Гайдук Сергій Валентинович. Дослідження впливу танталу на структуру і властивості сплаву ЗМІ-3У

brief description

Гайдук Сергій Валентинович. Дослідження впливу танталу на структуру і властивості сплаву ЗМІ-3У. : Дис... канд. наук: 05.02.01 2009

Гайдук С.В. Дослідження впливу танталу на структуру і властивості сплаву ЗМІ-3У. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.02.01 «Матеріалознавство». Запорізький національний технічний університет, Запоріжжя, 2008.
Дисертаційна робота присвячена визначенню оптимальних границь легування танталом сплаву ЗМІ-3У. В роботі розвинуто принципи модернізації сплаву ЗМІ-3У шляхом легування танталом і вивчення його впливу на структуру та властивості з метою підвищення комплексу службових характеристик. Показано, що кращі характеристики міцності в діапазоні температур 800-10000С було досягнуто в сплаві ЗМІ-3У з ~ 4% танталу за масою. Кращі параметри ВТК стійкості за температури 8500С в розтопі солей і синтетичній золі було досягнуто в сплаві ЗМІ-3У з ~ 3% танталу за масою. Враховуючи приорітет кращих показників міцності, технологічності та технічних вимог стосовно ширини діапазону легування елементами сплавів для спрямованої (моно) кристалізації, визначено, що оптимальні границі легування танталом сплаву ЗМІ-3У знаходяться у діапазоні (3,7 - 4,3%) за масою.
19

Проведений комплекс досліджень для визначення впливу танталу на структуру і властивості сплаву ЗМІ-3У, дозволив прийти до висновків:
1. При вмісті в сплаві ЗМІ-3У ~ 5% танталу за масою звужується інтервал кристалізації t1на 300С за рахунок зниження температури ліквідусу (tL) за стабільної температури солідуса (tS). Одночасно підвищуються температури початку (t.П..Р.g)і кінця (tК..Р.g)розчинення - фази, а також евтектичних перетворень (tЕВТ.) на 1100, 750і 500С відповідно. При цьому звужується температурний інтервал для проведення гомогенізації першого ступеня t2на 250С.
2. При збільшенні в сплаві ЗМІ-3У вмісту танталу на 1% за масою, в дослідженому діапазоні легування (1-5%), оптимальною температурою гомогенізації першого ступеня є температура, що знаходиться усередині інтервалу t2= tЕВТ.- tК.Р.gі відповідає формулі tIГОМ.= tК.Р.g+ 150С.
3. Оптимальним вмістом танталу в сплаві ЗМІ-3У, при якому досягаються кращі показники міцності зразків зі спрямованою (моно) і рівновісною структурою в температурному діапазоні 800-10000С, є ~ 4% за масою. При вмісті танталу ~ 5% за масою показники міцності та пластичності суттєво погіршуються як результат підвищення структурної неоднорідності та зниження фазової стабільності.
4. Оптимальним вмістом танталу в сплаві ЗМІ-3У, при якому досягаються кращі параметри ВТК стійкості зразків зі спрямованою (моно) і рівновісною структурою за температури 8500С протягом 500 годин в розтопі солей і синтетичній золі, є ~ 3% за масою. При вмісті танталу ~ 5% за масою показники корозійної стійкості погіршуються як результат зниження поверхневої стабільності.
5. Узагальнення результатів комплексних досліджень дозволило оптимізувати границі легування танталом сплаву ЗМІ-3У з урахуванням пріоритету характеристик міцності, технологічності та технічних вимог до сплавів для спрямованої (моно) кристалізації стосовно ширини меж легування елементами, що визначено як (4,0 ± 0,3%) і складає (3,7 - 4,3%) за масою. На розроблений сплав отримано патент.
6. Оптимальне легування танталом сплаву ЗМІ-3УМ покращило технологічність під час отримання робочих лопаток ТВТ до енергетичної турбіни MS-5001 методом спрямованої (моно) кристалізації, за рахунок зменшення кількості макроструктурних дефектів, що підвищило рівень виходу придатного лиття до (80-85%). В процесі отримання робочих лопаток ТВТ до наземної установки Д-336, сплав ЗМІ-3УМ показав технологічність на рівні авіаційного сплаву ЖС-26ВІ - (48-50%).
16
7. Підвищення комплексу службових властивостей сплаву ЗМІ-3УМ дозволить збільшити ресурс безперервної експлуатації робочих лопаток ТВТ з рівновісною структурою до газоперекачувальних агрегатів ГТК-10І у 1,5 разу, що складе 48-50 тисяч годин. Частка економічного ефекту, отриманого за рахунок проведених автором досліджень стосовно підвищення ресурсу робочих лопаток, дорівнює 200000 гривень на рік (за цінами 2007 року).