Анотація до роботи:

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 t₁ на 30⁰С за рахунок зниження температури ліквідусу (t_L) за стабільної температури солідуса (t_S). Одночасно підвищуються температури початку (t_.П..Р.^g) і кінця (t_К..Р.^g) розчинення - фази, а також евтектичних перетворень (t_ЕВТ.) на 110⁰, 75⁰ і 50⁰С відповідно. При цьому звужується температурний інтервал для проведення гомогенізації першого ступеня t₂ на 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 = t_ЕВТ. - t_К.Р.^g і відповідає формулі t^I_ГОМ. = t_К.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).

Публікації автора:

1. Беликов С.Б. Исследование влияния концентраций молибдена, вольфрама и тантала на сопротивление локальному коррозионному разрушению никелевых сплавов / С.Б. Беликов, С.В. Гайдук, В.В. Кононов // Вестник двигателестроения. – 2003. - № 1. - С. 162-165.

2. Беликов С.Б. Литейные жаропрочные коррозионностойкие никелевые сплавы для монокристальных лопаток газовых турбин / С.Б. Беликов, С.В. Гайдук, В.В. Кононов // Вестник двигателестроения. – 2004. - № 1. - С. 151-154.

3. Гайдук С.В. Особенности влияния тантала на структуру и свойства никелевых сплавов / С.В. Гайдук // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. – 2004. - № 1. - С. 16-19.

4. Беликов С.Б. О влиянии тантала на характеристические точки жаропрочных никелевых сплавов / С.Б. Беликов, С.В. Гайдук, В.В. Кононов // Вестник двигателестроения. – 2004. - № 3. - С. 99-102.

5. Влияние скорости кристаллизации и термической обработки на структуру и свойства монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов / С.В. Гайдук, В.В. Кононов И.А. Петрик [и др.] // Вестник двигателестроения. – 2005. - № 1. - С. 150-153.

6. Оценка влияния тантала на высокотемпературную коррозионную стойкость монокристаллов никелевых сплавов / А.Г. Андриенко, С.В. Гайдук, Ю.М. Федорченко [и др.] // Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2005. - № 1. - С. 61-64.

7. Исследование структуры и свойств монокристаллов жаропрочного никелевого сплава с переменной концентрацией тантала до и после длительного теплового воздействия / С.В. Гайдук, В.В. Кононов, Л.К. Дорошенко [и др.] // Вестник двигателестроения.– 2005.- № 3.- С. 150-154.

8. Гайдук С.В. Исследование дендритной ликвации и фазовой неоднородности в жаропрочных коррозионностойких никелевых сплавах / С.В. Гайдук, В.В. Кононов, Н.Б. Налесный // Вестник двигателестроения. – 2006. - № 1. - С. 150-154.

17

9. Высокотемпературная коррозия монокристаллов никелевых сплавов, содержащих тантал / С.В. Гайдук, В.В. Кононов, Ю.М. Федорченко [и др.] // Вестник двигателестроения. – 2007.- № 1.- С. 150-154.

10. Литейный жаропрочный коррозионностойкий никелевый сплав для монокристаллического литья методом направленной кристаллизации / С. Б. Беликов, А. Г. Андриенко, С. В. Гайдук [и др.] // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2008. - № 1. - С. 16-20.

11. Пат. 77606, Україна, МПК⁶ С22С 19/05. Ливарний жароміцний корозійностійкий нікелевий сплав / А.Г. Андрієнко, Гайдук С.В., В.В. Кононов, В.Є. Замковий [та ін.]. ; заявник і дотримувач Запорізький нац. техн. ун-т ; заявл. 04.08.05, № а 200507748 ; опубл. 15.12.06, Бюл. № 12.

12. Пат. 80699, Україна, МПК⁶ С22С 19/05. Ливарний жароміцний корозійностійкий нікелевий сплав / А.Г. Андрієнко, С.В. Гайдук, В.В. Кононов, С.Б. Михайлов [та ін.]. ; заявник і дотримувач Запорізький нац. техн. ун-т ; заявл. 21.10.04, № 20041008594 ; опубл. 25.10.07, Бюл. № 17.

13. Heat resistant nickel-base alloys and the products of their corrosion composition determination : [International conference analytical chemistry and chemical analysis], (Kyiv, 12-18 september, 2005) / AC&CA, 2005. - P. 437.

14. Исследование состава продуктов коррозии никелевых жаропрочных сплавов: програма та тези доповідей [Сесія Наукової Ради НАН України з проблеми «Аналітична хімія»], (Харків, 14-17 травня 2007 р.) / ХНУ ім. В.Н. Каразіна, 2007. - С. 94.

15. Литейный жаропрочный коррозионностойкий сплав для монокристального литья лопаток газовых турбин : зб. наук. праць IX Міжнар. наук.-техн. конф. [Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів], (Запоріжжя, 23-26 вересня 2003 р.) / ЗНТУ, 2003. - С. 7-9.

16. Влияние режимов термообработки на свойства монокристального никелевого сплава : зб. наук. праць IX Міжнар. наук.-техн. конф. [Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів], (Запоріжжя, 23-26 вересня 2003 р.) / ЗНТУ, 2003. - С. 35-37.

17. Влияние скорости кристаллизации на структуру и свойства жаропрочного корозионностойкого никелевого сплава для монокристального литья : зб. наук. праць IX Міжнар. наук.-техн. конф. [Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів], (Запоріжжя, 23-26 вересня 2003 р.) / ЗНТУ, 2003. - С. 37–39.

18

18. Исследование влияния термовременной обработки расплава на структуру и свойства никелевых сплавов : зб. наук. праць IX Міжнар. наук.-техн. конф. [Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів], (Запоріжжя, 23-26 вересня 2003 р.) / ЗНТУ, 2003. - С. 39-41.

19. Оценка влияния макроструктуры на скорость коррозии сплава ЗМИ-3У : зб. наук. праць IX Міжнар. наук.-техн. конф. [Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів], (Запоріжжя, 23-26 вересня 2003 р.) / ЗНТУ, 2003. - С. 53-55.

20. Жароміцні корозійностійкі стопи для газотурбінних двигунів : зб. наук. праць X Міжнар. наук.-техн. конф. [Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів], (Запоріжжя, 20-22 вересня 2005 р.) / ЗНТУ, 2005. - С. 3-6.

21. Исследование влияния тантала на комплекс свойств литейных коррозионностойких никелевых сплавов : зб. наук. праць X Міжнар. наук.-техн. конф. [Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів], (Запоріжжя, 20-22 вересня 2005 р.) / ЗНТУ, 2005. - С. 70-72.