2.3.2.4.3. Дефекты заготовок

Внутренние дефекты

При росте в условиях низкого градиента могут создаться условия для возникновения специфических ростовых дефектов - струйной ликвации представляющей собой цепочки равноосных зерен, обогащенных эвтектическими составляющими сплава. Происхождение дефекта связано с инверсией плотности расплава по высоте жидко-твердой зоны.

Рисунок 69 Дендритная структура монокристаллов <001>, полученных в печах ПМП-2 (а) и УВНК-8П (б)

Склонность к образованию струйной ликвации возрастает с уменьшением градиента температуры. Возникновение инверсной плотности по высоте жидкотвердой зоны связано также и с составом сплава. В частности, струйная ликвация наблюдается в сплавах, легированных тяжелыми элементами такими как W и Re. Поэтому при выборе оборудования для натравленной кристаллизации необходимо учитывать специфику легирования сплава.

В установках типа УВНК-8П струйная ликвация практически не наблюдается. Однако имеются ограничения, связанные с особенностями легирования используемого сплава. Из-за относительно высокого уровня термических напряжений в этих случаях не рекомендуется использовать сплавы, склонные к образованию горячих трещин

Применение технологии монокристального литья для жаропрочных сплавов с традиционным легированием, содержащих в своем составе элементы, упрочняющие границы зерен, не позволяет в полной мере реализовать потенциальные возможности монокристаллов. В этих сплавах не удается провести полную гомогенизацию в связи с присутствием в межосных пространствах стабильных эвтектических составляющих, в ряде случаев имеющих локальный солидус ниже температуры потного растворения упрочняющей фазы, а также из-за карбидных и прочих фазовых реакций, приводящих к дестабилизации структуры сплавов.

Структура монокристальных сплавов после полной термообработки, включающей высокотемпературную гомогенизацию и двухступенчатое старение, состоит из двух когерентно связанных фаз: γ-твердого раствора и дисперсных кубических выделений γ'-фазы. однородных по составу, размеру и морфологии во всем объеме - как в осях, так и в межосных пространствах.

Поверхностные де­фекты литых заготовок лопаток

Микронарушения сплошности металла на поверхности отливок вследствие непрерывности процесса кристаллизации продолжают развиваться в глубину стенки отливки. Достоверно определить по внешнему виду (интенсивности свечения люминофора) глубину дефекта, выявленного капиллярным спосо­бом контроля, не представляется возможным. По технологии производства лопаток зачистка поверхностных дефектов в пределах допуска на отклоне­ние по размерам (до 0,3 мм) выполняется специальными войлочными круга­ми, накатанными абразивным зерном, с последующим капиллярным контро­лем (рис. 73). К сожалению, эта дополнительная операция не всегда обес­печивает ликвидацию дефектов, так как глубина их в отдельных случаях может быть и существенно больше. Особенно трудноисправимыми являются штриховые дефекты (плены) и точечные кучные дефекты.

Рисунок 70 Микроструктура поверхностных дефектов

Для установления природы и причин возникновения поверхностных де­фектов литых заготовок лопаток используются в случае необходимости все существующие методы металлографического анализа: оптическая и растро­вая микроскопия, рентгеноструктурный анализ на установках типа «Комебакс». Металловедческое исследование должно опираться на анализ техноло­гического процесса отливки лопаток и фактическое его исполнение.

Приведенные на рис дефекты литой заготовки являются газоусадоч­ными раковинами, возникшими из-за газовыделения на границе контакта жидкого металла с керамикой литейной формы. Причины газовыделения - неполное удаление модельной массы из полости литейной формы при вы­тапливании моделей и прокалке литейной формы.

По внешнему виду дефекты, выявляемые при капиллярных методах кон­троля, делят на штриховые, точечные одиночные, когда расстояние между дефектами более 20 диаметров дефекта, и точечные кучные. Допустимые размеры каждого вида свечений люминофора, число их и расположение в той или иной зоне лопатки лимитируются отраслевым стандартом или нор­мами технических условий на конкретную конструкцию лопатки. Повы­шенная дефектность лопаток (по результатам капиллярного контроля) обус­ловлена кинетикой процессов, происходящих в случае нарушения сплош­ности кристаллизующегося металла. В частности, нарушение сплошности металла, связанное с газовыделением при контакте металла с керамикой литейной формы, сопровождается формированием дефектов усадочного характера (газоусадочных пор), формированием неметаллических включе­ний (плен), которые в свою очередь провоцируют возникновение микро­надрывов в структуре металла при появлении усадочных напряжений в отливке. Неметаллические включения в металле в виде оксидных плен или тугоплавких нитридов вызывают нарушение направленного (по теплоотводу) роста дендритов и провоцируют образование микроусадочной рыхлоты.

Из-за недостаточного питания локальной зоны отливки возникают дефек­ты усадочного характера (рис. 74). Они провоцируют образование микро- надрывов в стенке лопатки, связаны с нарушениями технологических пара­метров заливки лопаток. При систематическом браке лопаток по усадочным дефектам необходима оптимизация литниковой системы.

Рисунок 71 Дефек­ты усадочного характера