АНАЛІЗ ЕФЕКТУ МОДИФІКУВАННЯ ІТРІЄМ, ГАФНІЄМ ТА НІОБІЄМ СПЛАВУ ЖС3ДК-ВІ ЗІ ЗНИЖЕНИМ ВМІСТОМ ВУГЛЕЦЮ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6885-2025-1-1Ключові слова:
жароміцний нікелевий сплав, хімічний склад, вмісту вуглецю, модифікування, структура, механічні властивос-ті, жароміцність, розрахунково-аналітичні методики.Анотація
Мета дослідження. Теоретичне прогнозування утворення карбідів та можливостей компенсації відсутності карбідного зміцнення у сплаві ЖС3ДК-ВІ зі зниженим вмістом вуглецю за рахунок додаткового модифікування ітрієм, гафнієм та ніобієм.
Методи дослідження. Аналізом відповідних стехіометричних рівнянь реакцій визначено мінімальні умови отримання карбідів ітрію та гафнію.
З використанням відомих розрахунково-аналітичних методик визначено прогнозовану 100- і 1000-годинну тривалу міцність сплаву ЖС3ДК-ВІ на різних рівнях легування без модифікування та умовного комплексно модифікованого ітрієм, гафнієм та ніобієм варіанту.
Наукова новизна. Попередніми дослідженнями встановлено, що у структурі зразків зі зниженим вмістом вуглецю (0,015…0,020 % С) карбіди практично відсутні, а межі зерен дуже тонкі. При введенні ніобію, ітрію та гафнію відбувається утворення карбідів у формі глобулярних частинок в основному рівномірно розподілених в об'ємі металу.
Розрахунками встановлено, що для проведення реакції карбідоутворення ітрію 0,015 % і гафнію 0,25 % достатньо 0,02014 % вуглецю.
Як було раніше встановлено, при введенні 0,15...0,25 % гафнію в сплав ЖС3ДК-ВІ, всі карбіди виділені у вигляді глобулярних частинок, і розташовані по межах зерен та міждендритних просторах. Таким чином, оскільки відомо, що карбіди ітрію виділяються з розплаву і є підкладкою для зростання карбідів типів МС у вигляді глобулярних частинок, можна зробити висновок, що отриманої за розрахунками кількості ітрію і гафнію, може бути достатнім для утворення округлих карбідів у металі ЖС3ДК-ВІ із вмістом вуглецю 0,06…0,11 % (відповідно ОСТ 1.90.126-85).
Таким чином можна зробити висновки, що при малому вмісті вуглецю:
- ітрій не бере участі в карбідних реакціях, а витрачається на локальне легування поверхні розділу фаз, що уповільнює дифузійні процеси, підвищує структурну стабільність і жароміцність сплаву, зменшує розміри зерен, і подрібнює дендритну структуру;
- гафній перешкоджає руйнуванню меж зерен за рахунок пригнічення виділення вторинних карбідів, і зміцнює γ´-фазу.
Для компенсації браку карбідного зміцнення сплаву із вмістом вуглецю 0,015…0,020 %, розрахунково-аналітичними методиками вивчено можливості зміцнення γ´- фази за рахунок легування сплаву гафнієм та ніобієм.
Практична цінність. Встановлено розрахункове збільшення тривалої міцності умовного комплексно модифікованого гафнієм, ніобієм та ітрієм сплаву до ~12 % щодо серійного сплаву ЖС3ДК-ВІ за ОСТ 1.90.126-85.
Виходячи з отриманих даних, можна зробити висновок, що присадка гафнію в кількості 0,25 % і ніобію – 0,50 % компенсує відсутність карбідного зміцнення сплаву ЖС3ДК-ВІ при знижених вмістах вуглецю.
Посилання
Myalnitsa H. P., Verkhovlyuk A. M., Narivskyi A. V. et al. (2023). Materials and technologies for blades of domestic industrial gas turbine engines. Kyiv: Naukova dumka, 180 p. https://doi.org/10.15407/978-966-000-1810-5.
Erickson G.L. (1996). The Development of the CMSX-11B and CMSX-11C Alloys for Industrial Gas Turbine Application. Superalloys, 45–52.
Michels H.T., Friend W.Z. (1980). Nickel-Base Superalloys. Corrosion of Nickel and Nickel-Base Alloys. New York, 435–449.
Sims Ch., Stoloff N., Hagel W. (1987). Superalloys II: High-Temperature Materials for Aerospace and Indus-trial Power. New York: John Wiley & Sons. 640 p.
Satyanarayana D, Prasad N (2017). Nickel-based superalloys. Aerospace Materials and Material Technolo-gies. Vol. 1: Aerospace Materials. Singapore. Springer Nature. Pte Ltd., 199-228. DOI:10.1007/978-981-10-2134-3_9.
Bialik G. A., Naumyk V. V., Lunyov V. V. and Parkhomenko A. V. (2013). Theory of foundry alloys: textbook. Zaporizhzhia, ZNTU, 156.
Khrychikov V. E., Menyaylo O. V. (2013). Found-ry production of ferrous and non-ferrous metals: teaching book. Dnipropetrovsk, National Metallurgical Acad. of Ukraine, 88.
Naumyk V. V. (2014). Production of high-quality castings from copper and nickel alloys under conditions of controlled crystallization: monograph. Zaporizhzhia, ZNTU, 246.
Boguslaev V.O., Repiah S. I., Mohylatenko V. G. at all. (2016). Foundry properties of metals and alloys for precision casting: a textbook for higher educational insti-tutions. Zaporizhzhia, JSC “Motor Sich”, 474.
É. I. Tsivirko, P. D. Zhemanyuk, V. V. Klochikhin, et al. (2001). Crystallization processes, struc-ture and properties of Ni superalloy castings Metal Sci-ence and Heat Treatment, 43 (9–10), 382–386.
Tomkin D. O., Pedash O. O., Naumyk O. O., Naumyk V. V. (2025). The influence of reduced carbon content on the properties of the ZhS3DK-VI alloy. Cast-ing Processes, 1 (159). – P. 3–10.
Tikhomirova, T. V., Gordienko E. I., Bekhter R. V., Podobny A. V. (2021). Effect of Yttrium and Hafni-um Microalloying on the Strength Characteristics and Morphology of the Carbide Phase of ZhS3DK-VI Alloy during Delayed Crystallization.Aviation and Space Engi-neering and Technology, 4, 125–131.
Phase Diagrams of Binary Metallic Systems. Volume 2. (1997). Ed. by N. P. Lyakishev. M.: Mechani-cal Engineering, 1024 p.
Tyomkin D.O., Klochikhin V.V., Danilov S.M. et al. (2024). Iinfluence of conditional return chemical composition and modification balance on the properties of ZHS6U-VI alloy. Processy littya, 1 (155), 39–46.
Gaiduk S. V. (2015). Integrated calculation and analytical methodology for designing cast heat-resistant nickel alloys. New materials and technologies in metallur-gy and mechanical engineering, 2, 92–103.
Gaiduk S. V., Tikhomirova T. V. (2016). Inte-grated calculation and analytical methodology for de-signing cast heat-resistant nickel alloys with required ser-vice properties. Metallurgical and mining industry, 5 (302), 62–69.
Gaiduk S. V., Gnatenko O. V., Naumyk V. V. (2011). Predicting the structural and phase stability of a sparingly alloyed heat-resistant alloy for critical castings. Bulletin of DDMA, 4 (25), 40–43.
Naumyk O.O., Tiomkin D.O., Naumyk V.V. (2023). Analytical calculation of quality indicators ZHS3DK-VI foundry heat-resistant nickel alloy. New materials and technologies in metallurgy and mechanical engineering, 2, 51–58.
Tyomkin D.O., Klochikhin V.V., Danilov S.M. et al. (2022). Influense of modification by itrium into the structure and properties of castings obtained from ZhS6U-VI alloy return. New materials and technologies in metallurgy and mechanical engineering, 2, 50–56.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Положення про авторські права Creative Commons
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи.
