Исследование влияния соотношения легирующих элементов в системе Ni–Al–Cr–W–Mo–Ta на стойкость наплавленного металла к термической усталости

Представлен анализ влияния соотношения легирующих элементов в системе Ni–Al–Cr–W–Mo–Ta на стойкость наплавленного металла к термической усталости. Установлено совокупное влияние легирующих элементов на стойкость наплавленного металла к появлению трещин в условиях циклического изменения температуры в диапазоне 20–1150°С. Показано, что в рассматриваемой системе легирования чувствительность металла к образованию трещин термической усталости преимущественно зависит от количества тугоплавких элементов, обусловливающих образование топологически плотноупакованных (ТПУ) фаз. Содержание в наплавленном металле 3,5 мас.% вольфрама, 3,0 мас.% молибдена, 2,5 мас.% тантала не вызывает появления усталостных трещин. Разработанный тип наплавленного металла обеспечивает повышенный уровень термической стойкости и стойкости к окислительному износу по сравнению с высоколегированными никелевым и кобальтовым промышленными сплавами.

наплавленный металл, термоциклирование, тугоплавкие легирующие элементы, топологически плотноупакованные (ТПУ)-фазы, трещины термической усталости, термическая стойкость, окислительный износ

1. Kohopaa J., Hakonen H., Kivivuori S. Wear resistance of hot forging tools surfaced by welding // Wear. – 1989. – V. 130. – P. 103–112. https://doi.org/10.1016/0043-1648(89)90225-1

2. Соколов Г. Н. Новые термостойкие композиционные материалы для наплавки на прессовый инструмент // Вопросы материаловедения. – 2004. – No 4. – C. 51–60.

3. Каблов Е. Н., Бунтушкин В. П., Поварова К. Б., Базылева О. А., Морозова Г. И., К а з а н с к а я Н. К. Малолегированные легкие жаропрочные высокотемпературные материалы на основе интерметаллида Ni3Al // Металлы. – 1999. – No 1. – С. 58–65.

4. Каблов Е. Н., Оспенникова О. Г., Базылева О. А. Литейные конструкционные сплавы на основе алюминида никеля // Двигатель. – 2010. – No 4. – С. 24–25.

5. Бондаренко Ю. А., Кузьмина Н. А., Базылева О. А., Раевских А. Н. Исследование структуры и фазового состава интерметаллидного сплава системы NiAl–Ni3Al, полученного методом высокоградиентной направленной кристаллизации // Вопросы материаловедения. – 2018. – No 2 (94). – С. 52–60. https://doi.org/10.22349/1994-6716-2018-94-2-52-60.

6. Schnell A., Hoebel M., Samuleson J. Study of the weldability of gamma prime hardened superalloys // Advanced Materials Research. – 2011. – V. 278. – P. 434–439. https://doi:10.4028/ www.scientific.net/ AMR.278.434.

7. Соколов Г. Н., Зорин И. В., Цурихин С. Н., Арисова В. Н., Лысак В. И. Электрошлаковая наплавка термостойкого сплава на основе Ni3Al на сталь с целью упрочнения инструмента для горячего деформирования сталей // Вопросы материаловедения. – 2004. – No 2. – C. 87–98.

8. Лукин В. И., Базылева О. А., Ковальчук В. Г., Голев Е. В., Ходакова Е. А. Исследование свойств отливок из интерметаллидного сплава ВКНА-1ВР после исправления дефектов методом сварки // Сварочное производство. – 2014. – No 10. – С. 5–12.

9. Сорокин Л. И. Напряжения и трещины при сварке и термической обработке жаропрочных никелевых сплавов // Сварочное производство. – 1999. – No 12. – С. 11–17. https://doi.org/10.1080/09507110009549215.

10. Wu S., Shao L., Li Z. Effects of service thermal cycles on the microstructure and mechanical property of K4648 superalloy // Journal of Alloys and Compounds. – 2016. – V. 683. – P. 533–541. http://dx.doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.05.122.

11. Максюта И. И., Кляс О. В., Квасицкая Ю. Г., Мяльница Г. Ф., Михнян Е. В. Технологические особенности высокохромистого никелевого сплава, комплексно-легированного рением и танталом // Современная электрометаллургия. – 2014. – No 1. – С. 41–48.

12. Патент РФ No 2478029. Композиционная проволока для сварки и наплавки / Дубцов Ю. Н., Зорин И. В., Соколов Г. Н., Лысак В. И. Опубл. 27.03.2013 // Бюл. No 9.

13. Sokolov G. N., Zorin I. V., Artemiev A. A., Elsukov S. K., Dubtsov Yu. N., Lysak V. I. Thermal- and wear-resistant alloy arc welding depositions using composite and flux-cored wires with TiN, TiCN, and WC nanoparticles // Journal of Materials Processing Technology. – 2019. – V. 272. – P. 100–110. https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2019.05.014.

14. Бабинец А. А. Методика оценки термической стойкости многослойного наплавленного металла // Автоматическая сварка. – 2015. – No 10. – С. 49–53.

15. Бабинец А. А., Рябцев И. А., Кондратьев И. А., Рябцев И. И., Гордань Г. Н. Исследование термической стойкости наплавленного металла, предназначенного для восстановления прокатных валков // Автоматическая сварка. – 2014. – No 5. – С. 17–21.

16. Соколов Г. Н., Артемьев А. А., Зорин И. В., Лысак В. И., Литвиненко-Арьков В.Б.Диагностикаизносостойкостинаплавленногометалламетодомсклерометрии//Сваркаи диагностика. – 2012. – No 2 (март–апрель). – C. 34–39.

17. Кривоносова Е. А., Щицын Ю. Д., Акулова С. Н., Мышкина А. В., Неулыбин С. Д., Белинин Д. С. Снижение дефектности жаропрочных никелевых сплавов в технологиях наплавки // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение. – 2018. – Т. 20, No 2. – С. 12–19. DOI: 10.15593/2224-9877/2018.2.02.

18. Петрушин Н.В., Елютин Е.С. Влияние легирования на температуру плавления интерметаллида Ni3Al // Вопросы материаловедения. – 2017. – No 1 (89). – С. 75–83.

19. Белявин А. Ф., Куренкова В. В., Федотов Д. А. Долговечность наплавленных ремонтных швов на монокристальном жаропрочном никелевом сплаве в условиях циклического окисления // Автоматическая сварка. – 2014. – No 2. – С. 13–24.