Закономірності формування структури приповерхневого рекристалізованого шару в процесі відновлювальної термічної обробки нікелевих жароміцних сплавів

Анотація

В   сучасних  нікелевих жароміцних сплавах типу ЖС32 із спрямованою та монокристалічною структурою на поверхнях, що попередньо піддавались механічній обробці, при наступній ізотермічній витримці в околі температур гомогенізації тривалістю понад 15 хв. утворюється приповерхневий рекристалізований шар глибиною до 40-65 мкм у вигляді ланцюга зерен.  Формування такого шару є побічним негативним ефектом, що стримував промислове застосування вакуумної термічної обробки з метою усунення наслідків локальної експлуатаційної деградації (рафт-структура) на перегрітих вхідних кромках небандажованих газоохолоджууваних робочих лопаток турбіни високого тиску ряду сучасних авіаційних газотурбінних двигунів. З огляду на технічну складність усунення видалення  такого рекристалізованого шару з трактової поверхні тонкостінних  газоохолоджуваних лопаток актуальна розробка технологічних заходів з метою переведення границь зерен у його невидалених  залишках  у більш безпечний з точки зору подальшої експлуатації структурний стан. Методами растрової електронної мікроскопії та енергодисперсійного аналізу на фрагментах робочих лопаток турбін високого тиску з  НЖС ЖС26-НК з  направленою та ЖС32-ВИ з монокристалічною структурою досліджено закономірності формування  рекристалізованого шару в процесі 3-х стадійної відновлювальної вакуумної термічної обробки. Встановлено, що рекристалізований шар, який утворюється в процесі витримки 1,25-1,5 год. при температурі гомогенізації сплаву,  представляє собою ланцюг зерен з щільно упакованою  γ׳-фазою  та пограничними прошарками з незміцнюючої γ׳-фази  шириною до 1-3 мкм і частками карбідної фази. Показано, що ефективним засобами управління структурним станом границь зерен в такому приповерхневому  рекристалізованому шарі є раціональний вибір температури  високотемпературного старіння. Вибір  для ізотермічної витримки сплавів ЖС26 і ЖС32 після гомогенізації температури 1050 °С дозволяє знизити у  рекристалізованому шарі ширину границь зерен  до 1-2 мкм, зберегти їх переривчастими і уникнути систематичних виділень карбідних фаз по границям зерен. На базі закономірностей утворення і керування структурою приповерхневого рекристалізованого шару, розроблено технологічні рекомендації щодо оптимізації  режимів вакуумної термічної обробки для відновлення структури небандажованих газоохолоджуваних робочих лопаток  з НЖС типу ЖС32. Технологія  пройшла дослідно-практичну перевірку при  наступному міжремонтному циклі льотної експлуатації на одному з сучасних   турбореактивних двоконтурних двигунів з  форсажною камерою згоряння.