Влияние термической обработки на структуру и свойства жаропрочного никелевого сплава на основе Ni–Fe–Co–Nb–Ti–Тa

Исследовано влияние термической обработки на структуру и свойства нового свариваемого жаропрочного никелевого сплава на основе Ni–Fe–Co–Nb–Ti–Тa с низким термическим коэффициентом линейного расширения, предназначенного для изготовления деталей газотурбинных двигателей. Изучена стабильность интерметаллидной глобулярной фазы при закалке, особенности выделения пластинчатых частиц в процессе отжига после закалки. Показано, что сформированная при термической обработке структура с наноразмерными кубоидными и округлыми частицами γ'-фазы, а также с присутствием небольшого количества пластинчатых выделений η-фазы по границам зерен обеспечивает высокий уровень свойств с превосходством по длительной прочности в сравнении с железоникелевыми серийными сплавами аналогичного назначения. При равномерных выделениях γ'-фазы достигается более высокая прочность при кратковременных испытаниях. 

1. 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 (34). – С. 3–33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0- 1-3-33.

2. Каблов Е. Н., Оспенникова О. Г., Ломберг Б. С., Сидоров В. В. Приоритетные направления развития технологий производства жаропрочных материалов для авиационного двигателестроения // Проблемы черной металлургии и материаловедения. – 2013. – № 3. – С. 47–54.

3. Lagow D. W. Materials Selection in Gas Turbine Engine Design and the Role of Low Thermal Expansion Materials // JOM. – 2016. – N 68. –P. 2770–2775.

4. Smith D. F., Tillack D. J., McGrath J. P. A Low-Expansion Superalloy for Gas-Turbine Applications // ASME 1985 Beijing International Gas Turbine Symposium and Exposition Beijing, People's Republic of China. – 1985. – P. 1–9.

5. Симс , Ч. Т., Столофф Н. С., Хагель У. К. Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. – М.: Металлургия, 1995. – 384 с.

6. Incoloy 903 // Special Metals Corporation. URL: www.specialmetals.com/documents/technicalbulletins/incoloy/incoloy-alloy-903.pdf (дата обращения 17.01.2023).

7. Incoloy 907 // Special Metals Corporation. URL: www.specialmetals.com/documents/ technicalbulletins/incoloy/incoloy-alloy-907.pdf (дата обращения 17.01.2023).

8. Incoloy 909 // Special Metals Corporation. URL: www.specialmetals.com/documents/ technicalbulletins/incoloy/incoloy-alloy-909.pdf (дата обращения 17.01.2023).

9. Inconel 718 // Special Metals Corporation. URL: www.specialmetals.com/documents/ technicalbulletins/inconel/inconel-alloy-718.pdf (дата обращения 17.01.2023).

10. Gialanella S., Malandruccolo A. Aerospace Alloys // Springer Nature. – 2019. – P. 570.

11. Finet L., Esin V. A., Maurel V., Nazé L. Composition and Temperature Stability of η and δ Phases for Future Nickel-Base Superalloys for Turbine Disks Application // Superalloys. – 2020. – P. 112–121.

12. Reed R. C. The Superalloys: Fundamentals and Applications // NY: Cambridge University Press. – 2008. – 392 р.

13. An tonov S., Huo J., Feng Q., Isheim D., Seidman D. N., Helmink R. C., Sun E., Tin S. σ and η Phase formation in advanced polycrystalline Ni-base superalloys // Materials Science and Engineering: A687. – 2017. – P. 232–240.

14. Ernst S. C., Baeslack III W. A., Lippold J. C. Weldability of high-strength, low-expansion superalloys // Welding Research Supplement. – 1989. – V. 7, N 4. – P. 418–430.

15. Balachander M. Microstructural characterization and thermal fatigue study of a coated Incoloy 909 superalloy // A Thesis Submitted to The Faculty of Graduate Studies In Partial Fulfillment of the Require ments for the Degree of Doctor оf Philosophy, Department of Mechanical and Manufacturing Engineering University of Manitoba Winnipeg, Manitoba. – 2010. – Р. 264.

16. Fencheng Liu, Feiyue Lyu, Fenggang Liu, Xin Lin, Chunping Huang. Laves phase control of Inconel 718 superalloy fabricated by laser direct energy deposition via δ aging and solution treatment // Journal of Materials Research and Technology. – 2020. – V. 9, Is. 5. – P. 9753–9765.

17. Каблов Е. Н., Евгенов А. Г., Мазалов И. С., Шуртаков С. В., Зайцев Д. В., Прагер С. М. Эволюция структуры и свойств высокохромистого жаропрочного сплава ВЖ159, полученного методом селективного лазерного сплавления. Ч. I // Материаловедение. – 2019. – № 3. – С. 9–17.

18. Каблов Е. Н., Летников М. Н., Оспенникова О. Г., Бакрадзе М. М., Шестакова А. А. Особенности формирования частиц упрочняющей γ'-фазы в процессе старения высоколегированного жаропрочного деформируемого никелевого сплава ВЖ175-ИД // Труды ВИАМ. – 2019. – № 9 (81). – С. 3–14. URL: http: //www. viam-works.ru (дата обращения 17.01.2023). DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-9-3-14.

19. Ломберг Б. С., Шестакова А. А., Бакрадзе М. М., Карачевцев Ф. Н. Исследование стабильности γ′-фазы размером менее 100 нм в жаропрочном никелевом сплаве ВЖ175-ИД // Авиационные материалы и технологии. – 2018. – № 4. – С. 3–10. DOI: 10.18577/2071-9140-2018-0-4-3-10.

20. Шестакова А. А., Карачевцев Ф. Н., Жебелев Н. М. Исследование влияния температуры старения на структурно-фазовые превращения в сплаве ВЖ177 // Труды ВИАМ. – 2018. – № 5. – Ст. 01. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 17.01.2023). DOI: 10.18577/2307-6046-2018-0-5-3-11.

21. Ломберг Б. С., Шестакова А. А., Летников М. Н., Бакрадзе М. М. Влияние температуры и напряжений на характер наночастиц γʹ-фазы в сплаве ВЖ175-ИД // Труды ВИАМ. – 2019. – № 12. – Ст.01. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 17.01.2023). DOI: 10.18577/2307-6046-2019-0-12-3-10.

22. Forbes J. R. M., Jackman L. A. The Structural Evolution of Superalloy Ingots during Hot Working // JOM. – 1999. – V. 5, Issue 1. – P. 27–31.

23. Antonov S., Detrois M., Helmink R. C., Tin S. Precipitate phase stability and compositional dependence on alloying additions in γ–γ′–δ–η Ni-base superalloys // Journal of Alloys and Compounds Elsevier. – 2015. – V. 626. – P. 76–86.

24. Жаропрочный деформируемый сплав на основе никеля с низким температурным коэффициентом линейного расширения и изделие, выполненное из него: пат. 2721261 Рос. Федерация. – № 2019140925; заявл. 11.12.19; опубл. 18.05.20 // Бюл. № 14. – 7 с.

25. Babaie Sangetabi S. S., Abbasi S. M., Mahdavi R. Experimental selection of the initial dissolution treatment temperature range for the subsequent cold rolling of IN907 superalloy sheet // Heliyon. – 2022. – V. 8, Is. 8. – e10138.

26. Azadian S., Wei L.-Y., Warren R. Delta phase precipitation in Inconel 718 // Materials Characterization. – 2004. – N 53. – Pp. 7–16.

27. Boussinot G., Finel A., Le Bouar Y. Phase field modeling of bimodal microstructures in nickel-base superalloys // Acta. Mater. – 2009. –N 57. – Рр. 921–931.

28. Antolovich S. D, Armstrong R. W. Plastic strain localization in metals: origins and consequences // Progress in Materials Science. – 2014. – № 59. – Pp. 1–160. DOI: 10.1016/j.pmatsci.2013.06.001.

29. Zhao L., H e J., Tao W., Shuhong F., Yong Z. Microstructure Evolution of GH2909 Low Expansion Superalloy During Heat Treatment // Acta Metall Sin. – 2022. – № 58 (9). – Pp. 1179–1188.

30. Авиационные материалы: справочник в 13 т. Т. 2: Деформируемые жаропрочные стали и сплавы. 7-е изд., перераб. и доп. / Под общ. ред. Е. Н. Каблова. – М.: ВИАМ. – 2018.