Применение цифровых технологий для выявления неоднородных концентрационных зон в структуре жаропрочных никелевых сплавов, в том числе полученных селективным лазерным сплавлением

Представлены экспериментальные данные, полученные с применением цифровых технологий при изучении химической, кристаллографической и морфологической однородности структуры жаропрочного сплава на никелевой основе с карбидно-интерметаллидным упрочнением и повышенным содержанием γ-фазы, синтезированного на монокристаллические подложки разного состава с КГО <001> в Z-направлении. С использованием предложенного подхода показана возможность изучения и аттестации разноуровневых изменений структуры образцов в исходном состоянии и после термического воздействия. Анализ проводили при помощи интегрированных в растровый электронный микроскоп системы для EBSD-анализа и программного пакета для анализа электронно-микроскопических изображений.

1. Каблов Е. Н. Аддитивные технологии - доминанта национальной технологической инициативы // Интеллект и технологии. - 2015. - № 2 (11) . - С. 52-55.

2. Каблов Е. Н. Настоящее и будущее аддитивных технологий // Металлы Евразии. - 2017. -№ 1. - С . 2-6.

3. Каблов Е. Н. Ключевая проблема - материалы // Тенденции и ориентиры инновационного развития России: Сб. науч.-информ. материалов. - М.: ВИАМ, 2015. - С. 458-464.

4. Самойлов А. И ., Морозова Г. И., Кривко А. И., Афоничев О. С. Аналитический метод оптимизации легирования жаропрочных никелевых сплавов // Материаловедение. - 2000. - № 2. -С.14-17.

5. Морозова Г. И. Сбалансированное легирование жаропрочных никелевых сплавов // Металлы. - 1993. - № 1. - С. 38-41.

6. Петрушин Н. В., Елютин Е. С., Назаркин Р. М., Колодочкина В. Г., Фесенко Т. В. Структура и свойства монокристаллов жаропрочного никелевого сплава, содержащего рений и рутений // Металлургия машиностроения. - 2013. - № 1. - С. 12-18.

7. Дынин Н. В., Иванова А. О., Хасиков Д. В., Оглодков М. С. Селективное лазерное сплавление алюминиевых сплавов (обзор) // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. - 2017. -№ 8 (56). - С. 12-23. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 10.01.2018). DOI 10.18577/23076046-2017-0-8-2-2.

8. Pinkerton A. J. Lasers in additive manufacturing // Optics & Laser Technology. - 2016. -V 78. - P. 25-32.

9. Yadroitsev I. Selective laser melting: Direct manufacturing of 3D-objects by selective laser melting of metal powders. - Germany, Saarbuken: LAP (Lambert Academic Publishing), 2009.

10. Bremen S., Meiners W., Diatlov A. Selective Laser Melting // Laser Technik Journal. - 2012. - V. 9, N. 2. - P. 33-38.

11. Классификация дефектов металлических материалов, синтезированных методом селективного лазерного сплавления, и возможности методов неразрушающего контроля для их обнаружения / Н. П. Алешин, В. В. Мурашов, А. Г. Евгенов и др. // Общие вопросы дефектоскопии. - 2016. - № 1. -С. 48-55.

12. Xia M., Gu D., Yu G., Dai D. Porosity evolution and its thermodynamic mechanism of randomly packed powder-bed during selective laser melting of Inconel 718 alloy // International Journal of Machine Tools and Manufacture. - 2017. - V. 116. - P. 96-106.

13. Сухов Д. И., Мазалов П. Б., Неруш С. В., Ходырев Н. А. Влияние параметров селективного лазерного сплавления на образование пористости в синтезированном материале коррозионностойкой стали // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. - 2017. - № 8 (56) . - С. 34-44. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 11.01.2018). DOI 10.18577/2307-6046-2017-0-8-4-4.

14. Lu Y., Wu S., Gan Y., Huang T., Yang C., Junjie L., Lin J. Study on the microstructure, mechanical property and residual stress of SLM Inconel-718 alloy manufactured by differing island scanning strategy, Opt. Laser Technol. - 2015. - N 75. - P. 197-206.

15. Catchpole-Smith S., Aboulkhair N., Parry L., Tuck C., Ashcroft I.A., Clare A. Fractal scan strategies for selective laser melting of ‘unweldable' nickel superalloys // Additive Manufacturing. - 2017. - V. 15. - P. 113-122, DOI: 10.1016/j.addma.2017.02.002.

16. Rolchigo M. R., Mendoza M. Y., Samimi P., Brice D. A., Martin B., Collins P. C., Lesar R. Modeling of Ti-W solidification microstructures under Additive manufacturing conditions // Metallurgical and materials transactions. - 2017. - V. 48a. - P. 3606-3622.

17. Vajda E. G., Humphrey S., Skedros J. G., Bloebaum R. D. Influence of topography and specimen preparation on backscattered electron images of bone. - 1999. - V. 21. - P. 379-386.

18. Kangas E. А method for quantitative determination of mean atomic number from backscattered electron images, а mineralogical focus. - Bachelor of Science thesis, Goteborg, 2017.

19. Lloyd G. Atomic number and crystallographic contrast images with the SEM: A review of backscatterd electron techniques // Mineral Mag. - 1987. - N 51. - P. 3-19.

20. Sanchez E., Torres Deluigi M., Castellano G. Mean Atomic Number Quantitative Assessment in Backscattered Electron Imaging // Microsc. Microanal. - 2012. - N 18. - P. 1355-1361.

21. Ткаль В. А., Шараева А. В., Жуковская И. А. Цифровая обработка топографических изображений дефектов структуры монокристаллов // Сб. материалов и программа Шестого международного научного семинара и Четвертой международной молодежной научной школы-семинара «Современные методы анализа дифракционных данных и актуальные проблемы рентгеновской оптики», 19-27 августа 2013 г., НФ СПбГУСЭ. - Великий Новгород, 2013. - С. 234-235.

22. Ткаль В. А., Шараева А. В., Жуковская И. А. Цифровая обработка поляризационно-оптических изображений дефектов структуры монокристаллов// Сб. материалов и программа Шестого международного научного семинара и Четвертой международной молодежной научной школы-семинара «Современные методы анализа дифракционных данных и актуальные проблемы рентгеновской оптики», 19-27 августа 2013 г., НФ СПбГУСЭ. - Великий Новгород, 2013. -С. 131-133.

23. Ткаль В. А., Шараева А. В., Жуковская И. А. Количественная оценка эффективности цифровой обработки HDR-изображений // Сб. материалов и программа Шестого международного научного семинара и Четвертой международной молодежной научной школы-семинара «Современные методы анализа дифракционных данных и актуальные проблемы рентгеновской оптики», 19-27 августа 2013 г., НФ СПбГУСЭ. - Великий Новгород, 2013. - С. 134-135.

24. Гонсалес Р., Вудс Р., Эддинс С. Цифровая обработка изображений. - СПб.: Техносфера. - 2006. - C. 1072.

25. Leszek W. Image analysis: applications in materials engineering. - CRC Press LLC, 1999. -P. 239.

26. Xia M., Gu D., Yu G., Dai D., Chen H., Shi Q. Selective laser melting 3D printing of Ni-based superalloy: understanding thermodynamic mechanisms // Sci. Bull. - 2016. - N 61(13). - P. 1013-1022, DOI 10.1007/s11434-016-1098-7.

27. Clark M., Clare A., Dryburgh P., Li W., Patel R., Pieris D., Sharples S., Spatially R. S. Resolved Acoustic Spectroscopy (SRAS) Microstructural Imaging 45th Annual Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation // AIP Conf. Proc. - 2102. - V. 38, 020001-1-020001-7; https://doi.org/10.1063/1.5099705.

28. Attallah M. M., Jennings R., Wang X., Carter L. N. Additive manufacturing of Ni-based superalloys the outstanding issues // MRS bulletin. - 2016. - V. 41, N 10. - P. 758-764. https://doi.org/10.1557/mrs.2016.211.

29. Marchese G., Lorusso M., Calignano F., Ambrosio E. P., Manfredi D., Pavese M., Biamino S., Ugues D., Fino P. Inconel 625 by direct metal laser sintering: effects of the process parameters and heat treatments on microstructure and hardness // Proceedings of the 13th International Symposium on Superalloys TMS (The Minerals, Metals & Materials Society) Superalloys 2016. - P. 1013-1020.

30. Раевских А. Н., Чабина Е. Б., Петрушин Н. В., Филонова Е. В. Исследование структурно-фазовых изменений на границе между монокристаллической подложкой и сплавом ЖС32-ви, полученным селективным лазерным сплавлением, после воздействия высоких температур и напряжений // Труды ВИАМ: электрон. науч.-технич. журн. - 2019. - № 1 (73). - С. 3-12, URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 20.02.2020 г.). DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-1-3-12.

31. Sames W. J., List F. A., Pannala S., Dehoff R. R., Babu S. S. The metallurgy and processing science of metaladditive manufacturing // International Materials Reviews. - 2016. - P. 1-46, DOI 10.1080/09506608.2015.1116649.

32. Бокштейн С. З., Болберова Е. В., Игнатова И. А., Кишкин С. Т., Разумовский И. М., Влияние величины несоответствия параметров решеток фаз на диффузионную проницаемость межфазных границ // Физика металлов и металловедение. - 1985. - № 59(5) . - С. 938-942.

33. Шанявский А. А., Артамонов М. А., Прудников И. Д., Гришин М. М., Методика автоматизированного определения температурного перегрева жаропрочных никелевых сплавов по состоянию упрочняющей фазы // Научный вестник МГТУ ГА. - 2007. - № 123. - С. 74-78.

34. Бронфин М. Б., Алексеев А. А., Чабина Е. Б. Металлофизические исследования. Возможности и перспективы // 75 лет. Авиационные материалы. Избранные труды «ВИАМ» 1932-2007. -М.: ВИАМ, 2007. - C. 362.

35. Белов Н. В. Процессы реального кристаллообразования. - М.: Наука, 1977. - С.1-235.

36. 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, DOI 10.18577/2071-9140-2015-01-3-33.