Получение монокристальных затравок [001] из сплавов системы Ni–W методом направленной кристаллизации

Задача получения затравок из сплавов системы Ni–W возникла в связи c разработкой технологии литья монокристальных турбинных лопаток газотурбинных двигателей (ГТД) из высокожаропрочных сплавов. В этой технологии используется затравочный способ получения монокристальных отливок с кристаллографической ориентацией [001] с применением затравок из сплавов системы Ni–W с температурой плавления на 120–140°С выше, чем сплав отливки. Применение таких затравок во многом упрощает проведение процесса литья турбинных лопаток с монокристаллической структурой, повышает его надежность как в проходных печах типа ПМП-2, так и в высокоградиентных печах типа УВНК-9А. Представлены результаты исследования влияния температурно-скоростных параметров направленной кристаллизации, а именно температурного градиента GZ на структуру полученных монокристальных заготовок затравок, а также влияния вольфрама и углерода на структуру монокристальных заготовок затравок, выданы рекомендации по оптимизации технологического процесса монокристального литья затравок Ni–W, дана корректировка состава сплава для затравок.

1. Петрушин Н.В., Оспенникова О.Г., Светлов И. Л. Монокристаллические жаропрочные никелевые сплавы для турбинных лопаток перспективных ГТД // Авиационные материалы и технологии. – 2017. – № S. – С. 72–103. DOI: 10.18577/2071-9140-2017-0-S-72-103.

2. Каблов Е.Н., Толорайя В.Н., Демонис И.М., Орехов Н.Г. Направленная кристаллизация жаропрочных никелевых сплавов // Технология легких сплавов. – 2007. – № 2. – С. 60–70.

3. А. с. № 839153 СССР. № 2870437/22-02. Способ изготовления отливок из жаропрочных сплавов с направленной и монокристальной структурой: Заявл. 16.01.80; Опубл. 27.07.2000

4. Пат. 1822375 РФ № 4878967/02. Способ получения затравок для литья монокристальных изделий из никелевых жаропрочных сплавов; Заявл. 31.10.90; Опубл. 15.06.93. Бюл. № 22

5. Толорайя В.Н., Каблов Е.Н., Демонис И.М. Технология получения монокристаллических отливок турбинных лопаток ГТД заданной кристаллографической ориентации из ренийсодержащих жаропрочных сплавов // Литейные жаропрочные сплавы. Эффект С. Т. Кишкина. – М.: Наука, 2006. – С. 206–219.

6. Толорайя В.Н., Некрасов С.Н., Остроухова Г.А. Сравнительный анализ структуры и свойств отливок из жаропрочных сплавов, полученных на установках типа УВНК и ПМП // Новости материаловедения. Наука и техника. – 2018. – № 5–6 (31). – С. 3–20.

7. Толорайя В.Н., Каблов Е.Н., Чабина Е.Б. Влияние режимов роста на структуру и ликвационную неоднородность монокристаллов никелевого жаропрочного сплава ЖС36 // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2005. – № S5. – С. 203–224.

8. Каблов Е.Н., Толорайя В.Н. ВИАМ – основоположник отечественной технологии литья монокристаллических турбинных лопаток ГТД и ГТУ // Авиационные материалы и технологии. – 2012. – № S. – С. 105–116.

9. Кузьмина Н.А., Лифшиц В.А., Потрахов Е.Н., Потрахов Н.Н. Сравнительный контроль структуры монокристаллических отливок никелевых жаропрочных сплавов рентгеновскими дифракционными методами «качания» и Лауэ // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. – 2019. – № 9. – Ст. 02. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 12.04.2021). DOI: 10.18577/2307-60462019-0-9-15-25.

10. Кузьмина Н.А., Пьянкова Л.А. Контроль кристаллографической ориентации монокристаллических отливок никелевых жаропрочных сплавов методом рентгеновской дифрактометрии // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. – 2019. – № 12. – Ст. 02. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 12.04.2021). DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-12-11-19.

11. Назаркин Р. М., Колодочкина В. Г., Оспенникова О. Г., Орлов М. Р. Изменения микроструктуры монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов в процессе длительной эксплуатации турбинных лопаток // Авиационные материалы и технологии. – 2016. – № 4 (45). – С. 9–17. DOI: 10.18577/2071-9140-2016-0-4-9-17.

12. Толорайя В. Н., Каблов Е. Н., Демонис И. М., Орехов Н. Г. Современные технологии получения отливок лопаток двигателей ГТД и ГТУ методами направленной кристаллизации // 75 лет. Авиационные материалы. – М.: ВИАМ, 2007. – С. 44–58.

13. Чалмерс Б. Процессы роста и выращивание монокристаллов. – М.: Иностранная литература, 1963. – С. 314–315.

14. Каблов Е. Н., Толорайя В. Н., Остроухова Г. А., Алешин И. Н. Исследование ростовых дефектов типа полосчатость в монокристальных отливках из безуглеродистых жаропрочных сплавов // Двигатель. – 2010. – № 6 (72). – С. 14–16.

15. Шалин Р. Е, Светлов И. Л., Качанов Е. Б., Толорайя В. Н, Гаврилин О. С. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов. – М.: Машиностроение, 1997. – 336 с.

16. Толорайя В. Н., Каблов Е. Н., Орехов Н. Г., Чубарова Е. Н. Методы получения монокристаллов жаропрочных сплавов // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2005. – № S5. – С. 172–189.

17. Толорайя В. Н., Каблов Е. Н., Орехов Н. Г., Остроухова Г. А. Структура и ростовые дефекты монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов // Горный информационноаналитический бюллетень. – 2005. – № S5. – С. 190–202.