями оператора, управляющего работой литейной печи. Перед самой разливкой можно обеспечить прилипание дросса к стенке тигля, в котором вели переплав, но успешность такого приема зависит от искусства оператора. В последние годы приложено немало усилий, чтобы понизить количество включений, вносимых различными источниками. В процессе изготовления большинство суперсплавов фильтруют сквозь сетчатую пенокерамику, содержащую 4 - 8 ячеек / см. В определенных случаях дополнительное фильтрование проводят в процессе литья. При литье ответственных деталей из таких сплавов, как INCO 718, содержащих множество химически активных элементов, фильтрование в большинстве случаев является обязательной стандартной операцией. [10]
Повышенная концентрация примесей, поступающих из расплава, и образование конденсата из летучих элементов на поверхности слитка нередко заставляют зачищать его поверхность перед горячей обработкой давлением. Невозможность выполнения этой операции может повредить горячей деформируемости слитка и существенно увеличить производственные потери. Как бы то ни было, слитки после вакуумно-дугового переплава уступают слиткам электрошлакового переплава по качеству поверхности. Практические навыки обработки давлением выработаны для большинства суперсплавов, и многие практики считают, что по горячей деформируемости слитки вакуумно-дугового переплава хуже слитков переплава электрошлакового. В определенных случаях это различие связано с качеством поверхности, но подповерхностная структура слитков, по-видимому, также играет свою роль. [11]
Преимуществом этого вида выплавки является то, что он лучше всех остальных известных методов позволяет управлять химическим составом в части сохранения нужных легирующих добавок и удаления нежелательных примесей. Расплав не контактирует с атмосферным водородом, кислородом и азотом. Из-за низкого давления некоторые реакции идут быстрее или достигают своего полного развития с большей вероятностью, нежели при атмосферном давлении. Индукционное перемешивание помимо гомогенизации расплава непрерывно переносит химически активные элементы на поверхность раздела расплав-вакуум, где и совершаются необходимые реакции рафинирования. Происходит активное улетучивание газообразных и малых примесей; это улучшает механические свойства большинства суперсплавов. [12]