Сплав ВЖЛ18-ВИ

ВЖЛ18-ВИ — литейный жаропрочный сплав на никелевой основе, полученный методом вакуумной индукционной выплавки (ВИП). Поставляется в виде литых прутковых заготовок, предназначенных исключительно для последующего переплава при производстве лопаток и фасонных отливок газотурбинных двигателей и промышленных газовых турбин.

Нормативная документация

Химический состав, механические свойства и требования к поверхности и излому прутковых заготовок регламентируются ОСТ 1 90126-85 «Сплавы жаропрочные литейные вакуумной выплавки». Стандарт разработан ВИАМ, введён с 01.04.1986, переиздан в 2005 году с учётом изменений № 1–6. Марка поставляется под обозначением ВЖЛ18-ВИ, где «ВИ» указывает на способ получения — вакуумная индукция.

Бор (B), цирконий (Zr) и церий (Ce) вводятся по расчёту и химическим анализом не определяются — их присутствие контролируется технологией шихтовки, а не результатами плавочного анализа.

Химический состав ВЖЛ18-ВИ по ОСТ 1 90126-85

Элемент	Содержание, % (масс.)
Ni	основа
Cr	17,0–18,0
Co	4,0–6,0
Mo	4,5–6,0
W	2,5–4,0
Al	3,4–4,0
Ti	2,2–3,0
Nb	1,2–1,8
C	0,10–0,15
B	не более 0,06 (по расчёту)
Zr	не более 0,02 (по расчёту)
Ce	не более 0,02 (по расчёту)
Si	не более 0,4
Mn	не более 0,4
Fe	не более 1,0
S	не более 0,015
P	не более 0,015
Pb	не более 0,001
Bi	не более 0,0005

Роль легирующих элементов

Жаропрочность сплава обеспечивается несколькими механизмами упрочнения, каждый из которых реализуется через определённую группу легирующих элементов.

Упрочнение γ’-фазой (Al, Ti, Nb)

Алюминий (3,4–4,0 %) и титан (2,2–3,0 %) — основные γ’-образующие элементы. Они формируют когерентные выделения интерметаллидной фазы Ni₃(Al,Ti) (γ’), которая является главным источником высокотемпературной прочности. Ниобий (1,2–1,8 %) дополнительно стабилизирует γ’-фазу и участвует в образовании γ»-выделений Ni₃Nb, повышая сопротивление ползучести.

Упрочнение твёрдого раствора (Mo, W, Co, Cr)

Молибден (4,5–6,0 %) и вольфрам (2,5–4,0 %) — атомы с большим размерным несоответствием решётке никеля — обеспечивают эффективное упрочнение аустенитной матрицы за счёт искажения кристаллической решётки. Кобальт (4,0–6,0 %) стабилизирует γ-матрицу и смещает температуру солидуса. Хром (17,0–18,0 %) — аномально высокое для этого класса сплавов содержание — придаёт исключительную стойкость к высокотемпературной коррозии (горячей коррозии типа I при ~900 °C), что критично при работе на загрязнённых топливах.

Упрочнение по границам зёрен (B, Zr, Ce, C)

Бор (до 0,06 %), цирконий (до 0,02 %) и церий (до 0,02 %) относятся к микролегирующим элементам — вводятся в количествах менее 0,1 % и концентрируются преимущественно по границам зёрен. Они замедляют диффузионное проскальзывание и снижают скорость ползучести при длительных нагрузках. Углерод (0,10–0,15 %) образует карбиды хрома и молибдена, которые стабилизируют субзёренную структуру и дополнительно тормозят рост зерна при высоких температурах.

Вакуумная индукционная выплавка: влияние на качество сплава

Выплавка в вакуумной индукционной печи (ВИП) ведётся в условиях глубокого разрежения — типично 10⁻²–10⁻³ Па и ниже. Это решает несколько принципиальных задач:

Дегазация расплава. Водород, азот и кислород, растворённые в металле, при снижении давления выходят из расплава. Содержание газов в готовой заготовке снижается на порядок по сравнению с открытой плавкой. Это исключает газовую пористость в отливках и снижает вероятность водородного растрескивания при последующей переработке.

Устранение оксидных загрязнений. В вакууме реакционноспособные элементы Al, Ti и Zr не окисляются в процессе плавки и сохраняются в расплаве в заданных концентрациях. При воздушной плавке эти элементы интенсивно горят, состав сплава уходит от расчётного, а неметаллические включения (плены, оксиды) загрязняют металл.

Воспроизводимость состава.} Закрытость процесса и отсутствие взаимодействия с атмосферой обеспечивают стабильное соответствие химического состава плавки нормам ОСТ 1 90126-85 от плавки к плавке. Именно поэтому все жаропрочные литейные сплавы серий ВЖЛ, ЖС и ВХ по данному стандарту несут в марке суффикс «-ВИ».

Механические свойства ВЖЛ18-ВИ

Нормируемые значения — минимальные требования ОСТ 1 90126-85 для контрольных образцов. Испытания проводятся на трефообразных слитках или образцах, отлитых в условиях потребителя из металла поставляемой плавки.

Характеристика	Условия испытания	Значение, не менее
Предел прочности σB	20 °C	880 МПа
Относительное удлинение δ₅	20 °C	2 %
Относительное сужение ψ	20 °C	2 %
Предел длительной прочности σ40/900	900 °C, не менее 40 ч	240 МПа

Низкие значения пластичности (δ₅ и ψ по 2 %) характерны для многокомпонентных литейных жаропрочных сплавов: высокая объёмная доля γ’-фазы, необходимая для жаропрочности, неизбежно снижает пластичность. При проектировании узлов это учитывают, исключая детали из ВЖЛ18-ВИ из нагруженных на изгиб или ударных зон.

Форма поставки и сортамент

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

Диаметр номинальный	Предельное отклонение	Длина
65 мм	±5 мм	произвольная
90 мм	−10 мм	произвольная

Прутки поставляются механически обработанными (шероховатость поверхности Rz = 40–80 мкм). На поверхности не допускаются шлаковые включения, оксидные плены, включения инородного металла и керамики. К каждой партии прилагается трефообразный слиток той же плавки — для литья контрольных образцов при входном контроле у потребителя.

Важно для технолога: прутковые заготовки ВЖЛ18-ВИ не являются готовым конструкционным полуфабрикатом — это шихтовой материал для последующей переплавки в ВИП непосредственно при литье лопаток и фасонных деталей. Прямое использование ЛПЗ в качестве конструкционного материала стандартом не предусмотрено.

Применение сплава ВЖЛ18-ВИ

Высокое содержание хрома (17–18 %) выделяет ВЖЛ18-ВИ среди сплавов семейства ВЖЛ: сплав демонстрирует повышенную стойкость к горячей коррозии (тип I, ~850–950 °C), что особенно ценно в промышленных газовых турбинах, сжигающих топливо с примесями серы, ванадия и натрия.

Основные направления применения — отливка рабочих и направляющих лопаток, кольцевых сегментов, вставок камер сгорания и других фасонных деталей для:

• авиационных газотурбинных двигателей;
• промышленных газовых турбин, включая установки парогазового цикла;
• энергетического и нефтегазового турбомашиностроения.

Методом отливки из переплавленных заготовок ВЖЛ18-ВИ получают изделия с равноосной кристаллической структурой. При необходимости применяют технологию направленной кристаллизации или монокристаллического литья, однако для этих случаев разработаны специализированные марки — ВЖЛ18-ВИ предназначен прежде всего для стандартного прецизионного литья по выплавляемым моделям.

С другими литейными и деформируемыми сплавами никеля на нашем сайте можно ознакомиться в соответствующем разделе. Среди жаропрочных никелевых сплавов для высокотемпературных узлов также доступен сплав ЭИ617 (ХН70ВМТЮ).

Для уточнения наличия, диаметра и количества заготовок ВЖЛ18-ВИ — заполните форму заявки.