Структура и жаропрочность интерметаллидного ренийсодержащего сплава после термической обработки

Разработанные интерметаллидные сплавы на основе соединения Ni₃Al, известные под марками ВКНА и ВИН, привлекают внимание высокими значениями рабочих температур (до 1200 °С) и относительно невысокой плотностью (~ 8 г/см³). Известно, что интерметаллидные сплавы первых поколений, такие как ВКНА-1В и ВКНА-4У, не требуют многостадийной термической обработки. Обусловленное высокими требованиями к материалам горячего тракта газотурбинных двигателей повышение значений прочностных характеристик происходит в том числе за счет увеличения содержания тугоплавких легирующих элементов, поэтому изыскания в области температурных воздействий на структуру и свойства интерметаллидных сплавов нового поколения становятся весьма актуальными. Выполнены исследования влияния режимов термической обработки на структурно-фазовое состояние интерметаллидного сплава марки ВИН4, содержащего рений. Показано, что отжиг при температурах, близких к температуре солвус, позволяет увеличить время до разрушения при испытаниях на длительную прочность при 1100 °C. В то же время при термической обработке сплава с высокой скоростью охлаждения происходит перераспределение элементов с неравномерным выделением фаз различной морфологии, обогащенных молибденом и хромом, что негативно сказывается на результатах длительной прочности. Исследования являются промежуточным этапом в установлении закономерностей влияния параметров термической обработки на интерметаллидные сплавы в зависимости от степени легирования

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 16-38-00260 "Исследование закономерностей формирования структурно-фазового состояния жаропрочных литейных интерметаллидных сплавов на основе никеля после различных режимов термической обработки"

Литература

[1] Каблов Е.Н., ред. История авиационного материаловедения. ВИАМ --- 75 лет поиска, творчества, открытий. М., Наука, 2007.

[2] Каблов Е.Н., Петрушин Н.В., Василенок Л.Б. и др. Рений в жаропрочных никелевых сплавах для лопаток газовых турбин. Материаловедение, 2000, № 2, с. 23--29.

[3] Каблов Е.Н., Петрушин Н.В., Василенок Л.Б. и др. Рений в жаропрочных никелевых сплавах для лопаток газовых турбин (продолжение). Материаловедение, 2000, № 3, с. 38--43.

[4] Каблов Е.Н., Бунтушкин В.П., Морозова Г.И. и др. Основные принципы легирования интерметаллида Ni₃Al при создании высокотемпературных сплавов. Материаловедение, 1998, № 7, с. 13--15.

[5] Базылева О.А., Аргинбаева Э.Г., Туренко Е.Ю. Жаропрочные литейные интерметаллидные сплавы. Авиационные материалы и технологии, 2012, № S, с. 57--60.

[6] Базылева О.А., Туренко Е.Ю., Аргинбаева Э.Г. Высокотемпературные интерметаллидные сплавы для деталей ГТД. Авиационные материалы и технологии, 2013, № 3, с. 26--31.

[7] Jozwik P., Polkowski W., Bojar Z. Applications of Ni₃Al based intermetallic alloys --- current stage and potential perceptivities materials. Materials, 2015, vol. 8, no. 5, pp. 2537--2568. DOI: 10.3390/ma8052537

[8] Базылева О.А., Аргинбаева Э.Г., Фесенко Т.В. и др. Исследование влияния ликвационной неоднородности на структуру и долговечность интерметаллидных сплавов на основе никеля. Материаловедение, 2014, № 6, с. 7--12.

[9] Аргинбаева Э.Г. Влияние легирования, технологий литья и термической обработки на структуру и свойства интерметаллидных сплавов на основе никеля. Автореф. дис. … канд. техн. наук. М., ВИАМ, 2014.

[10] Каблов Е.Н. Инновационные разработки ФГУП "ВИАМ" ГНЦ РФ по реализации "Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года". Авиационные материалы и технологии, 2015, № 1, с. 3--33.

[11] Каблов Е.Н., Оспенникова О.Г., Ломберг Б.С. Стратегические направления развития конструкционных материалов и технологий их переработки для авиационных двигателей настоящего и будущего. Автоматическая сварка, 2013, № 10-11, с. 23--32.

[12] Самойлов А.И., Назаркин Р.М., Моисеева Н.С. Определение мисфита во фрагментированных монокристаллах никелевых жаропрочных сплавов. Труды ВИАМ, 2013, № 5. URL: http://www.viam-works.ru/plugins/content/journal/uploads/articles/pdf/33.pdf

[13] Семенов В.Н., Бондарев Б.И., Фаткуллин О.Х. и др. Способ термической обработки жаропрочных сплавов на основе никеля. Патент 2164262 РФ. Заявл. 20.11.1998, опубл. 20.03.2011.

[14] Neumeier S., Pyczak F., Goken M. The influence of ruthenium and rhenium on the local properties of the γ- and γ’-phase in Ni-based single crystal superalloys and their consequences for alloy behaviour. Superalloys-2008. 11th Int. Symp. Superalloys, 2008, pp. 109--119.

[15] Saito S., Kurokawa K., Hayashi Sh., et al. Tie-line compositions of the σ and (γ, γ’, β) phases in the Ni--Al--Re--Cr system at 1423 K. ECS Trans., 2009, vol. 16, no. 44, pp. 177--184. DOI: 10.1149/1.3224754

[16] Zhu J., Cao W., Yang Y., et al. Chang application of the cluster/site approximation to FCC phases in the Ni--Al--Cr--Re system. Acta Mater., 2007, vol. 55, no. 13, pp. 4545--4551. DOI: 10.1016/j.actamat.2007.04.019

[17] Li P., Li Sh.S., Han Ya.F. Influence of solution heat treatment on microstructure and stress rupture properties of a Ni₃Al base single crystal superalloy IC6SX. Intermetallics, 2011, vol. 19, no. 2, pp. 182--186. DOI: 10.1016/j.intermet.2010.08.019

[18] Li H., Li F., Li Sh., et al. Influence of ageing treatments on stress rupture properties of Ni₃Al base single crystal alloy IC21 at 850 °C. Mat. Sc. Forum, 2013, vol. 747-748, pp. 659--664. DOI: 10.4028/www.scientific.net/MSF.747-748.659

[19] Ai Ch., Li Sh., Zhang H., et al. Effect of withdrawal rate on microstructure and lattice misfit of a Ni₃Al based single crystal superalloy. J. Alloys Compd., 2014, vol. 592, pp. 164--169. DOI: 10.1016/j.jallcom.2013.12.262