ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ПРОЦЕССА ГАЗОСТАТИРОВАНИЯ ОТЛИВОК ИЗ ЖАРОПРОЧНЫХ СПЛАВОВ

Ольга Геннадиевна Оспенникова,
главный металлург ФГУП "ММПП "Салют", к.т.н.

Дефекты структуры в отливках из никелевых жаропрочных сплавов

Горячее изостатическое прессование (ГИП) является эффективным способом устранения внутренних несплошностей, возникающих при кристаллизации в отливках в результате усадки, а также газовой пористости. Суть метода ГИП заключается в одновременном воздействии на отливку высокой температуры и давления, создаваемого в газостате инертным газом (чаще всего аргоном), под воздействием которых происходит уплотнение сплава благодаря "залечиванию" пор по механизму локальной пластической деформации, интенсивной кратковременной ползучести и диффузионной сварки. В результате ГИП повышаются плотность сплава, его пластичность, циклические характеристики, уменьшается разброс механических свойств, определяемых при испытаниях на растяжение и длительную прочность. Применение ГИП повышает выход годного по литью благодаря сокращению брака из-за недопустимой пористости, выявляемой при рентгенографическом контроле.

В течение последних лет на ФГУП "ММПП Салют" проводятся комплексные исследования, предусматривающие: разработку режимов ГИП для различных литейных материалов - никелевых жаропрочных сплавов, сталей, сплавов на основе алюминия; создание методов защиты поверхности отливок от воздействия вредных примесей, имеющихся в аргоне; изготовление специальной оснастки, позволяющей сохранить геометрию деталей в условиях ГИП.

Для ряда ответственных деталей, в том числе рабочих лопаток и рабочих колес из жаропрочных никелевых сплавов ЖС6У, ЖС32, ЧС70 и ЧС88У, получаемых методами равноосной кристаллизации и монокристального литья, и сплавов на основе алюминия АК9ч (АЛ4), ВАЛ-10 и ВАЛ-12, разработаны технологические процессы изготовления деталей с применением ГИП.

При разработке технологии получения указанных отливок операция газостатирования рассматривается в единстве с литейной технологией. А именно, применение компьютерного моделирования литейных процессов в системах ProCAST и СМК "Полигон" для выбора температурно-временных параметров и оптимизации конструкции литейного блока, изготовление оснастки методом быстрого прототипирования, получение отливки, формирование в ней структуры сплава с требуемым комплексом физико-механических свойств с помощью ГИП и термической обработки.

Несмотря на наличие современных технологических средств, в ряде случаев получение плотной отливки сложной геометрической формы затруднено и требует применения сложной литниково-питающей системы и (или) трудно реализуемых на практике параметров технологического процесса. Использование газостатирования позволяет несколько снизить требования к отливке по пористости и благодаря этому существенно упростить ЛПС и процесс литья, доведя отливку до нужного качества на операции "ГИП".

Микроструктура до и после ГИП в отливах из сплавов

Структура отливок после ГИП отличается от структуры после стандартной термической обработки прежде всего высокой плотностью, а также менее выраженной ликвационной неоднородностью, присущей сплавам дендритной кристаллизации.

Сравнение значений по результатам измерений плотности показывает на ее увеличение после ГИП на 0,05 % благодаря "залечиванию" междендритной микропористости. Как видно, полученный эффект уплотнения невелик, т.к. исходная плотность выбранного для исследования образца была достаточно высокой.

По современным данным газостатирование отливок приводит к "залечиванию" до 80…90 % дефектов, выявляемых рентгеновским контролем. Однако не все виды дефектов могут быть устранены с помощью ГИП. Не подлежат "залечиванию" несплошности, выходящие на поверхность, подкорковые раковины и раковины, расположенные в тонких стенках, т.к. в процессе ГИП происходит деформация и разрушение тонкой стенки, а затем заполнение несплошности аргоном.

Микроструктура отливок после ГИП отличается значительно большей химической однородностью по сравнению с таковой после стандартной термической обработки.

Результаты испытаний стандартных образцов показывают, что значения долговечности после ГИП несколько выше, чем после стандартной термической обработки.

Таким образом, газостатирование рабочих лопаток авиационных ГТД и энергетических ГТУ из никелевых жаропрочных сплавов с равноосной и монокристаллической структурой и отливок из алюминиевых сплавов является эффективным способом повышения их качества. Однако ГИП является эффективным только в том случае, когда дефекты (рыхлоты, раковины) являются внутренними и не имеют связи с поверхностью.

[Напоминаем, что Интернет-вариант статьи сильно сокращен. Ред.]