Термическая обработка сварных соединений жаропрочных никелевых сплавов

Введение 3
Глава 1. Обзор литературы 5
1.1 Жаропрочный никелевый сплав ВВ751П 5
1.2 Ползучесть металлов 9
1.3. Сварка трением 14
1.3.1 Линейная сварка трением 14
1.3.2 Инерционная сварка трением 16
1.4 Термическая обработка 17
1.5 Метод анализа EBSD 25
Глава 2. Материалы и методика исследований 27
2.1 Методы получения и обработки образцов 27
2.2 Методика подготовки микрошлифов 29
2.3 Методика исследования структуры на оптическом микроскопе 30
2.4 Методика исследования структуры на растровом электронном микроскопе 31
2.5 Методы термической обработки 32
2.6 Методы испытаний 33
Глава 3. Результаты и их обсуждения 36
3.1 Результаты микротвердости 36
3.2 Результаты металлографического анализа 39
3.3 Результаты кратковременной прочности 42
3.4 Результаты длительной прочности 43
3.5 Результаты EBSD анализа 44
Заключение 45

Весь текст будет доступен после покупки

Никелевые сплавы являются одними из наиболее широко используемых материалов в различных отраслях промышленности, включая аэрокосмическую, энергетическую и нефтегазовую. Они обладают уникальным набором механических свойств, химической стойкостью и способностью работать при высоких температурах. Однако, для обеспечения оптимальных характеристик никелевых сплавов важно правильно контролировать их микроструктуру и механические свойства. Одним из ключевых процессов, влияющих на свойства сварного соединения никелевого сплава, является термообработка.
Термообработка — это технологический процесс, который включает нагрев и последующее охлаждение материала с целью изменения его микроструктуры и механических свойств. В контексте сварных соединений никелевого сплава, термообработка может оказывать значительное влияние на качество и прочность сварного соединения. Она может помочь устранить внутренние напряжения, вызванные сваркой, и обеспечить оптимальное соотношение между прочностью и пластичностью сварного соединения.
При термообработке никелевого сплава происходят различные изменения в его микроструктуре. Эти изменения включают рекристаллизацию зерен и диффузию атомов. В результате термообработки могут изменяться такие механические свойства, как прочность, твердость, удлинение при разрыве и ударная вязкость сварного соединения.

Весь текст будет доступен после покупки

1.1 Жаропрочный никелевый сплав ВВ751П

Легированные сплавы на основе никеля широко используются в производстве газотурбинных двигателей для изготовления рабочих и сопловых лопаток, а также в некоторой мере для турбинных дисков и колец. Благодаря сложному процессу легирования, сплавы этой группы обладают более высокими свойствами термостойкости по сравнению со сплавами на основе железа и даже кобальта. Жаропрочные никелевые сплавы обладают разнообразными механическими свойствами, что делает их предпочтительным материалом для применения в высокотемпературных процессах. Некоторые из основных механических свойств жаропрочных никелевых сплавов включают в себя:
1. Жаропрочность. Жаропрочные никелевые сплавы могут выдерживать температуры до 1093оС градусов Цельсия без значительной потери своих механических свойств.
2. Коррозиностойкость. Жаропрочные никелевые сплавы могут противостоять окислению и другим формам коррозии в высокотемпературных условиях.
3. Износостойкость. Жаропрочные никелевые сплавы не изнашиваются так быстро, как другие материалы, когда подвергаются высоким температурам и механическому напряжению.
4. Пластичность. Сплавы могут быть легко обрабатываемы на различных оборудованиях.
Наличие этих механических свойств позволяет жаропрочным никелевым сплавам применяться в различных отраслях, таких как аэрокосмическая, энергетическая и других.
Никель при 800ОС имеет 100-ч. длительную прочность 4 кГ/мм¬2[1,2].
Добавление 20% хрома к жаропрочному никелевому сплаву относительно незначительно увеличивает его прочность при высоких температурах, и повышение предела длительной прочности составляет около 25-30%. Применение примеси титана (2,5-3,0%) в нихромовых сплавах способствует образованию высокодисперсных интерметаллидных фаз при умеренных температурах. Это повышает сопротивление сплава пластической деформации и увеличивает его 100-часовую длительную прочность при 800°C до 15 кГ/мм2.Внедрение в нихромовые сплавы титана вместе с бором повышает ее до 20 кГ/мм2.
Так же значительному повышению жаропрочности содержания титана или алюминия (или их суммы) вместе с бором и тугоплавками элементами – W, Moили Nb (при 800ОС ?100 = 50 кГ/мм2) (рис 1).

Рисунок 1.1. Изменение температуры, отвечающей ?100 = 20 кГ/мм2, сплавов на никелевой основе в зависимости от содержания титана и алюминия или их суммы: 1 – сплавы, содержащие алюминий и титан; 2 – сплавы, содержащие только алюминий.
Исследования показали, что при легировании титаном никелевых и никельхромистых сплавов, таких как сплав типа 80-20, характеристическая температура, пределы длительной прочности и внутреннее трение увеличиваются [3].
Другое исследование [4] выявило определенную зависимость между скоростью роста частиц второй фазы в процессе старения никелевого сплава и его длительной прочностью. Добавление примеси бора ускоряет процесс увеличения размеров частиц второй фазы, в то время как повышение содержания алюминия замедляет этот процесс.
В работе [5] показано, что молибден, вольфрам и хром, добавленные отдельно в никель, увеличивают твердость, жаропрочность, электросопротивление и параметр решетки твердого раствора. Влияние хрома и алюминия на длительную прочность при температурах 700°C и 750°C, а также на степень искажения кристаллической решетки в присутствии одинакового количества упрочняющей фазы ?' было исследовано в работе [6]. Показано, что увеличение содержания хрома способствует повышению длительной прочности. Согласно авторам, микроискажения в твердом растворе и внутренние напряжения, образующиеся вокруг дисперсных частиц при старении, значительно снижают длительную прочность.
Определены количественные зависимости между скоростями роста частиц ?`- фазы в процессе старения и изменением скорости ползучести в связи с длительностью испытания.
Существует определенная взаимосвязь между длительной прочностью, твердостью при соответствующей температуре испытания и количеством упрочняющих фаз, которые образуются в никельхромистых сплавах в результате термической обработки. При увеличении содержания титана, алюминия или их суммы в никельхромистом сплаве, наблюдается увеличение количества интерметаллидной фазы типа ?'.
BB751П — металлический сплав, основу которого составляет никель (Ni), его содержание в BB751П может колебаться в диапазоне от 50.09% до 59%. Обязательно в сплаве BB751П присутствуют кобальт, хром, молибден, алюминий, ниобий, вольфрам, титан, ванадий, углерод. Допустимое количество примесей определено в таблице химического состава. ГОСТ Р 52802 – 2007.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Химушиин Ф.Ф. Жаропрочные газотурбинные стали и сплавы. Современные сплавы и их термическая обработка. МДНТП им. Ф.Э. Джерзинского. Магиз, 1958.
2. Химушиин Ф.Ф. Легирование, термическая обработка и свойства жаропрочных сталей и сплавов. Оборонги, 1962.
3. Сб. “Исследования по жаропрочным сплавам”, т . II. Изд. АН СССР, 1957.
4. Левин Е.Е., Пивник Е.М. Металловедение и термическая обработка металлов, 1959, №6, с. 46.
5. Корнилов И.И. Физико-химические основы теории жаропрочности. Изд-во АН СССР, 1960.
6. Миркин И.Л., Канчеев О.Д. Металловедение и термическая обработка металлов, 1967, №1, с. 8.
7. Либерова Ю.П., Цепева А.Б. Суперсплавы II, Жаропрочные материалы для аэрокосмических установок, Москва «Металлургия», 1995, №1.
8. H.J. Murphy, C.T. Sims and G.R. Heckman, Trans AIME, 239, 1961-78 (1967).
9. G.R. Heckman, ASME Preprint 67-GT-55, Gas Turbine Conference and Products Show, Houston, TX, March 1967.
10. Работнов Ю.Н., Сопротивление металлов, Государственное издательство физико-математической литературы, Москва, 1962г.
11. M. Preuss, P. L. Threadgill, I. Bhamji, A. C. Addison. Solid state joining of metals by linear friction welding: a literature review // Mater. Sci. &Technol. – 2010. – 27; 2011. – № 1. – Р. 2–12.
12. A.M. Husnullin, R.M. Kashaev. Control of linear friction welding // Letters on materials 6. 2016. N 3. pp. 227-230.
13. И. В. Зяхор, М. С. Завертанный, С. В. Чернобай. Линейная сварка трением металлических материалов(Обзор) // VI выставка Индия–Эссен «Сварка&Резка». 2014.с.36.
14. Bertrand Flipo, Kathryn Beamish, Bryan Humphreys, Martin Wood. Linear friction welding of Ti-6Al-4V for aerostructure applications // Trends in Welding Research Proceedings of the 10th International Conference, Tokyo, Japan, 11 - 14 October 2016.
15. Wanjara P., Jahazi M. Linear friction welding of Ti–6Al– 4V: Processing, microstructure, and mechanical-property interrelationships, metal // Mater. Trans. A.–2005.–36.– P.2149–2164.

Весь текст будет доступен после покупки