3 / 19
Исследование влияния переменного управляемого температурного градиента…
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2016. № 6
45
ем (в зависимости от элемента конструкции лопатки)
= 350…500 мкм, крупными
выделениями частиц
-фазы (~50 мкм) в эвтектике
-
, частиц упрочняющей
-фазы (~1,0 мкм), а также значительной пористостью (до
V
п
~ 0,8 %).
Формирование крупнодендритной структуры сопровождается значительной
дендритной ликвацией элементов (Al, Ti, W, Re …) между осями дендритов и
межосным пространством, значительным размером и количеством пор, обра-
зующихся в межосном пространстве вблизи выделений эвтектики
-
. Направ-
ленная кристаллизация в условиях невысокого температурного градиента часто
приводит к образованию на поверхности отливок нарушений структуры в виде
струйчатой полосчатости (специфический дефект) в НК, состоящей из крупных
выделений эвтектики
-
и карбидов (freckles) [7].
Материалы и методы.
Для решения проблем повышения качества одно-
родной структуры, снижения дендритной ликвации, пористости в отливках ло-
паток ГТД используют энергоемкие, требующие значительных материальных
затрат технологически сложные процессы высокотемпературной гомогениза-
ции и газостатического прессования (ГИП).
Необходимость в более эффективном отборе теплоты привела к созданию про-
цесса направленной кристаллизации с жидкометаллическим охлаждением — метод
LMC (Liquid Metal Cooling) [8–10] (рис. 1,
б
). В этом процессе керамическую форму
с расплавом ЖС перемещают из зоны нагрева в зону охлаждения, где погружают в
ванну с жидким охлаждающим металлом. Использование конвективного охлажде-
ния существенно повышает скорость теплоотвода, так как отливка охлаждается в
3–4 раза эффективнее, чем при охлаждении излучением с поверхности формы.
При разработке процесса НК методом LMC в ВИАМе в середине 1970-х го-
дов были созданы лабораторные установки УВНЭС-3 и ВИАМ-1790 [1]. Темпе-
ратурный градиент на фронте роста повысился до значений
G
~ 50…60
С/см.
На базе разработанного метода была реализована промышленная технология
высокоскоростной (ВСНК) направленной кристаллизации, а также создано
промышленное плавильно-литейное оборудование — установки типа УВНК-8,
где вследствие повышения интенсивности охлаждения формы удалось увели-
чить скорость кристаллизации и уменьшить размер структурных составляющих.
На установках типа УВНК-8 в качестве жидкометаллического охладителя при
ВСНК использовали расплав алюминия [11], за рубежом — расплав олова [8].
Однако было замечено, что увеличение скорости роста приводит к увеличению
кривизны межфазной поверхности (фронта роста), высоким радиальным темпе-
ратурным градиентам, росту вторичных ветвей дендритов и зарождению зерен на
стенках формы [8]. Для формирования однородной тонкодендритной структуры,
уменьшения дендритной ликвации и пористости в ВИАМе был разработан про-
цесс высокоградиентной НК литейных ЖС [12, 13], который позволил осуще-
ствить НК при температурном градиенте на фронте роста
G
≥ 200
С/см [14, 15].
При НК с невысоким температурным градиентом (метод Бриджмена — HRS) вы-
сота жидкотвердой области достигает десятков миллиметров (рис. 2,
а
), при этом