Производства суперсплавов

Г. В. Раевский, К. В. Любавский, А. Я. Бродский, Л. М. Яровинский, А. И. Акулов и многие другие), разработавшие и внедрившие в производственную практику высокоэффективные способы сварки, аппаратуру и флюсы, а также выдающиеся методы производства сварочных работ (автоматическая сварка под флюсом, электрошлаковая сварка, индустриальный метод изготовления днищ и корпусов негабаритных резервуаров из сварных полотнищ, сварка плавящимся электродом в среде углекислого газа, аргоно-дуговая сварка и т. д.).

Мрамор для сварочных материалов поставляют (ГОСТ 4416—73) шести марок: М-97П, М-97К, М-97Б — для производства сварочных материалов специального назначения, М-92П, М-92К и М-92Б — общего назначения. Буквы в названиях марок означают: М — мрамор, П — порошок, К — крошка, Б — куски, а цифры — минимальное содержание карбоната кальция (СаСОз) в %.

путём проверки размеров деталей, правильности подготовки кромок (угла скоса, величины зазора) и проверки сборки под сварку; 3) контроль в процессе производства сварочных работ, который заключается в проверке квалификации сварщиков,.

Специальные горелки используются для особых применений ацетилено-кислородного пламени, а также для ускорения производства сварочных работ и их механизации.

не менее 25 м от других сооружений. Баллоны устанавливаются вертикально в клетках, закрываемых перекладиной, или в стеллажах (фиг. 45). В небольших складах, а также на местах производства сварочных работ каждый баллон укрепляется у стены при помощи цепи или хомута. Порожние баллоны и баллоны без башмаков хранятся в штабелях в горизонтальном положении с прокладкой между ярусами деревянных или металлических шаблонов либо в специальных ячейковых стеллажах.

Одна из первых попыток (1867 г.) сварить два куска металла в месте .их электрического контакта принадлежала американскому ученому и инженеру И. Томсону. На практике этот способ стали использовать лишь в 90-е годы после капитальных усовершенствований. К этому времени во многих странах уже широко применяли «электрогефест», разработанный русским изобретателем Н. Н. Бенардосом. В 1882 г. он осуществил электрическую сварку металлов, которые сплавлял электрической дугой с ДО-ID олнительно вводимым присадочным электродом. Он же предложил еще несколько видов сварки: контактную, сварку в струе защитных газов (1887 г.) и др. В 1888 г. русский инженер Н. Г. Славянов изобрел способ сварки расплавляемым металлическим электродом и назвал его «электрической отливкой металлов». Электрическая сварка металлов приобрела большую популярность в Западной Европе на заводах Крезо и общества «Комантри» (Франция), на предприятиях Крупна в Эссене (Германия) и «Эргард и Гей» (Австрия), более чем на 20 заводах Англии. Особенно стремительно электросварку вводили в Англии, где в 1890 г. был построен специальный завод для производства сварочных машин и завод по эксплуатации электросварки методами Коффена и Детруа, приспособивших электрогефест для сварки небольших предметов. Электрогефест использовали также для резки металлов и сверления отверстий. К сожалению, на родине изобретателей электросварки — в России новый способ получил ограниченное применение: в нескольких железнодорожных мастерских. К началу 900-х годов более 70 крупных заводов Западной Европы ввели у себя способы электрической отливки и паяния. Однако после промышленного освоения в 1906 г. ацетилено-кислородной сварки интерес к электросварке временно упал [37].

Передвижные однопостовые сварочные агрегаты с двигателями внутреннего сгорания применяются в случаях, когда отсутствует электрическая сеть на месте производства сварочных работ. Агрегаты САК-2г-ш (максимальный ток 250 а при ПВ=100%) и ПАС-400-1 (максимальный ток 400 а при ПВ = 100%) состоят из сварочного генератора и бензинового двигателя, смонтированных на общей раме. Первый агрегат предназначен преимущественно для сварки металлической дугой, второй — для подводной резки.

Для производства сварочных работ применяются пе-редзижные сварочные агрегаты типа АСБ-300.

Помимо электро взрщиков офтальмией часто страдают слесари, сборщики и подсобные рабочие, работающие на участке производства сварочных работ.

Лента изола шириной не более 400 мм наклеивается на трубу спиралью с нахлесткой, равной 50—60 мм. Шов второго слоя не должен совпадать со швом первого слоя. На наружную поверхность изола спирально наклеивается слой крафт-бумаги. Оба конца трубы для производства сварочных работ на длине до 300 мм остаются неоклеенными. Изоляция этой поверхности производится на трассе после гидравлического испытания теплопровода.

45%, расширение производства сварочного оборудования, оборудования для газопламенной обработки металлов, наращивание и ввод мощностей и реконструкцию цехов для производства сварочных материалов, в особенности по выпуску электродов, порошковой проволоки и систем для безбаллонного снабжения углекислотой.

За прошедшие 40 лет усложнился химический состав суперсплавов, предназначенных для изготовления наиболее ответственных деталей газовой турбины, и получили применение все более совершенные и многоплановые производственные процессы их производства и обработки. Действительно, 1980-е гг. часто вспоминают, как "Век обработки". Есть, однако, технологический процесс, от которого зависит все остальное, — это выплавка. Работоспособность газотурбинного двигателя, определяемая качеством образующих его деталей, в высшей степени зависит от исходных качеств слитка. Процессы выплавки — это основа, предопределяющая возможность обеспечить высшее качество для дисков, валов, лопаток, камер сгорания и других ответственных деталей. Никакое легирование, управляемая ковка или усовершенствованная термическая обработка не смогут обеспечить производство надежной детали из некачественного слитка. Процесс или процессы выплавки были и останутся основным определяющим этапом в технологии производства суперсплавов

простые слитки, но их выпускают в минимальных количествах, главным образом в виде слябов для получения плоского проката или заготовок, используемых при производстве изделий методом литья по выплавляемым моделям. Материал, полученный путем вакуумной индукционной плавки, можно также распылять, получая порошок, или подвергать рафинированию методом электронно-лучевого переплава на холодном поду, чтобы улучшить качество готовой продукции за счет снижения склонности к образованию сегрегации и/или повышения чистоты. Другой главный процесс для производства суперсплавов, электродуговую плавку в сочетании с аргон-кислородной декарбюризацией, также используют для получения слитков и электродов. Объем прямого производства слитков ограничен, подавляющее количество материала выходит в виде электродов для последующего переплава. После переплава все слитки получают в круглом сечении; исключение составляет только электрошлаковый переплав, пригодный для производства и круглых отливок, и слябов. Переплавленный материал подвергают ковке, прокатке или различным видам горячей деформационной обработки для получения полуфабрикатов в виде сутунки, слябов или прутков. Нередко из плоских слитков, полученных после электрошлакового переплава, готовят листы, полосы и плиты.

Электронно-лучевой переплав на холодном поду. Задача процесса применительно к суперсплавам заключается в дополнительной очистке от примесных химических элементов и снижении загрязненности неметаллическими включениями. Сначала электронно-лучевую плавку под вакуумом применяли при капельном оплавлении и литье тугоплавких металлов. Первые усилия по применению этого метода для производства суперсплавов дали неудовлетворительные результаты, так как в слиток попадали неоплавленные компоненты шихтовых материалов. Процесс электронно-лучевого переплава на холодном поду был разработан с цел>ю разрешения этих затруднений. Первая крупномасштабная установка построена в начале 1960-х гг., но применяли ее от случая к случаю и главным образом для обработки титана [8]. Позднее построили две новых крупных установки, и хотя их по-прежнему используют при производстве титановых материалов, можно с их помощью рафинировать и суперсплавы. Однако применительно к суперсплавам этот процесс все еще носит характер разработок.

способ производства суперсплавов находится как бы на вторых ролях, ибо он позднее появился на сцене, считается сложным из-за множества возможных реакций между рабочей атмосферой, шлаком и расплавленным металлом. Ко времени внедрения электрошлакового переплава вакуумно-дуговой переплав уже занимал прочную позицию как процесс, привлекающий обширные капиталовложения. Однако сложность процесса электрошлакового переплава предполагает и предлагает возможности управлять химическим составом и чистотой по неметаллическим включениям в гораздо большей степени, чем вакуумно-дуговой процесс. Электрошлаковый переплав показал себя как возможный заменитель вакуумно-дугового переплава в поставке материалов для некоторых деталей газовых турбин. Недавними работами было показано, что материал электрошлакового переплава более надежен; это наблюдение объясняют более высокой чистотой материала по неметаллическим включениям.

Каждый из процессов выплавки суперсплавов был разработан в ответ на конкретный "запрос"; это относится и к раннем) периоду разработки суперсплавов, и к современной ориентации этих разработок на существующие методы производства Процесс вакуумной индукционной выплавки был предназначен для корректировки химического состава и производства суперсплавов с повышенным содержанием упрочняющей добавки. Процессы вакуумно-дугового и электрошлакового переплава разработаны для корректировки структуры. Процесс вакуумно-дугового двухэлектродного переплава является продуктом развития двух предшествующих, его задача заключалась в производстве мелкозернистого слитка, обладающего приемлемой горячей деформируемостью. Альтернативные друг другу процессы электронно-лучевого переплава на холодном поду и 158

Изготовители суперсплавов хорошо понимают, что для придания материалам качеств, удовлетворяющих сегодняшний рынок, необходимо комбинировать процессы выплавки. В силу сложившихся обстоятельств на комбинации процессов вакуумной индукционной выплавки и вакуумно-дугового переплава остановился выбор в Соединенных Штатах. Комбинацией вакуумной индукционной выплавки с процессом электрошлакового переплава завершился поиск путей производства суперсплавов с твердорастворным упрочнением. Появление дефекта в виде белых пятен в материалах вакуумной индукционной выплавки с вакуумно-дуговым переплавом и накопление сведений о влиянии неметаллических включений на качество продукции привело к производству материалов "тройной выплавки"; эти материалы предназначались для использования в высокоответственных деталях — дисках турбины высокого давления [7]. Три процесса были скомбинированы в последовательности: вакуумная индукционная выплавка — электрошлаковый переплав — вакуумно-дуговой переплав; цель комбинации — свести к минимуму уровень загрязненности по включениям и, может быть, избавиться от белых пятен. Задача была решена в разумных пределах, получили материал со сниженной загрязненностью и улучшенными характеристиками малоцикловой усталости. Стоимость материала "тройной выплавки" ограничила масштабы его применения.

Общее признание, которым пользуется процесс вакуумно-дугового переплава, заставит продолжать его применение для производства слитков с контролируемой структурой и минимальным уровнем ликвации. Хорошо известные возможности этого процесса будут возрастать, коль скоро улучшится качество задаваемых электродов; последние могут поступать после обработки методами электрощла-кового переплава или электронно-лучевого переплава на холодном поду. Сам по себе процесс электрошлакового переплава обладает возможностями, позволяющими ему конкурировать в производстве суперсплавов с процессом вакуумно-дугового переплава. В настоящее время процесс электрошлакового переплава широко применяют для производства суперсплавов с твердорастворным упрочнением. Ои является мощным средством для снижения загрязненности и других дефектов слитка, поэтому в самом близком будущем появятся программы его дальнейшего значительного усовершенствования и развития.

На заре литейного производства суперсплавов его возможности в части по лучения полых рабочих и направляющих лопаток (столь важного н связи с необ ходимостью воздушного охлаждения) очень сильно ограничивались из-за от сутствия заранее изготовленных керамических стержней. Удавалось реализован только те формы деталей, при которых можно было обеспечить обтекание формо вечной огнеупорной глины (раствора) вокруг элементон "узора" выплавляемы] стержней, задающего требуемую форму детали. Конструктивные требования к ло паткам подтолкнули развитие технологии литья, приблизили значительны! прогресс в технологии производства и стержней, и оболочек изложит (рис. 15.1).

Потенциальные возможности порошковой металлургии в области производства суперсплавов были осознаны в конце шестидесятых годов [1]. Как потребители, так и производители суперсплавов обратили внимание на технологию, позволяющую изготавливать недорогие и высококачественные изделия для аэрокосмической промышленности [2, 3]. Уже к середине семидесятых годов стало возможным создание газовой турбины, практически полностью изготовленной методами порошковой металлургии, включая такие детали, как рабочие лопатки, диски и другие элементы конструкции. Однако, как и в случае многих других "новых" технологий, первоначальный оптимизм был несколько преувеличен и на смену ему пришло определенное разочарование.

Рис.17.1. Система газового распыления для производства суперсплавов в порошка:

Еще один процесс производства порошков, впервые предложенный фирмой Pratt & Whitney [8] и ограниченный областью производства суперсплавов, — это процесс центробежного распыления. Он позволяет получить очень высокие скорости охлаждения (от 1 до 8-106 град/с) [6] и очень узкое распределение по размерам частиц получаемого порошка. Процесс заключается в том, что, как показано на рис. 17.4, струя