3 / 15
Создание интерметаллидных никелевых сплавов и композиционных материалов на их основе
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2017. № 3
77
где
с
Е
— среднее значение электронной концентрации композиции сплава;
—
i
e
концентрация валентных электронов;
a
i
—атомная доля
i
-го элемента;
с
А
— атом-
ная масса сплава;
n
— число компонентов сплава, включая основу; Δ
E
— параметр,
определяющий дисбаланс легирования.
Расчет составов композиций проводили параллельно с физико-химическим
фазовым анализом с учетом легирующих элементов, участвующих в образовании
карбидов. Структурно-стабильным сплав будет, если из смеси (
γ
ʹ
+
γ
)-фаз, коге-
рентно связанных между собой, в процессе эксплуатации не будут выделяться то-
пологически плотноупакованные (ТПУ) фазы, а границы зерен будут упрочнены
карбидами.
Результаты физико-химического фазового анализа и расчета
Е
Δ
показали,
что оптимальными параметрами для интерметаллидных композиций системы
Ni
3
Al–Cr–Mo–W–Ti–Hf являются: содержание карбидной фазы ~1,5 % масс. со-
става MeC и Mo
2
C;
с
Е
~ 8,37 эл/ат, а
Е
Δ
= (+0,01).
Химический состав и массовая доля карбидной фазы после длительных ис-
пытаний при температуре 1200
°
С мало изменяются (табл. 2), ТПУ-фазы в спла-
ве не выделяются (рис. 1).
Таблица 2
Число и состав карбидной фазы в сплаве ВКНА-1ВР после испытаний
на длительную прочность при температуре 1200
°
С
Условия испытаний
Количество
карбидов, % масс.
Содержание элементов в карбидах по отноше-
нию к массе сплава, % масс.
σ
, МПа
τ, ч
Ni
Cr
W
Mo
Ti
Hf
Исходное состояние
1,24
0,36
0,18
0,19
0,48
0,02
0,01
40
100
1,37
0,35
0,18
0,27
0,54
0,02
0,01
30
500
1,28
0,30
0,17
0,27
0,51
0,02
0,01
Исследование микроструктуры сопловых лопаток ТВД второй ступени из
интерметаллидного сплава ВКНА-1ВР в исходном состоянии и после наработки
в течение 180 ч показало, что сплав технологичен и выбранные температурно-
временные режимы отливки позволяют сформировать в структуре в основном
карбиды типа МеС благоприятной округлой формы, выделяющиеся по грани-
цам зерен и упрочняющие их. Анализ микроструктуры сопловой лопатки вы-
явил, что составляющие оси дендритов (
γ
ʹ
+
γ
)-фазы и карбиды в замке крупнее,
чем в пере лопатки (рис. 2,
а
и
б
). После 180 ч наработки морфология карбидной
фазы несколько меняется: наряду с карбидами МеС, располагающимися по гра-
ницам зерен (рис. 2,
в
и
ж
), в межосном пространстве выделяются конгломера-
ты карбидов Сr
7
C
3
в виде «китайских иероглифов» (рис. 2,
г
и
д
), которые могут
являться концентраторами напряжений, в осях дендритов новых фаз не обна-
ружено, выделения
γ
ʹ
- и
γ
-фаз несколько укрупняются и вытягиваются в
направлении приложенных напряжений (рис. 2,
б
,
е
и
з
).