Search academic texts

Registration Number

0825U002778, PhD dissertation

Status

Доктор філософії, 136, Металургія

Date

popup.evolution

o

Title

Improvement of the technological process of manufacturing cast working blades from heat-resistant nickel-base superalloys to ensure the operational properties of a low-pressure turbine

Author

Dmytro Tomkin,

popup.head Valerii Naumyk
popup.opponent Yulia Kvasnitska
popup.opponent Vadym Y. Selivorstov
popup.review Serhii A. Vodennikov
popup.review Oleksandr Hlotka

Description

Удосконалення технологічного процесу виготовлення литих робочих лопаток з жароміцних нікелевих сплавів для забезпечення експлуатаційних властивостей турбіни низького тиску – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 136 – Металургія. Національний університет "Запорізька політехніка", Запоріжжя, 2025. Дисертацію присвячено вивченню впливу металургійних технологічних процесів та хімічних елементів на механічні властивості, довготривалу міцність і структуру ливарних ЖНС. Розглянуто залежності впливу суми Ti+Al на зміцнювальну ɣ'- фазу в ЖНС з різним типом зміцнення, а також вплив ітрію на евтектичні виділення фаз, що скупчуються на межі зерен. Встановлено, що введення в розплав ЖНС 0,136 % лігатури нікель-ітрій сприяє очищенню межі зерен від знеміцнювальних фаз. Проведено роботи з визначення комплексного впливу легування, модифікування та високотемпературного оброблення розплаву (ВТОР) на структуру і властивості ЖС3ДК-ВІ, який використовується для виготовлення робочих лопаток турбіни низького тиску (вільної турбіни, турбіни вентилятора) авіаційних двигунів і газотурбінних установок. У роботі встановлено особливості впливу вуглецю, легуючих добавок ніобію і гафнію, модифікуючої добавки ітрію та ВТОР на розподіл, форму карбідів і меж зерен, механічні властивості, тривалу міцність виливків, отриманих із жароміцного сплаву в процесі рівноосної кристалізації. Проведено розрахунки структурної стабільності, збалансування хімічного складу, а також впливу ніобію та гафнію на механічні властивості сплаву ЖС3ДК-ВІ. Розглянуто вплив комплексної модернізації сплаву ЖС3ДК-ВІ за технологічними напрямами в галузі металургії (легування ніобієм і гафнієм, модифікування ітрієм та проведення ВТОР) на поліпшення структурного стану, міцності та пластичних властивостей жароміцного лиття. За результатами аналізів літературних даних, проведених теоретичних розрахунків та досліджень можна зробити наступні висновки. 1. Гафній і ніобій входять у зміцнювальну ɣ'- фазу та додатково зміцнюють її. Беруть участь у вдосконаленні морфології карбідів і підвищують термодинамічну стабільність сплаву. 2. Модифікування сплаву ітрієм сприяє поліпшенню міжфазної поверхні між інтерметалідною γ´- фазою та твердорозчинною матрицею, стабілізації карбідних виділень сприятливої морфології, а також формуванню їхніх термодинамічно стійких високотемпературних модифікацій, удосконаленню меж зерен. 3. Застосування ВТОР на першу і другу точки рівноважного стану розплаву дає змогу підвищити показники міцності ЖНС, пластичність, ударну в'язкість, границю тривалої міцності, опір виникненню та розвитку тріщини, що загалом дає змогу збільшити тривалість експлуатації деталей. 4. На підставі проведених досліджень створено технологію модернізації [Y+Nb+Hf+ВТОР]. Технологічну схему модернізації сплаву розроблено із застосуванням комплексного впливу, що включає легування ніобієм (НбШ0 = 0,5%), лігатурою гафній-нікель (ГФН-10=0,230…0,260 %), модифікування лігатурою нікель-ітрій (ІтН-1= 0,158…0,184 %), а також проведенням ВТОР (перегрівання розплаву до 1830…1870 °C, витримка 10…12 хвилин). Запропоноване рішення забезпечує високі значення ударної в'язкості та жароміцності. Встановлено зростання часу до руйнування. При переході від зразків із грубими межами зерен до зразків із тонкими межами приріст часу до високотемпературного руйнування становить Δτ = 58,7 години. Також встановлено приріст часу Δτ' = 103,6 години при переході від серійної технології модифікування сплаву ЖС3ДК-ВІ ітрієм до додаткового введення ніобію та гафнію для варіанта технології [Y+Nb+Hf+ВТОР]. Проведені теоретичні розрахунки для реакції карбідоутворення дають змогу припустити, що при вмісті 0,015 мас. % ітрію і 0,25 мас. % гафнію для повноцінного утворення сферичних карбідів потрібно щонайменше 0,02 мас.% вуглецю. Разом з тим, для реакції 0,5 мас. % ніобію необхідно 0,06 мас.% вуглецю, і для реакції 0,239 мас. % титану необхідно 0,06 мас.% вуглецю. Інтервал легування перевірено теоретичними розрахунками методом комплексної розрахунково-аналітичної методики (КРАМ), що засвідчило збалансованість системи легування сплаву та його відповідність умовам структурної стабільності. Технологічні ефекти: - підвищено рівень ударної в'язкості з 21,7 до 48,3 Дж/см2, у 2 рази - підвищено рівень часу до руйнування при випробуваннях тривалої міцності (з 150 год. до 671 год.), у 4 рази. За розробленою технологією модернізації були виготовлені дослідні робочі лопатки для випробувань, які знаходяться на різних стадіях обробки.

popup.nrat_date

2025-07-08