Автоматичне зварювання, 2016, №08



2016 №08 (03)

DOI of Article 10.15407/as2016.08.04

2016 №08 (05)

---

Журнал «Автоматическая сварка», № 8, 2016, с. 21-28
 

Формирование структуры металла шва при электронно-лучевой сварке монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов

К. А. Ющенко¹, Б. А. Задерий¹, И. С. Гах¹, О. П. Карасевская²

¹ИЭС им. Е. О. Патона НАН Украины. 03680, г. Киев-150, ул. Казимира Малевича, 11. E-mail: office@paton.kiev.ua
²Ин-т металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины. 03680, г. Киев-142, б-р Академика Вернадского, 36. E-mail: Karas@imp.kiev.ua
 
Реферат
На основе исследований особенностей температурно-скоростных параметров кристаллизации металла сварочной ванны при электронно-лучевой сварке монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов установлены особенности их влияния на обеспечение монокристаллической структуры. Исследования выполняли на монокристаллических образцах промышленного жаропрочного никелевого сплава ЖС 26 с использованием методов термометрии расплава жидкой ванны в процессе кристаллизации металла шва при остывании. Структуры изучали с привлечением методов микрорентгеноспектрального анализа, оптической и электронной металлографии, рентгеновской дифрактометрии. Предложена расчетно-экспериментальная методика определения температурно-скоростных параметров кристаллизации металла шва, показан характер их изменения по фронту кристаллизации сварочной ванны и установлена взаимосвязь с режимами сварки. Определен диапазон значений параметров, при которых имеет место образование в шве зерен случайной кристаллографической ориентации. Показана возможность управления структурным совершенством металла шва за счет оптимизации температурно-скоростных параметров кристаллизации. Библиогр. 24, рис. 10, табл. 4
 
Ключевые слова: монокристалл, жаропрочный никелевый сплав, температурно-скоростные условия, температурный градиент, кристаллографическая ориентация, сварной шов, ориентация преимушественного роста кристалла, направление максимального температурного градиента, зерна случайной ориентации
 
Поступила в редакцию 17.05.2016
Подписано в печать 14.07.2016
 

1. Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических систем и промышленных энергоустановок; под ред. Ч. Т. Симс, Н. С. Столофф, У. К. Хагель; пер. с англ. [Кн. I]; под ред. Р. Е. Шалина. – М.: Металлургия, 1995. – 384 с.
2. Erickson G. L. DS and SX superalloys for industrial gas turbines / G. L. Erickson, K. Harris // Materials for Advansed Power Engineering Part II. Proc. of a Conf. Belgium, 3–6 okt. 1994. – Kluwer Academic Publishers, 1994. – P. 1055–1074.
3. Erickson G. L. A new third generation single crystal, casting superalloy / G. L. Erickson // Journal of Metals. – 1995. – 47, № 4. – Р. 36–39.
4. Литейные жаропрочные сплавы. Эффект С. Т. Кишкина. Научно-технический сборник к 100-летию со дня рождения С. Т. Кишкина; под ред. Е. Н. Каблова. – М.: Наука, 2006. – 272 с.
5. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов / Р. Е. Шалин, И. Л. Светлов, Е. Б. Качанов [и др.] – М.: Машиностроение, 1997. – 336 с.
6. Строганов Г. Б. Литейные жаропрочные сплавы для газовых турбин / Г. Б.Строганов, В. М. Чепкин. – М.: ОНТ И МАТ И, 2000. – С.63–65.
7. Shah D. M. The Effect of Orientation, Temperature and Gamma Prime Size on the Yield Strength of a Single Cristal Nickel Base Superalloy / D. M. Shah, D. N. Duhl; In Superalloys 1984; ed. M. Gell et al. // The Metallurgical Society of AIME. – Р. 105–114.
8. Строганов Г. Б. Литейные жаропрочные сплавы для газовых турбин / Г. Б.Строганов, В. М. Чепкин. – М.: ОНТ И МАТ И, 2000. – 128 с.
9. Кишкин С. Т. Литейные жаропрочные сплавы на никелевой основе / С. Т. Кишкин, Г. Б. Строганов, А. В. Логунов. – М: МИСИС, 2001. – 126 с.
10. Dong H. B. Simulation of equiaxed growth ahead of a advancing columnar front in directionally solidified Ni-base superalloys / H. B. Dong, X. L.Yang, P. D. Lee // Journal of materials science. – 2004. – 39. – P. 7207–7212.
11. Каблов Е. Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей (сплавы, технология, покрытия) / Е. Н. Каблов. – М.: МИСИС, 2001. – 632 с.
12. Влияние геометрии сварочной ванны на структуру металла швов монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов / К. А. Ющенко, И. С. Гах, Б. А. Задерий [и др.] // Автоматическая сварка. – 2013. – № 5. – C. 46–51.
13. О природе зерен случайной ориентации в сварных швах монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов / К. А. Ющенко, Б. А. Задерий, И. С. Гах [и др.] // Металлофизика и новейшие технологии. – 2013. – 35, № 10. – С. 1347–1357.
14. Склонность к образованию трещин и структурные изменения при ЭЛС монокристаллов жаропрочных никелевых суперсплавов / К. А. Ющенко, Б. А. Задерий, Е. П. Полищук [и др.] // Автоматическая сварка. – 2008 – № 2. – C. 10–19.
15. Гах І. С. Фізико-технологічні особливості електронно-променевого зварювання високонікелевих жароміцних сплавів з монокристалічною структурою: автореферат дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: спец. 05.03.06 «Зварювання та спорідненні процеси і технології» / І. С. Гах. – Київ: ІЕЗ ім. Є. О. Патона, 2011 р. – 20 с.
16. Рабкин Д. М. Дуговая сварка алюминия и его сплавов / Д. М. Рабкин, В. Г. Игнатьев, И. В. Довбищенко. – М.: Машиностроение, 1982. – 95 с.
17. Рыкалин Н. Н. Расчеты тепловых процессов при сварке / Н. Н. Рыкалин. – М.: Машгиз, 1951. – 296 с.
18. Теоретические основы сварки / В. В. Фролов, В. А. Винокуров, В. Н. Волченко [и др.]; под ред. В. В.Фролова. – М.: Высшая школа, 1988. – 559 с.
19. Оценка температуры в канале проплавления при ЭЛС разнородных металлов / Е. С. Соломатова, Д. Н. Трушников, В. Я. Беленький [и др.] // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 2. – С. 21–26.
20. Панин В. Е. Структурные уровни деформации твердых тел / В. Е. Панин, В. А.Лихачев, Ю. В. Гриняев. – Новосибирск: Наука, 1985. – 226 с.
21. Кооперативные деформационные процессы и локализация деформации / В. А. Лихачев, В. Е. Панин, Е. Э. Засимчук [и др.]; отв. ред. В. В. Немошкаленко; АН УСС Р, Ин-т металлофизики. – К.: Наукова думка, 1989. – 319 с.
22. Малыгин Г. А. Самоорганизация дислокаций и локализация скольжения в пластически деформируемых кристаллах / Г. А. Малыгин // Физика твердого тела. – 1995. – Т. 37. – Вып. 1. – С. 3–42.
23. Сарафанов Г. Ф. К теории образования неоднородных дислокационных структур / Г. Ф. Сарафанов // Физика металлов и металловедение. – 1998. – Т. 85. – Вып. 3. – С.46–53.
24. Конева Н. А. Физическая природа стадийности пластической деформации / Н. А. Конева, Э. В. Козлов. – Известия вузов. Физика. – 1990. – № 2. – С. 89–106.