Анотація до роботи:

Звягінцева Г.В. Структурні та фазові перетворення в жароміцних нікелевих сплавах і їх роль в утворенні тріщин в зварних з’єднаннях.-Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.16.01-«Металознавство й термічна обробка металів»

Дисертаційна робота присвячена дослідженню основних фізико-хімічних процесів, що відбуваються в зоні термічного впливу зварного зєднання нікелевих сплавів під дією зварювального циклу. Систематизовано експериментальні результати, що визначають імовірність появи й місця розташування тріщин у зварних зєднаннях нікелевих сплавів з різним ступенем легування. Проведені дослідження механізму утворення та розповсюдження тріщин в ЗТВ зварного з’єднання при зварюванні плавленням.

Визначено, що в момент проходження зварювальної дуги в ЗТВ метала біля лінії сплавлення утвориться зона з повністю аустенітною структурою, де відбуваються фазові перетворення за схемою: g+ggg+g, і яка відповідає розмірам температурного інтервалу T_L – T_solvus, тобто залежить від ступеня легування матеріалу, температури й часу перебування матеріалу вище температури повного розчинення часток g’-фази. Виходячи із цього, розглянуті процеси розчинення й коагуляції часток g-фази у високолегованих сплавів з вмістом g-фази більше 45 % при високотемпературному нагріванні. Визначено, що уповільнюючи швидкість охолодження з температур повного розчинення з 20 С/хв до 0,2 С/хв можна підвищити відносне подовження d в інтервалі провалу пластичності в 2-2,5 рази. При цьому розмір часток g-фази змінюється відповідно з 0,1...0,15 мкм до 1...3 мкм.

Було розроблено та випробувано методики оцінки комплексу характеристик тріщиностійкості, міцності та пластичності. Розроблено рекомендації з оптимізації розмірів часток g-фази з метою підвищення пластичних властивостей нікелевих сплавів.

Отримані дані дають можливість поліпшити стійкість до утворення тріщин в ЗТВ зварних з’єднань обмежено зварюваних нікелевих сплавів при зварюванні плавленням за допомогою керування структурними складовими до операції зврювння та під час одержання званого з’єднання.

1. В процесі зварювання в жароміцних нікелевих сплавах із вмістом g-фази від 8 % до 60 % в зоні термічного впливу, в результаті (g+g)g(g+g) перетворення утворюються тріщини по границям зерен. Розміри зони, в якій відбуваються фазові перетворення залежать від ступеня легування твердого розчину, температури й часу перебування матеріалу вище температури повного розчинення часток g-фази (T_solvus). Наявність дрібних часток g-фази, що знов утворилися під час охолодження і мають розмір 0,05...0,15 мкм (розмір часток g-фази в основному металі 0,4...0,9 мкм), призводить до підвищення щільності дислокацій та вірогідності утворення тріщин і, як наслідок, збільшенню міцності та рівня залишкових напружень II роду на границі g/g фаз та І роду на мікрорівні.

2. З підвищенням у нікелевих сплавах сумарного відсотка вмісту g-утворюючих легуючих елементів (Al+Ti+Nb+Hf) від 2,44 % до 9,5 % збільшується процентний вміст часток, що виділилися при охолодженні g-фази, від 8,2 % до 57 %, підвищується температура початку розчинення g-фази (Т_п.р.) із Т_п.р. = 730 С до Т_п.р. = 860 С, і кінця розчинення (Т_к.р.) g-фази із Т_к.р. = 850 С до Т_к.р. = 1230 С, розширюється також температурний інтервал між початком і кінцем g+ggg+g перетворення з 120 С до 370 С.

3. Збільшення розмірів часток g-фази в аустенитній матриці до 3 мкм за рахунок уповільнення швидкості охолодження від температур повного розчинення дає можливість підвищити пластичність металу, його релаксаційну спроможність, знизити щільність дислокацій та значно підвищити стійкість до утворення тріщин в ЗТВ зварного з’єднання.

4. Показано, що зниженя пластичності в інтервалі температур 600...850С в полікристалічному сплаві ЧС-70 с 50 % g-фази пов’язано з низькою деформаційною спроможністю та утворенням МоО₃ , а в інтервалі температур вище T_solvus – із утворенням матричної рідкої фази по границям зерен та досягненням нульової пластичності при температурах близьких до температур плавлення.

5. Розроблено технологічні рекомендації, що підвищують стійкість високолегованих нікелевих сплавів проти утворення тріщин в ЗТВ за рахунок коагуляції частинок g-фази та їх розподілу по тілу зерна шляхом попередньої термообробки, зниженням погонної енергії (до 350 Дж/мм) та обмеженням під час зварювання перебування виробу в температурному інтервалі провалу пластичності (600-850 С).

Публікації автора:

1. Ющенко К.А., Савченко В.С., Звягинцева А.В. Влияние структурных изменений при высокотемпературном нагреве на характеристики пластич-ности никелевых сплавов // Автоматическая сварка. - 2001.- №4.- С.14-18.

2. Ющенко К.А., Савченко В.С., Звягинцева А.В. Влияние термообработки и степени легирования на структурные изменения никелевых сплавов // Автоматическая сварка. - 2004. - № 7. – С.14-16.

3. К.А. Ющенко, В.С. Савченко, Н.О.Червяков, А.В.Звягинцева А.В. Характер образования горячих трещин при сварке литых жаропрочных никелевых сплавов // Автоматическая сварка. - 2004. -№ 8. - С.35-40.

4. К.А. Ющенко, В.С. Савченко, Л.В. Червякова, А.В. Звягинцева. Высокотем-пературная газовая коррозия лопаток турбин из никелевых сплавов в процессе эксплуатации // Автоматическая сварка. – 2005. - № 5. – С.12-14.

5. К. Ющенко, В. Савченко, Л. Червякова, А. Звягинцева, И. Федулова. Исследование причин образования трещин при сварке технологических трубопроводов печи реформинга агрегата производства аммиака // Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2006. - спеціальний випуск №5. - С.502-508.

6. Звягинцева А.В. Влияние структурных изменений при высокотемпературном нагреве, имитирующем сварочный цикл, на характеристики пластичности никелевых сплавов // І Всеукраинская научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов «Сварка и родственные технологии» (22-24 мая 2001г). Тезисы докладов.- Киев, 2001. - С.67.

7. Ющенко К.А., Савченко В.С., Звягинцева А.В. Влияние степени легирования никелевых сплавов на морфологию упрочняющей фазы при технологической обработке // II Всеукраїнська науково-технічна конференція молодих учених та спеціалістів „Зварювання та суміжні технології” (25-27 червня 2003 р.). Збірка тезисів. – Київ, 2003. - С.99.

8. Ющенко К.А., Савченко В.С., Звягинцева А.В. Определение температур нулевой пластичности и нулевой прочности высоконикелевого сплава // Матеріали III Всеукраїнської науково-технічної конференції молодих учених та спеціалістів „Зварювання та суміжні технології” ( 25-27 травня 2005 р.). – Київ, 2005.- С.119-120.

9. K.A. Yushenko, V.S. Savchenko, N.O. Chervyakov, A.V. Zvyagintseva. Character of Hot Crack Formation during Welding of Cast Heat-Resistant Nickel Alloys // Hot Cracking Phenomena in Welds. -Springer-Verlag: Horst Herold, 2005. - P.71-83.

10. Ющенко К.А., Савченко В.С., Наконечный А.А., Червякова Л.В., Звягинцева А.В., Рабинович А.А., Грязнов в Б.А., Гопкало А.П., Налимов Ю.С. Ремонт сваркой плавленим робочих лопаток ГТД из нікелевого сплава ЭП-539ЛМ. Динамика, прочность и ресурс машин и конструкцій. Тезисы докладов международной научно-технической конференции. Киев, Украина,1-4 ноября 2005г. Т.2 с.397-398.

11. Ющенко К.А., Савченко В.С., Червякова Л.В., Морозова Р.І., Звягінцева Г.В., Червяков М.О. Ремонт та подовження ресурсу лопаток зі сталі 20Х13Ш осьового компресора агрегату ГТК-10 // Проблеми ресурсу і безпеки експлуатації конструкцій, споруд та машин.. – Київ: ІЕЗ ім.Є.О.Патона, 2006. - С.497-500.

12. Звягінцева Г.В., Ющенко К.А., Савченко В.С.Структурні особливості зони термічного впливу зварних з’єднань дисперсійно зміцнюваних нікелевих сплавів // Матеріали IV Всеукраїнської науково-технічної конференції молодих учених та спеціалістів „Зварювання та суміжні технології” ( 23-25 травня 2007р.). – Київ, 2007.- С.175.