Главная Каталог статей Металлургия и материаловедение Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов

Методы повышения стойкости никелевых жаропрочных сплавов к высокотемпературной ползучести

Авторы: Аргинбаева Э.Г., Луцкая С.А.
Опубликовано в выпуске: #4(33)/2019
DOI: 10.18698/2541-8009-2019-4-467
Раздел: Металлургия и материаловедение \| Рубрика: Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов
Ключевые слова: ползучесть, никелевые жаропрочные сплавы, монокристалл, мисфит, рафт-структура, рений, термическая обработка, горячее изостатическое прессование
Опубликовано: 30.04.2019

Выполнен обзор научных публикаций зарубежных и отечественных исследователей, посвященных проблеме высокотемпературной ползучести литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе. Приведена информация о механизмах высокотемпературной ползучести для сплавов с монокристаллической и поликристаллической структурой. Рассмотрены основные способы повышения структурной стабильности никелевых сплавов методами рафинирования, легирования, газостатического прессования и термической обработки, приведены данные о влиянии скорости охлаждения на стойкость сплавов к ползучести. Указаны перспективные направления исследований ФГУП «ВИАМ» по повышению стойкости литейных жаропрочных никелевых сплавов к высокотемпературной ползучести.

Литература

[1] Каблов Е.Н. Тенденции и ориентиры инновационного развития России. М., ВИАМ, 2015.

[2] Каблов Е.Н. Основные итоги и направления развития материалов для перспективной авиационной техники. Авиационные материалы. 75 лет. Избранные труды. М., ВИАМ, 2007, с. 20–26.

[3] Герасимов В.В. От монокристаллических неохлаждаемых лопаток к лопаткам турбин с проникающим (транспирационным) охлаждением, изготовленным по аддитивным технологиям (обзор по технологии литья монокристаллических лопаток ГТД). Труды ВИАМ, 2016, № 10. DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-10-1-1 URL: http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=1014

[4] Каблов Е.Н. Из чего сделать будущее? Материалы нового поколения, технологии их создания и переработки – основа инноваций. Крылья Родины, 2016, № 5, с. 8–18.

[5] Луценко А.Н., Славин А.В., Ерасов В.С. и др. Прочностные испытания и исследования авиационных материалов. Авиационные материалы и технологии, 2017, № S, с. 527–546.

[6] Каблов Е.Н., Толорайя В.Н., Демонис И.М. и др. Направленная кристаллизация жаропрочных никелевых сплавов. Технология легких сплавов, 2007, № 2, с. 60–70.

[7] Кузнецов В.П., Лесников В.П., Попов Н.А. Структура и свойства монокристаллических жаропрочных никелевых сплавов. Екатеринбург, УрФУ, 2016.

[8] Strondl A., Milenkovic S., Schneider A., et al. Effect of processing on microstructure and physical properties of three nickel-based superalloys with different hardening mechanisms. Adv. Eng. Mater., 2012, vol. 14, no. 7, pp. 427–438. DOI: 10.1002/adem.201100349 URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adem.201100349

[9] Walter J.L., Harvey E.C. Structures and properties of cobalt-base tantalum carbide eutectic alloys. MT, 1973, vol. 4, no. 8, pp. 1775–1784. DOI: 10.1007/BF02665403 URL: https://link.springer.com/article/10.1007/BF02665403

[10] Berthod P., Aranda L., Vebert C., et al. Experimental and thermodynamic study of the high temperature microstructure of tantalum containing nickel-based alloys. Calphad, 2004, vol. 28, no. 2, pp. 159–166. DOI: 10.1016/j.calphad.2004.07.005 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0364591604000586

[11] Sun W., Qin X., Guo J., et al. Thermal stability of primary MC carbide and its influence on the performance of cast Ni-base superalloys. Mater. Des., 2015, no. 69, pp. 81–88. DOI: 10.1016/j.matdes.2014.12.038 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S026130691401022X

[12] Berthod P., Conrath E. Creep and oxidation kinetics at 1100°C of nickel-base alloys reinforced by hafnium carbides. Mater. Des., 2016, vol. 104, pp. 27–36. DOI: 10.1016/j.matdes.2016.04.079 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264127516305597

[13] Smith T.M., Esser B.D., Antolin N., et al. Segregation and η phase formation along stacking faults during creep at intermediate temperatures in a Ni-based superalloy. Acta Mater., 2015, vol. 100, pp. 19–31. DOI: 10.1016/j.actamat.2015.08.053 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645415006308

[14] Smith T.M., Rao Y., Wang Y., et al. Diffusion processes during creep at intermediate temperatures in a Ni-based superalloy. Acta Mater., 2017, no. 141, pp. 261–272. DOI: 10.1016/j.actamat.2017.09.027 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645417307607

[15] Tian S., Zhang B., Delong S., et al. Creep properties and deformation mechanism of the containing 4.5Re/3.0Ru single crystal nickel-based superalloy at high temperatures. Mater. Sci. Eng. A, 2015, no. 643, pp. 119–126. DOI: 10.1016/j.msea.2015.06.091 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509315301453

[16] Tian S., Zhu B., Wu J., et al. Influence of temperature on stacking fault energy and creep mechanism of a single crystal nickel-based superalloy. J. Mater. Sci. Technol., 2016, vol. 32, no. 8, pp. 790–798. DOI: 10.1016/j.jmst.2016.01.020 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1005030216300512

[17] Петрушин Н.В., Оспенникова О.Г., Елютин Е.С. Рений в монокристаллических жаропрочных никелевых сплавах для лопаток газотурбинных двигателей. Авиационные материалы и технологии, 2014, № S, с. 5–16.

[18] Giamei A.F., Anton D.L. Rhenium additions to a Ni-base superalloy: effects on microstructure. MTA, 1985, vol. 16, no. 11, pp. 1997–2005. DOI: 10.1007/BF02662400 URL: https://link.springer.com/article/10.1007/BF02662400

[19] Huang M., Cheng Zh., Xiong J., et al. Coupling between Re segregation and γ/γ’ interfacial dislocations during high-temperature, low-stress creep of a nickel-based single-crystal superalloy. Acta Materialia, 2014, vol. 76, pp. 294–305. DOI: 10.1016/j.actamat.2014.05.033 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1359645414003814

[20] Каблов Е.Н., Светлов И.Л., Петрушин Н.В. Никелевые жаропрочные сплавы, легированные рутением. Авиационные материалы и технологии, 2004, № 1, с. 80–90.

[21] Karunaratne M.S.A., Carter P., Reed R.C. Interdiffusion in the face-centred cubic phase of the Ni–Re, Ni–Ta and Ni–W systems between 900 and 1300 C. Mater. Sci. Eng. A, 2000, vol. 281, no. 1-2, pp. 229–233. DOI: 10.1016/S0921-5093(99)00705-4 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509399007054

[22] Базылева О.А., Аргинбаева Э.Г., Луцкая С.А. Методы повышения коррозионной стойкости жаропрочных никелевых сплавов (обзор). Труды ВИАМ, 2018, № 4. URL: DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-4-3-8 URL: http://viam-works.ru/ru/articles?art_id=1235

[23] Pröbstle M., Neumeier S., Feldner P., et al. Improved creep strength of nickel-base superalloys by optimized γ/γ′ partitioning behavior of solid solution strengthening elements. Mater. Sci. Eng. A, 2016, no. 676, pp. 411–420. DOI: 10.1016/j.msea.2016.08.121 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509316310565

[24] Shimabayashi Sh., Kakehi K. Effect of ruthenium on compressive creep of Ni-based single-crystal superalloy. Scripta Materialia, 2010, vol. 63, no. 9, pp. 909–912. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2010.06.048 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359646210004562

[25] Каблов Е.Н., Петрушин Н.В., Елютин Е.С. Монокристаллические жаропрочные сплавы для газотурбинных двигателей. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2011, № S2, с. 38–52.

[26] Guo J.T., Sheng L.Y., Xie Y., et al. Microstructure and mechanical properties of Ni3Al and Ni3Al-1B base alloys fabricated by SHS/HE. Intermetallics, 2011, vol. 19, no. 2, pp. 137–142. DOI: 10.1016/j.intermet.2010.08.027 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0966979510003663

[27] Каблов Д.Е., Сидоров В.В., Мин П.Г. и др. Влияние примесей серы и фосфора на свойства монокристаллов жаропрочного сплава ЖС36-ВИ и разработка эффективных способов его рафинирования. Авиационные материалы и технологии, 2015, № 3, с. 3–9.

[28] Епишин А.Е., Светлов И.Л., Brueckner U. и др. Высокотемпературная ползучесть монокристаллов никелевых жаропрочных сплавов с ориентацией [001]. Материаловедение, 1999, № 5, с. 32–42.

[29] Giraud R., Hervier Z., Cormier J., et al. Effect of the prior microstructure degradation on the high temperature/low stress non-isothermal creep behavior of cmsx-4® Ni-based single crystal superalloy. Superalloys, 2012, pp. 265–274. DOI: 10.1002/9781118516430.ch29 URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/9781118516430.ch29

[30] Tian S., Zhang B., Yu H., et al. Microstructure evolution and creep behaviors of a directionally solidified nickel-base alloy under long-life service condition. Mater. Sci. Eng. A, 2016, vol. 673, pp. 391–399. DOI: 10.1016/j.msea.2016.07.041 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509316307936

[31] Buck H., Wollgramm P., Parsa A.B., et al. A quantitative metallographic assessment of the evolution of porosity during processing and creep in single crystal superalloys. Materwiss. Werksttech., 2015, vol. 46, no. 6, pp. 577–590. DOI: 10.1002/mawe.201500379 URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/mawe.201500379

[32] Kaplanskiia Yu.Yu., Zaitseva A.A., Levashova E.A., et al. NiAl based alloy produced by HIP and SLM of pre-alloyed spherical powders. Evolution of the structure and mechanical behavior at high temperatures. Mater. Sci. Eng. A, 2018, vol. 717, pp. 48–59. DOI: 10.1016/j.msea.2018.01.057 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509318300753

[33] Stevens R.A., Flewitt P.E.J. Hot isostatic pressing to remove porosity & creep damage. Mater. Des., 1982, vol. 3, no. 3, pp. 461–469. DOI: 10.1016/0261-3069(82)90112-1 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0261306982901121

[34] Qiu C., Wu X., Mei J., et al. Influence of heat treatment on microstructure and tensile behavior of a hot isostatically pressed nickel-based superalloy. J. Alloys Compd., 2013, no. 578, pp. 454–464. DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.06.045 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0925838813014436

[35] Zhou Y., Zhang Z., Zhao Z.H., et al. Effects of HIP temperature on the microstructural evolution and property restoration of a Ni-based superalloy. J. Mater. Eng. Perform., 2013, vol. 22, no. 1, pp. 215–222. DOI: 10.1007/s11665-012-0246-8 URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s11665-012-0246-8

[36] Светлов И.Л., Хвацкий К.К., Горбовец М.А. и др. Влияние горячего изостатического прессования на механические свойства литейных никелевых жаропрочных сплавов. Авиационные материалы и технологии, 2015, № 3, с. 10–14.

[37] Chomette S., Gentzbittel J.M., Viguier B. Creep behaviour of as received, aged and cold worked INCONEL 617 at 850 °C and 950 °C. J. Nucl. Mater., 2010, no. 399, no. 2-3, pp. 266–274. DOI: 10.1016/j.jnucmat.2010.01.019 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022311510000334

[38] Steuer S., Hervier Z., Thabart S., et al. Creep behavior under isothermal and non-isothermal conditions of AM3 single crystal superalloy for different solutioning cooling rates. Mater. Sci. Eng. A, 2014, no. 601, pp. 145–152. DOI: 10.1016/j.msea.2014.02.046 URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0921509314001981

[39] Каблов Е.Н., Бунтушкин В.П., Базылева О.А. и др. Сплав на основе никеля и изделие, выполненное из него. Патент 2215054 РФ. Заявл. 03.06.2002, опубл. 27.10.2003.

[40] Аргинбаева Э.Г., Базылева О.А., Оспенникова О.Г. и др. Интерметаллидные никелевые сплавы для авиационных газотурбинных двигателей. Вестник РФФИ, 2017, № 4(96), с. 107–114.

[41] Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Базылева О.А. Материалы для высокотеплонагруженных деталей газотурбинных двигателей. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2011, № S2, с. 13–19.

[42] Базылева О.А., Оспенникова О.Г., Аргинбаева Э.Г. и др. Тенденции развития интерметаллидных сплавов на основе никеля. Авиационные материалы и технологии, 2017, № S, с. 104–115.