ПРОБЛЕМЫ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЖАРОПРОЧНЫХ CПЛАВОВ, ПОЛУЧАЕМЫХ МЕТОДОМ МЕТАЛЛУРГИИ ГРАНУЛ (статья)

Жаропрочные никелевые сплавы, созданные в 40-х годах прошлого века, и сегодня остаются основными материалами для производства наиболее ответственных деталей газотурбинных и ракетных двигателей, а также установок для газоперекачки, энергетики и др.

Постоянное повышение жаропрочности и связанное с этим усложнение состава сплавов привело к тому, что получение из них заготовок дисков, валов и других деталей оказалось весьма проблематичным.

Гранульная металлургия явилась той технологией, которая обеспечила надежное изготовление заготовок из деформируемых никелевых жаропрочных сплавов с уровнем кратковременной прочности of > 1400 МПа.

Детали, полученные гранульной металлургией, успешно работают в газотурбинных двигателях 4-го поколения, и в настоящее время они активно применяются в силовых установках самолетов и ракет, газоперекачивающих установках и других высоко-нагруженных машинах.

Технология гранульной металлургии обеспечила:

минимальную дендритную и зональную ликвацию, что в свою очередь позволило реализовать высокий уровень равномерности механических характеристик во всех объемах деталей;

существенное улучшение деформируемости материалов (при этом в ряде технологических про цессов деформировать материал не требуется, поскольку возможным становится получение деталей окончательных размеров — изготовление нетто-деталей весьма сложной конфигурации);

лучшую обрабатываемость механическим инструментом, что существенно снизило трудозатраты, связанные с производством двигателей;

возможность получать целиком сложные узлы, ранее изготавлявшиеся из отдельных деталей, которые затем соединяли сваркой или другими способами. При этом различные элементы указанных узлов могут быть выполнены из разных, наиболее отвечающих их функциональному назначению, материалов.

Успехи гранульной металлургии оказались столь впечатляющими, что в настоящее время создание новых газотурбинных двигателей, установок и других изделий в значительной мере связано с применением этой эффективной технологии. Вместе с тем ее успешное использование требует решения ряда проблем, влияющих на уровень получаемых эксплуатационных характеристик.

Основными элементами технологии гранульной металлургии являются следующие:

распыление жидкого сплава (металла) или его диспергирование;

рассев гранул;

сепарация и очистка гранул от металлических и неметаллических включений;

дегазация гранул, засыпка и их герметизация в капсулах;

• компактирование, штамповка и прессование.
Цель настоящей работы — поэтапный анализ

каждого из этих элементов и выявление технологических возможностей повышения качества изготавливаемого продукта.

1. Получение гранул

В настоящее время в практике используются два способа получения гранул (рис. 1 и 2):

• газоструйное распыление жидкого металла;

• центробежное плазменное распыление быстровращающегося электрода.

Как известно, при газоструйном распылении жидкий металл получают путем расплавления в керамическом тигле индукционной печи. И хотя сегодня существуют эффективные методы фильтрации жидкого металла, позволяющие заметно снизить в нем содержание неметаллических включений, все-таки их содержание в получаемых гранулах оказывается выше, чем в случае плазменного распыления вращающегося электрода, при производстве которого используют двойной вакуумный переплав (ВИ + ВДП, ВИ +ЭШП, ВИ + ЭЛП), табл. 1 [1].

Кроме того, при распылении жидкого металла в аргоне он захватывается образующимися гранулами в результате захлопывания разлетающихся капель, что приводит к образованию внутригранульной пористости, отрицательно влияющей на механические характеристики скомпактированного материала. Поэтому при такой схеме особенно важным является использование мелких гранул, которые имеют существенно меньшую пористость. Однако использование более мелких гранул приводит к снижению выхода годного материала и к удорожанию процесса.

Для получения гранул используется технология центробежного распыления плазмой быстровращающегося электрода на установках УЦР (рис. 3)