WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Y-(0-0,2)% (%вес.) в теле равноосных субзерен. Микроанализ же, проведенный при сканировании и усреднении результатов по значительной площади поверхности подготовленных фольг (т.е. состав всего образца). позволяет зафиксировать следующий состав: Ni-52%; Cr-12%; Al-31%; Y-0,9% (% вес.).

В местах с неравноосными мелкими субзернами (их размер 0,05 – 0,мкм) нанодисперсных конгломератов гораздо меньше. Встречаются удлиненные пластинчатые субзерна шириной до 0,05 мкм и длиной до 1 мкм.

Вероятно, в этих участках иттрий находится в твердом растворе. Таким образом, анализ данных, полученных в результате электронномикроскопического исследования, показал, что в исходном покрытии формируется тонкодисперсная микроструктура во всех участках покрытия, что хорошо согласуется с данными С.А. Мубояджана. И в зависимости от условий образования (т.е. охлаждения осажденных капель) размер субзерен может быть больше или меньше, а частицы, обогащенные иттрием, могут выделяться или быть растворенными.

о После финишной термообработки при 1050 С в покрытиях отмечается увеличение размеров субзерен и фиксируется значительное содержание микропор (рис. 3 а).

а б Рисунок 3 - СЭМ-микроструктура, формируемая в поверхностном слое вакуумно-дуговых покрытий СДП-2 до (а) и после электронно-лучевой обработки с плотностью энергии 42-45 Дж/см2 четырьмя импульсами (б), отчетливо видны выделения -фазы).

После облучения сильноточным импульсным электронным пучком микроструктура в 20-30 - микронном слое покрытия СДП-2 становится более однородной, хотя и в этом случае не удается до конца избавиться от микронеоднородностей (рис. 3 б). В этой главе приведены микроструктуры, формируемые в поверхностных слоях серийных и облученных лопаток из сплава ЖС26НК, а также топография поверхности в зависимости от плотности энергии.

Полученные в четвертой главе данные хорошо согласуются с результатами исследования влияния плотности энергии в импульсе при облучении СИЭП на химический и фазовый составы материала поверхностных слоев лопаток и образцов из никелевых сплавов ЖС6У и ЖС26НК. Это позволяет выбрать величины плотности энергии, при которых удается снизить шероховатость поверхности, сформировать в поверхностном слое однородную мелкодисперсную микроструктуру, залечить поверхностные и подповерхностные микротрещины и микропоры: w =42-45 Дж/см2. Толщины перекристаллизованных при облучении с такими плотностями энергии поверхностных слоев лопаток и образцов с покрытием СДП-2 достигают 20-мкм.

Различия же в результатах, зафиксированных с поверхности образцов и лопаток, наиболее ярко проявляются с точки зрения протекания трещинообразования, которое особенно характерно для облучения лопаток с небольшими плотностями энергии 20-36 Дж/см2. Кроме того, на поверхности лопаток, в отличие от образцов, практически всегда формировались «капельные» микродефекты на основе легколетучего алюминия. Эти различия скорее всего обусловлены вариациями дисперсности материала покрытий, осаждаемых на поверхности образцов в лабораторных условиях при низких скоростях осаждения и на поверхность серийных лопаток - в условиях серийного производства. В последнем случае размеры конгломератов капельной фракции достигают нескольких десятков микрометров, и при облучении реализуется местный выброс материала в окрестности этих дефектов с формированием глубоких кратеров. В результате увеличивается шероховатость при больших базах измерения, хотя при базах порядка 500-мкм шероховатость все же заметно ниже, чем до облучения, т.е. согласно Ю.Д.

Ягодкину развивается волнистость поверхности.

Еще одной важной задачей выбора режимов облучения является определение критического числа импульсов. В работах А.Г. Пайкина и А.Б.

Белова выбор оптимального числа импульсов осуществлялся по критерию формирования однородного физико-химического состояния при минимальном числе импульсов. Здесь же накладывается ограничение на максимально возможное число импульсов, поскольку при облучении с плотностями энергии 42-45 Дж/см2 уже заметно протекает испарение элементов и имеет место эрозия поверхностного слоя покрытия, приводящая к обеднению поверхностного слоя алюминием и хромом, и, как следствие, к уменьшению толщины покрытия. Это ограничение, в соответствие с результатами структурных исследований, устанавливает верхнюю границу на число импульсов n=4. Кроме того, сопутствующая модифицированию поверхностного слоя эрозия поверхности предполагает изменение операции нанесения покрытия СДП-2. Действительно, согласно технологической карте процесса изготовления лопаток турбины ГТД РД33, толщина покрытия СДП-2 должна составлять 55-65 мкм. Так как облучение сильноточным импульсным электронным пучком четырьмя импульсами приводит к снижению толщины первоначально нанесенного покрытия hcoating на 8-10 мкм, необходимо увеличить значения hcoating до 65-75 мкм. Наконец, из результатов структурных исследований (изучение топографии поверхности образцов и лопаток после облучения) следует, что формирование микрокапельной фракции на основе алюминия не должно сказаться на эксплуатационных свойствах деталей, поскольку ее фрагменты обладают низкой адгезией и легко механически удаляются с поверхности лопаток.

В пятой главе рассмотрено влияние режимов облучения на эксплуатационные свойства образцов и лопаток из никелевых сплавов.

Результаты усталостных испытаний, выполненных при комнатной (25 С) и рабочей (975 С) температурах (рис. 4 и 5) на модельных клиновидных поликристаллических образцах из сплава ЖС6У и цилиндрических монокристаллических образцах из сплава ЖС26НК, а также на лопатках из сплава ЖС26НК с жаростойким покрытием СДП-2, свидетельствуют о возможности посредством облучения СИЭП и финишной термической обработки по оптимальных режимам или повысить предел выносливости на базе 2х107 циклов на 10 %, или оставить эту характеристику на уровне, зафиксированном для исходного состояния.

106 107 исходные образцы 240 облучение при 42-45 Дж/cm облучение при 32-36 Дж/cm106 107 число циклов до разрушения, цикл Рисунок 4 - Усталостные кривые образцов из сплава ЖС6У с покрытием СДП-(испытания при комнатной температуре на воздухе).

Полученные результаты вполне ожидаемы и соответствуют основной концепции усталостного разрушения деталей из жаропрочных никелевых сплавов с жаростойким покрытием, развитой в работах Ю.Д. Ягодкина: очаг разрушения чаще всего располагается в мелкокристаллическом слое в зоне адгезии покрытия к подложке, в объеме детали в окрестности дефектов литья нагрузка, МПа или механических дефектов, сформированных на поверхности лопатки до нанесения покрытия; усталостная трещина может зарождаться непосредственно на поверхности покрытия, но ее рост в матричный материал не реализуется достаточно длительный период времени.

Отсюда следует, что увеличение предела выносливости деталей из никелевых сплавов с покрытием СДП-2, обработанных электронным пучком, можно ожидать только за счет барьерных возможностей модифицированного слоя, в котором формируются остаточные сжимающие напряжения. При толщине последнего 20-25 мкм увеличение предела выносливости будет несущественным или ограниченным единицами процентов, что и наблюдается на рис. 4 и 5. Особенно, нечувствительность обработки СИЭП к усталостным свойствам проявляется при испытаниях серийных лопаток, деталей сложной формы, при изготовлении которых формируется большое разнообразие дефектов как на внешней так и на внутренней поверхностях лопаток, в матричных слоях, в окрестности перфорированных отверстий и др..

105 106 107 400 образцы с покрытием СДП2 обработка электронным пучком 360 320 280 240 200 160 105 106 107 число циклов до разрушения Рисунок 5 - Усталостные кривые цилиндрических монокристаллических образцов из сплава ЖС26НК с покрытием СДП-2 (испытания при температуре 975 оС на воздухе).

Результаты испытаний на жаростойкость представлены на рис. 6 и 7.

Полученные данные позволяют заключить, что электронно-лучевая обработка при w=42-45 Дж/см2 и финишная термообработка обеспечивают повышение жаростойкости при 950 C в 3 раза. В то же время облучение с низкими плотностями энергии и отсутствие отжига могут привести даже к снижению жаростойкости. Последнее связано с коррозионным растрескиванием, протекающим в покрытии при высокой температуре (рис. 7). Облучение при 42-45 Дж/см2 и финишный отжиг приводят к образованию стабильной структуры с оптимальным содержанием -NiAl-фазы. Именно образование NiAl-фазы в облученных образцах объясняет повышение жаростойкости. Кроме того, обработка СИЭП позволяет частично, а в некоторых случаях и полностью, нагрузка, МПа избавиться от основного недостатка вакуумно-плазменной технологии нанесения защитных покрытий, используемой в авиационной промышленности: наличие капельной фракции в плазме. Именно наличие капельной фракции в плазме в процессе осаждения приводит к снижению адгезии покрытия и формированию относительно высокой пористости, что является основной причиной его деградации и преждевременного разрушения.

Многократная перекристаллизация материала покрытия толщиной 20-30 мкм обеспечивает получение безпористого поверхностного слоя, что обеспечивает резкое снижение диффузии кислорода в матричные слои (рис. 7).

исходное состояние 26-30 Дж/см 30-36 Дж/см 42-45 Дж/см0 100 200 300 400 продолжительность термоэкспозиции при 900 C, час Рисунок 6 - Кинетические кривые окисления для цилиндрических монокристаллических образцов из сплава ЖС26НК с жаростойким вакуумнодуговым покрытием СДП-2, подвергнутых электронно-лучевой обработке и стабилизирующему вакуумному отжигу при 1050 оС в течение 2-х часов.

а б Рисунок 7 - Микроструктура в поверхностном слое образцов из сплава ЖС26НК с вакуумно-дуговым покрытием СДП-2 до (а) и после электроннолучевой обработки при плотности энергии 42-45 Дж/см2 четырьмя импульсами (б), подвергнутых вакуумному отжигу при 1050 оС в течение 2-х часов и термоэкспозиции на воздухе при 950 оС в течение 500 часов.

Из представленных в пятой главе данных следует, что: среди серийных монокристаллических лопаток присутствуют отдельные экземпляры, содержащие достаточно крупные зерна 100-200 мкм, формируемые за счет -удельный привес, мг/мм x10 ) ликвационных или сегрегационных процессов на стадиях литья или высокотемпературного отжига; практически во всех лопатках присутствует поликристаллическая «рубашка», образующаяся в зоне сцепления покрытия с подложкой из-за использования при подготовке поверхности под нанесение покрытия пескоструйной обработки и последующего, уже после осаждения, высокотемпературного отжига. Формируемое по серийной технологии ВПТВЭ покрытие характеризуется высокой степенью неоднородности фазового и элементного составов, содержит протяженные области с низкой концентрацией алюминия и заметным присутствием элементов жаропрочного сплава;

последнее объясняет неудовлетворительную жаростойкость вакуумно-дугового покрытия. Электронно-лучевая обработка приводит к образованию однородного безпористого слоя толщиной 20-25 мкм с концентраций алюминия до 9-10 масс. %, что обеспечивает более высокий уровень эксплуатационных свойств облученных лопаток по сравнению с серийными.

Кроме того, формируемые в процессе высокоскоростного нагрева, плавления и кристаллизации термические напряжения могут приводить к отслаиванию покрытия, если система «подложка-покрытие» обладала до облучения низкой адгезией. То, что вопросы адгезии вакуумно-дуговых покрытий СДП-2 к поверхности монокристаллических лопаток являются крайне важными в технологическом процессе их изготовления, подтверждается наличием трех операций, непосредственно направленных на обеспечение этой характеристики (пескоструйная обработка, химическая обработка и вакуумный диффузионный отжиг). Качество нанесенного покрытия в промышленности проверяется с помощью ЛЮМ-контроля, посредством которого удается зафиксировать области на поверхности лопатки, где уже началось разрушение.

Проведение рентгеноструктурного анализа в различных макроточках обеспечивает определение областей, в которых сформированы остаточные растягивающие напряжения, в том числе и за счет плохой адгезии. В любом случае эти методы анализа являются косвенными. Для получения количественной информации об адгезионной прочности пары «покрытиеподложка» наиболее часто используют разрушающий метод «штифта».

При проведении процесса облучения лопаток с покрытием нет необходимости проверять его адгезию, так как такого рода контроль реализуется автоматически. После облучения отбраковка лопаток с низкой адгезией может быть проведена визуально, что представлено на рис. 8.

Кроме того, в пятой главе обсуждаются данные об условиях технологических сравнительных испытаний серийных и обработанных электронным пучком лопаток 1-й ступени ТВД на двигателе РД-33 №88-Тсерии 3. В этой же главе проанализированы результаты исследования кинетики удаления поврежденного при эксплуатации покрытия СДП-2 на лопатках из сплава ЖС26НК, представлены фрагменты технологических карт процессов модификации поверхности при изготовлении и ремонте лопаток 1-й ступени ТВД.

Рисунок 8 - Внешний вид серийной лопатки из сплава ЖС26НК с вакуумнодуговым покрытием СДП-2, облученной электронным пучком (отслоение покрытия на корыте и в зоне входной кромки).

Шестая глава посвящена вопросам апробирования в качестве материалов для жаростойких покрытий на лопатках турбины, так называемых МАХ-фаз. Эти материалы считаются наиболее перспективными для изготовления лопаток компрессора и турбины ГТД истребителей 6-го поколения. Последнее объясняется низким удельным весом, рекордно высокими жаростойкостью и жаропрочностью при удовлетворительной технологичности этих материалов, называемых «металлическими керамиками» или «керамическими сплавами». В настоящей работе впервые в России проведен критический анализ экспериментальных данных, полученных в лабораториях США, Японии, Франции и Швеции при исследовании процессов синтеза и при определении, прежде всего, механических и коррозионных свойств MAX-материалов, а также результатов работ по проблеме нанесения защитных покрытий на основе MAX-фаз.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»