Сплав ВЖЛ12Э

Сплав ВЖЛ12Э — жаропрочный литейный никелевый сплав

ВЖЛ12Э (полное обозначение по стандарту — ВЖЛ12Э-ВИ) — жаропрочный литейный сплав на никелевой основе, разработанный для авиационного двигателестроения. Сплав получают методом вакуумно-индукционной выплавки (ВИ), что обеспечивает высокую чистоту металла по газовым примесям и вредным элементам. Основной нормативный документ — ОСТ 1 90126-85.

Назначение ВЖЛ12Э — изготовление литых прутковых заготовок (ЛПЗ), предназначенных для последующего переплава в вакуумно-индукционных печах при литье охлаждаемых лопаток и других фасонных отливок деталей газовых турбин авиационных двигателей. Рабочий диапазон температур изделий из этого сплава — 800–1000 °С при температуре газа у поверхности до 1200 °С.

Близким по составу сплавом является ВЖЛ12У-ВИ, также регламентированный ОСТ 1 90126-85 и предназначенный для аналогичных целей. Оба сплава относятся к семейству никелевых жаропрочных литейных сплавов и входят в группу материалов для горячей части газотурбинных двигателей (ГТД).

Химический состав ВЖЛ12Э по ОСТ 1 90126-85

Химический состав сплава ВЖЛ12Э-ВИ нормирован ОСТ 1 90126-85. Основу составляет никель; содержание основных легирующих элементов и допустимых примесей приведено в таблице ниже.

Элемент	Содержание, %
Ni (никель)	Основа (≈59–68, расчётное)
Cr (хром)	8,5–10,0
Co (кобальт)	8,0–10,0
Al (алюминий)	5,0–5,7
Ti (титан)	4,2–4,7
Mo (молибден)	2,7–3,4
W (вольфрам)	1,0–1,8
V (ванадий)	0,5–1,0
Nb (ниобий)	0,5–1,0
C (углерод)	0,12–0,20
Fe (железо)	≤2,0
Mn (марганец)	≤0,4
Si (кремний)	≤0,4
Zr (цирконий)	≤0,02*
B (бор)	≤0,015*
Ce (церий)	≤0,015*
La (лантан)	≤0,01*
S (сера)	≤0,015
P (фосфор)	≤0,015
Pb (свинец)	≤0,001
Bi (висмут)	≤0,0005

* Бор, церий, лантан и цирконий вводятся по расчёту и химическим анализом не определяются.

Роль легирующих элементов

Высокое суммарное содержание алюминия и титана (около 9,2–10,4 %) обеспечивает формирование значительного объёма упрочняющей γ′-фазы Ni₃(Al, Ti), которая является основным фактором жаропрочности этого класса сплавов. Хром и кобальт упрочняют твёрдый раствор (γ-матрицу) и повышают стойкость к окислению. Молибден и вольфрам дополнительно упрочняют матрицу за счёт твердорастворного механизма. Ниобий и ванадий участвуют в формировании карбидных фаз, стабилизирующих границы зёрен. Микродобавки бора и циркония повышают прочность границ зёрен и улучшают характеристики длительной прочности.

Жёсткие ограничения по содержанию серы, фосфора, свинца и висмута характерны для всех авиационных жаропрочных сплавов: эти элементы резко снижают пластичность и длительную прочность при рабочих температурах.

Механические свойства сплава ВЖЛ12Э

Механические свойства при комнатной температуре нормированы ОСТ 1 90126-85 для образцов из литых прутковых заготовок без термообработки либо после нагрева до 1200–1220 °С с выдержкой 4 часа и охлаждением на воздухе.

Параметр	Обозначение	Значение (не менее)
Предел кратковременной прочности	σв	830 МПа
Относительное удлинение при разрыве	δ5	5 %
Относительное сужение	ψ	7 %

Длительная прочность

Испытания на длительную прочность проводятся по ОСТ 1 90126-85 на образцах без термической обработки при температуре 975 °С и постоянном приложенном напряжении 200 МПа. Минимальное время до разрушения — 40 часов. Этот показатель характеризует способность сплава сохранять несущую способность в условиях, приближённых к рабочим температурам горячей части газотурбинного двигателя.

Применение сплава ВЖЛ12Э

Основная область применения ВЖЛ12Э — авиационное газотурбинное двигателестроение. Из отливок, получаемых переплавом прутковых заготовок этой марки, изготавливают охлаждаемые рабочие и сопловые лопатки турбин, а также другие фасонные детали горячего тракта ГТД, работающие при температурах до 1000 °С.

Сплав также находит применение в энергетическом машиностроении — для изготовления деталей стационарных газовых турбин и турбокомпрессоров, эксплуатируемых в условиях повышенных температур и напряжений.

Формы поставки ВЖЛ12Э

Согласно ОСТ 1 90126-85 сплав ВЖЛ12Э-ВИ поставляется в виде литых прутковых заготовок (ЛПЗ) двух типоразмеров:

Параметр	Заготовка ⌀65 мм	Заготовка ⌀90 мм
Номинальный диаметр	65 мм	90 мм
Допуск по диаметру	±5 мм	−10 мм
Длина	Произвольная	Произвольная

Заготовки предназначены исключительно для последующего переплава в вакуумно-индукционных печах. Каждая плавка проходит контроль химического состава, механических свойств и длительной прочности. Маркировка наносится несмываемой краской или ударным клеймом на каждую заготовку.

Контроль качества и приёмка

ОСТ 1 90126-85 устанавливает следующую систему контроля для каждой плавки сплава ВЖЛ12Э-ВИ:

Контролю подвергают химический состав, механические свойства при комнатной температуре и длительную прочность при 975 °С. Дополнительно проверяется качество излома на одном прутке от каждой плавки. При неудовлетворительном состоянии излома контролю подвергаются все прутки данной плавки. Вместе с партией прутков поставщик передаёт потребителю остаток трефообразного слитка, прошедшего испытания, либо запасной трефообразный слиток для контрольных отливок.

Другие жаропрочные литейные никелевые сплавы, такие как ВЖЛ18-ВИ, также регламентированы ОСТ 1 90126-85 и поставляются по аналогичной схеме.