ГЛАВА 2
МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДИКИ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОЦЕНКИ.
2.1.Сплавы и режимы сварки, применяемые в работе.
Применение высоколегированных никелевых сплавов с gў-упрочнением,
обеспечивающих высокий уровень сопротивления разрушению при статических и
циклических нагрузках в сочетании с предельно высокими температурами
эксплуатации перспективно для изготовления многих узлов газотурбинных
двигателей. Главным недостатком этих конструкционных материалов является низкая
их свариваемость, проявляющаяся в повышенной чувствительности сварных
соединений к образованию горячих трещин при сварке и термообработке. Причем с
повышением количества упрочняющей gў-фазы свариваемость резко ухудшается. Для
исследований в качестве базовых были выбраны несколько сплавов. Одним из
модельных сплавов является сплав IN738LC, обладающий большой чувствительностью
к образованию трещин по данным ряда исследователей [104,114]. Сплав ЧС-70
относится к литым жаропрочным никелевым сплавам для деталей горячего тракта
газотурбинных двигателей, эксплуатируемых в наземных условиях. Для повышения
сопротивляемости высокотемпературной газовой коррозии сплав легирован
повышенным содержанием хрома при соотношении Ti/Al і2,0 [115]. Сплав ЖС-6У
содержит наибольшее количество легирующих элементов по сравнению с двумя
предыдущими, поэтому имеет высокую температуру полного растворения gў фазы и
отличается повышенным содержанием алюминия, что обуславливает увеличение
объемной доли gў-фазы. Легирование вольфрамом оказывает благотворное влияние на
термостабильность упрочняющих дисперсных выделений [106]. Химический состав
указанных сплавов приведен в таблице 2.1.
Таблица 2.1.
Химический состав никелевых жаропрочных сплавов с gў-упрочнением
Марка сплава
Массовая доля элементов, %
Количество
gў - фазы,%
Ta
Zr
Si
Fe
Mn
Hf
IN738
1,8
0,1
Ј0,3
Ј0,3
0,5
0,01
47,3
ЧC70
0,1
0,34
0,03
0,3
50
ЖС6У
56,5
Марка сплава
Массовая доля элементов, %
Cr
Co
Al
Ti
Mo
Nb
IN738
0,17
16
8,5
3,4
3,4
1,8
2,6
0,9
ЧC70
0,14
15,74
11,0
2,8
4,2
2,12
4,9
0,5
ЖС6У
0,15
8,5
9,6
5,5
2,5
1,8
10,0
0,9
Особенности ЗТВ сварных соединений данных сплавов, полученных при
плазменно-порошковой сварке, оценивали при выполнении шва идентичным с основным
металлом. Сварку осуществляли на образцах из сплавов толщиной от 7 до 30 мм на
следующем режиме: Iсв = 100…120А; Uд = 25…26 В; Vсв = 4 м/ч; размер частиц
порошка 50…150 мкм; расход аргона – 18…20 л/мин.
Для решения поставленных задач проводились исследования структурных изменений и
механических свойств основного металла никелевых сплавов при имитации сварочных
процессов, а также в ЗТВ реальных сварных соединений, полученных в различных
условиях сварки и предварительной термической обработки перед сваркой.
2.2. Металловедческие особенности исследований.
Исследования микроструктуры литых никелевых жаропрочных сплавов с
gў-упрочнением и их сварных соединений выполняли с использованием оптической
металлографии, сканирующей и трансмиссионной микроскопии.
В качестве оптического микроскопа использовали модель NEOPHOT 32 с цифровым
фотоаппаратом OLYMPUS4000 через адаптер C3040-ADV/C3040-ADL. Обработка
изображения осуществлялась на компьютере с использованием программы Tescan
Atlas and Morphology. Кроме того, для исследований использовали сканирующий
электронный микроскоп Camscan-4 с энергодисперсионным рентгеновским
спектрометром (Energy Dispersive
X-ray Spectrometer).
Особенность металлографии сварных соединений обусловлена спецификой сварочного
термодеформационного цикла, в результате воздействия которого в различных
участках сварного соединения формируется структура, существенно отличающаяся по
характеру, травимости, дисперсности и т.д. Поэтому традиционную методику
травления макро- и микрошлифов не всегда можно применять в исследованиях
сварных соединений.
Определенную сложность вызывает выявление микроструктуры швов у жаропрочных и
нержавеющих сталей, т.к. эта группа отличается большим разнообразием по
химическому составу и свойствам. В качестве легирующих элементов они содержат в
различных комбинациях хром, никель, кобальт, молибден, вольфрам, ниобий, титан
и т.д. Их структура и способность к травлению существенно изменяется в
зависимости от состава и химической обработки. Легирующие элементы повышают
химическую стойкость твердых растворов. Все это осложняет процесс операций
химического травления. Преимущество имеет применение устройства для ионного
травления.
Использовали прибор ВУП-4, который имеет приспособление для ионного травления,
схема которого показана на рис.2.1.
Шлифы для металлографических исследований, подвергали вакуумному ионному
травлению с использованием высоковольтного плазменного разряда при напряжении
2,5 кВ и токе 0,005А. При этом, удается получить четкие контуры трещин разного
размера.
Рис.2.1.Схема устройства для ионного травления прибора ВУП-4:
1-рабочий объем;
2- разрядная камера;
3- анод;
4- основание ;
5- столик для образца;
6- система напуска инертного газа;
7- клапан;
8- высоковольтный привод.
В рабочем объеме 1 расположена разрядная камера, составляющим которой является
стеклянный цилиндр - 2 с анодом - 3. расположенный на основании - 4. Образец,
который устанавливается на специальный столик - 5 является катодом. Заполнение
разрядной камеры инертным газом производится через систему напуска - 6.
Сопрягаемые детали притерты между собой и при этом давление в камере будет
поддерживаться более высокое, чем в рабочем объеме, поэтому газовый разряд
происходит