Остання редакція: 2016-02-22
Тези доповіді
Михнян О.В.
(ФТІМС НАНУ, м. Київ)
E-mail: mixnyan@ukr.net
При отриманні литих лопаток газотурбінних двигунів (ГТД) в результаті взаємодії розплаву з матеріалами оболонкової формита стрижнівможе утворюватись пригар, що негативновідображається на експлуатаційних характеристикахдеталей. Підвищення термічної та хімічної стійкості вогнетривкої кераміки було досягнуто розробкою у ФТІМС НАНУ нового складу матеріалів ливарної оснастки за допомогою комплексного модифікування.
В даній роботі автором за допомогою термодинамічних методів була проведена оцінка граничного значення тиску при процесі плавлення у вакуумній печі або атмосфері інертних газів, при якому ступінь взаємодії на межі розплав– кераміка при процесі отримання спрямованих кристалізованих деталей, є найменшою. Як матеріал для дослідження використовували жароміцний нікелевий сплав типу ХН60КМЮВТ та комплексномодифіковану кераміку на основі корунду. Підвищення міцності та термічної стійкості модифікованої кераміки базується на утвореннібільш термостійкої сполуки -муліту (3Al2O3× 2Si2), за рахунок введення порошків алюмінію та кремнію в основу.Реакцію взаємодії муліту з вуглецем, розчиненим у нікелевому розплаві, з переходом алюмінію й кремнію в розплав можна представити у вигляді ряду послідовних реакцій:
3Al2O3× 2Si2 (T)® 6Al(T) + 2Si(T) + 13/2 O2(г) (1)
Після ряду перетворень формул, сумарнавсіхперерахованихвищереакцій буде мативигляд:
3Al2O3×2Si2 +13[C]Ni®6[Al]Ni + 2[Si]Ni + 13CO(г) (2)
Для Т=1633 К:DGT = 926440 – 898280 = 28159 (3)
LgKp= 28159 / 2,303 × 1,98× 1633 = - 3,78; Kp= 1,65 × 10-4 (4)
Для реакції(2) константа рівноваги:
, (5)
Звідси рівноважний тиск оксиду вуглецю можна розрахувати за формулою:
(6)
Раніше розраховані коефіцієнти активності вуглецю, алюмінію та кремніюдля сплаву типу ХН60КМЮВТ: fc= 0863; fAl = 34,83,fSi = 1,12 при Т=1633 К.Розраховані в роботі значення рівноважного тиску оксиду вуглецю, що є критерієм ступеню взаємодії сплаву з керамічними матеріалами, за рівнянням (6) становить: РСО = 0,0025 атм (252 Па). Тобто якщо зовнішній тиск стає меншим за рівноважний тиск СО в зоні контакту, то інтенсифікується процес взаємодії.
Зважаючи на вищезгадане,автору було важливо емпірично перевірити, на скільки розраховані значення параметрів технологічного процесу, корелюють з даними дослідів.Були отримані зразки сплаву, плавка та заливання яких проводилась у формах зі звичайної та комплексномодифікованої кераміки за регламентованими параметрами плавлення та кристалізації окремих деталей ГТД (лопатки компресорів високого тиску) з орієнтованою структурою. Зона контакту метал – форма отриманих зразків на виготовлених шліфах контролювалась металографічно та за допомогою МРСА (рис.). Було виявлено суттєве звуження шару взаємодії для зразків, котрі залиті у комплексномодифіковану кераміку при дотриманні розрахованого за допомогою термодинамічних рівнянь тиску.
Рис. - Мікроструктура контактного шару форма –виливок.