РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ Ni-Cr С КОМПОЗИЦИОННЫМ ПОКРЫТИЕМ

В статье описан способ изготовления образцов жаропрочного сплава на никелевой основе с последующим нанесением композиционного покрытия на основе (Cr-Al-Co-редкоземельная группа), полученного плазменным методом. Получены модельные жаропрочные сплавы на основе Ni-Cr (20Х23Н18) с заданной структурой. Изготовление опытных отливок 20Х23Н18 включало следующие операции: нагрев мерной шихтовой заготовки готового сплава; нагрев до температуры 1600 °С и расплавление металла в вакууме 10⁻²–10⁻⁴ Па.; заливка образца в форму при температуре металла 1480–1530 °С, температура формы при этом составляла 950-1000°С. Произведены расчеты и математическая модель процесса формирования слитка, отражающая последовательности кристаллизации и непрерывность питания объема по высоте, температурное поле составной оболочки. Разработанная математическая модель показала, что в процессе производства слитков заливка расплава должна производиться при постоянном его уровне в воронке. Поэтому заполнение металлом изложницы рассматривалось как истечение жидкости из одного сосуда в другой с постоянным и переменным уровнем. Время заполнения изложницы определено как величина расхода при течении расплава через керамику литейного припаса. Предложена ионно-плазменная технология двухслойного покрытия с внутренним металлическим и внешним керамическим слоями на подготовленной поверхности матрицы жаропрочного сплава 20Х23Н18: Cr/Al/Co (поочередное нанесение слоев) + ZrO₂-Y₂O₃. Общая толщина двухслойного теплозащитного покрытия составила 180–190 мкм. Общая толщина внутреннего слоя (Cr/Al/Co) – 60–65 мкм с содержанием Al – 30–35% масс., Cr – 40–44% масс., Cо – 30–34% масс. Толщина внешнего керамического покрытия составила (ZrO₂-Y₂O₃)120-130 мкм, концентрация оксида иттрия и оксида циркония в жаростойком слое составила соответственно 40-43% масс., 60-63% масс. Нанесение покрытий осуществляли на ионно-плазменной установке, представляющей собой вакуумную камеру с двумя магнетронными распылительными системами несбалансированного типа и ионный источник с замкнутым дрейфом электронов.

1. Хапонен Н.А., Лисянский А.С. Живучесть турбин вблизи и за пределом паркового ресурса // Безопасность труда в промышленности. – 2004. – №7. – С.16.

2. Гладштейн В.И. Влияние времени наработки до 350 тыс. часов на служебные характеристики и структуру литых корпусных деталей паровых турбин и арматуры // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2007. - № 2. – С.21-23.

3. Дашунин Н.В., Манилова Е.П., Быбников А.И. Фазово-структурные превращения в 12%-ной хромистой стали ЭП 428 во время длительной эксплуатации рабочих лопаток // Металловедение и термическая обработка металлов. – 2007. - №1. – С.23-29.

4. Смирнов Б.М. Кластеры с плотной упаковкой // УФН. – 2002. - Т. 162, № 1. - С.119.

5. Garvin R. The commercial emergence of GE Aircraft Engines. – AIAA, 2009, р.134.

6. Langer J.S., Lemaitre A. Dinamic model of super-arrhenius relaxation in glassy materials // Phys. Rev. Lett. – 2005. – Vol. 94. – 175701.

7. Gleiter H. Nanocrystalline materials: Basic concepts and microstructure // ActaMaterialia. – 2010. – Vol. 48 (1) - P. 12-17.

8. Ino S. Stability of multiply-twinned particles // J. Phys. Soc. Japan. – 1969. – Vol.27(4). – P. 941.

9. Бульёнков Н.А., Тытик Д.Л. Модульный дизайн икосаэдрических металлических кластеров // Известия АН. – 2011. - № 1. – С.14-18.

10. Абдуллин И. Ш., Миронов М. М., Гребенщикова М. М. и др. Патент RU 2423547 C2. 10.07.2011;

11. Петров, Л.М. Многослойные ионно-плазменные покрытия в тяжелонагруженных узлах трения / Л.М. Петров, А.П. Сычев, П.Г. Иваночкин, Ю.В. Жукова // Новые материалы и технологии в машиностроении. – 2008. – № 8. – С. 65–68.

12. Кривобоков, В.П. Плазменные покрытия (методы и оборудование) / В.П. Кривобоков, Н.С. Сочугов, А.А. Соловьёв. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2008. – 104 с.;

13. Чуркин Б. С. Теория литейных процессов: учебник / Б. С. Чуркин, под ред. Э. Б. Гофмана. – Екатеринбург: РГППУ, 2006. – 453 с.;

14. Зборщик А. М. Специальные виды литья: конспект лекций / А. М. Зборщик. – Донецк: ГВУЗ «ДонНТУ», 2007. – 158 с.