2.3.2.4. Контроль качества при разных методах литья

2.3.2.4.1. Макроструктура жаропрочных сплавов

Количество макрозерен в отливках определяется температурными условиями у донной стенки керамичес­кой формы. При расстоянии между дном формы и охлаждающей средой -Q мМ (ддя установки В-1790), дно формы легко прогревается до темпера­туры. превышающей температуру ликвидус сплава. При последующем пе­ремещении формы с залитым в нее металлом вниз для кристаллизации, резкого переохлаждения сплава в донной части формы не происходит, соблюдается условие: скорость роста значительно превышает скорость образования центров кристаллизации. В этих условиях зарождается и растет небольшое количество зерен (от 1 до 3) в отливке диаметром 15 мм или лопатке с размером замка 20x60 мм. Изменяя рас­стояние между дном формы и охлаждающей средой, можно регулировать температуру дна формы, практически не меняя температуру остальной ее части. Это создает условия для зарождения различного количества зерен произвольной кристаллографической ориентации, дальнейший рост кото­рых также определяется внешними температурными условиями.

На рис. 69 представлены основные типы структур, визуально наблюдаемые на протравленной поверхности лопаток. Таковыми являются:

- равноосная (рис. 69, а), характеризующаяся наличием мелких зерен по всей высоте лопат­ки

-направленная тонкостолбчатая (рис. 69,б), имеющая множество (>10) вытянутых в одном направлении, параллельном оси лопатки, зерен

-на­правленная (рис. 69, в), содержащая 2-3 зерна с границей, совпадающей с продольной осью отливки или расположенной под углом до 20' к ней

-монокристаллическая (рис. 69, г), не имеющая на протравленной поверх­ности каких-либо границ

-смешанная (рис. 69, д), отличительным при­знаком которой является, например, монокристаллическое перо и равноосный замок.

Рисунок 66 Основные типы структур, визуально наблюдаемые на протравленной поверхности лопаток

2.3.2.4.2. Микроструктура жаропрочных сплавов

Микроструктура жаропрочных сплавов чрезвычайно чувствительна к скорости охлаждения в процессе НК. На рис 70 представлены характерные микроструктуры (х100) сплава ЖС6У в в поперечном (рис.70, а) и продольном (рис. 70,б) к оси образца на­правлении в зависимости от скорости кристаллизации.

Диапазон исследован­ных скоростей кристаллизации 4, 20 и 40 мм/мин (на рис. 70 этим скоро­стям соответствуют столбцы I, II, III). Все исследованные образцы имеют ориентацию [001]. Морфология карбидов (х 500) и упрочняющей '-фазы (х27000) представлена на рис. 70, в, г соответственно.

Структура сплава ЖС6У на продольных шлифах характеризуется наличием видимых дендритов, оси первого порядка которых параллельны направлению [001]. В поперечном направлении дендриты имеют вид «мальтийского креста». В междендритных участках расположена карбиды и эвтектичекая -фаза.

При увеличении скорости кристаллизации отмечается резкое измельчение всех структурных составляющих сплава: дендритов,карбидов,эвтектики. Количественная оценка изменения размеров структурных составляющих сплава в зависимости от скорости кристаллизации производилась на поперечных и продольных шлифах, вырезанных перпендикулярно и параллельно кристаллографическому направлению [001] образца.

На рис. 71 представлена схема образца сплава ЖС6У с указанием скоро­сти кристаллизации в различных его зонах и соответствующей микрострукту­рой. Для бездендритной структуры (рис.70, г) характерно полное от­сутствие дендритного рисунка на протравленных шлифах. Она представляет собой однородное поле в -твердом растворе с включениями карбидов МС «глыбообразной» формы. Карбиды относительно равномерно расположены по сечению шлифа, имеют размер 100-120 мкм, что значительно превышает размеры карбидной фазы при дендритной НК. Микроструктура сплава на продольном и поперечном шлифах выглядит практически одинаково. Эвтек­тика в такой структуре сплава ЖС6У почти полностью отсутствует, что доказывает неравновесный характер ее появления при больших скоростях кристаллизации.

Рисунок 67 Характерные микроструктуры жаропрочного сплава (монокристаллы с ориентацией [001]) в зависимости от скорости направленной кристаллизации: а,б-поперечные и продольные сечения; в,г-морфология карбидов и γ'-фазы соответственно. I, II, III-скорости кристаллизации 4, 20 и 40 мм/мин соответственно.

Ячеистая структура (см. рис. 70, в) по отсутствию дендритного рисунка на шлифе также может быть отнесена к типу бездендритных структур. Она характеризуется на продольном шлифе наличием ячеек, вытянутых вдоль оси образца и разделенных между собой эвтектической у/у'-фазой. Карбиды в такой структуре обнаружены как внутри ячеек, так и по их границам. В поперечном сечении ячейки выглядят в виде правильных или вытянутых шестиугольников.

Упрочняющая '-фаза в ячеистой и бяздендритной структурах значительно укрупнена. Размер ее составляет 1,5-1,7 мкм. Связано это с малой скорос­тью охлаждения в интервале выделения '-фазы. Вместо кубической '-фазы, характерной для высоколегированных сплавов, наблюдаются выделения ' в виде комплексов из двух и более частиц неопределенной формы.

Сплавы с бездендритной структурой должны быть термообработаны с це­лью растворения и последующего выделения упрочняющей '-фазы в мелко­дисперсном виде.

Рисунок 68 Микроструктура (х100) сплава ЖС6У в зависимости от скорости кристаллизации (а -дендритная v_крист =40 мм/мин, б- дендритная v_крист =5 мм/мин, в- ячеистая vкрист =1 мм/мин, г- бездендритная v_крист = 0,1 мм/мин)