ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ КОМПЛЕКСУ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЖАРОМІЦНИХ НІКЕЛЕВИХ СПЛАВІВ

Автор(и)

  • Сергій Бєліков Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя, Україна https://orcid.org/0000-0002-9510-8190
  • Віталій Кононов Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя, Україна https://orcid.org/0000-0002-0479-1386
  • Олександр Глотка Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя, Україна https://orcid.org/0000-0002-3117-2687
  • Михайло Сидоренко Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя, Україна https://orcid.org/0000-0002-9097-9739
  • Сергій Пучек Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя, Україна https://orcid.org/0009-0007-8077-6106

DOI:

https://doi.org/10.15588/1607-6885-2025-1-2

Ключові слова:

жароміцні нікелеві сплави, фазовий склад, розподіл легувальних елементів, жароміцність, карбіди.

Анотація

Мета роботи. Провести порівняльні дослідження комплексу физико-механічних властивостей імпортного сплаву N-155 і вітчизняного сплаву ЗМІ-11 з метою збільшення ресурсу роботи лопаток, що обертаються. Провести порівняльні випробування на короткочасну і тривалу міцність сплавів в початковому стані (після термообробки), провести порівняльні випробування на короткочасну і тривалу міцність сплавів після тривалої теплової дії при Т = 850 °С, 950 °С впродовж 1000, 3000, 5000 годин.

Методи дослідження. Зразки сплавів виготовляли зі зливків вагою 10 кг у вакуумній індукційній печі УППФ-3М в середовищі аргону при тиску 1,4–5,3 Па в тиглях з основним футеруванням з одночасною заливкою зразків рівновісної кристалізації. Хімічний аналіз проводили стандартними методами згідно з вимогами ТУ 14-1689-73 і ОСТ 1.90127-85. Дослідження мікроструктури проводили на мікрошліфах, площина яких орієнтована по нормалі до поверхні на світловому оптичному мікроскопі «Olympus IX-70» з цифровою відеокамерою «ExwaveHAD color video camera Digital Sony» при збільшеннях ×200, ×500, ×1000. Випробування міцності (ГОСТ 1497-61, ГОСТ 9651-61, ГОСТ 1497-84) проводили на стандартних циліндричних зразках (діаметр робочої частини 5мм, довжина 25мм) при температурах 200, 800, 900 і 1000 °С на розривній машині марки          УМЭ-10ТМ. Випробування на тривалу міцність (ГОСТ 10145-81) проводили на стандартних циліндричних зразках при температурах 800, 900, 1000°С і відповідних навантаженнях 600, 400, 180 МПа на машині             АИМА-5-2.

Отриманні результати. Встановлено, що при випробуваннях 800 та 900°С границя міцності сплаву             N-155 в 1.2 рази нижча ніж ЗМІ-11, а довготривала міцність в 5.2 рази менша відповідно. Показано, що кількість зміцнючої фази в сплаві ЗМІ-11 більше на 6…10 %, з рівномірним розподілом по тілу сплаву. Встановлено, що у складі зміцнюючої фази сплаву ЗМІ-11 концентрація хрому, вольфраму і молібдену залишається практично незмінною і не залежить від наявності ніобію. В той же час, у складі зміцнюючої фази сплаву ЗМІ-11 підвищується концентрація кобальту в 1,4 разу і знижується в 1,1 разу концентрація алюмінію і титану в порівнянні із сплавом N-155. Встановлено, що в процесі розчинення нерівноважних евтектичних виділень виникають мікрооб’єми, локально пересичені вольфрамом, хромом, титаном, в яких підвищується вірогідність утворення карбідів на складнішій основі. В ході досліджень було встановлено, що в процесі тривалої теплової дії карбіди на основі танталу TaC і на змішаній основі (Ta, Ti) C в сплаві ЗМІ-11 термічно стабільніші, ніж карбіди в сплаві N-155.

Наукова новизна. Отримані результати дають змогу зрозуміти термодинаміку процесів фазоутворення в двох системах легування та встановити залежності між легуючими елементами та фазовим складом сплаву.

Практична цінність. Отримані результати дають змогу рекомендувати як замінника закордонним N-155 на вітчизняний ЗМІ- 11 без втрати властивостей та ресурсу експлуатації.

Біографії авторів

Сергій Бєліков, Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя

д-р техн. наук, професор, професор кафедри транспортних технологій Національного університету «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя

Віталій Кононов, Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя

канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри деталей машин і підйомно-транспортних механізмів Національного університету «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя

Олександр Глотка, Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя

канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри фізичного матеріалознавства Національного університету «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя

Михайло Сидоренко, Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя

канд. техн. наук, доцент, доцент кафедри деталей машин і підйомно-транспортних механізмів Національного університету «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя

Сергій Пучек, Національний університет «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя

aспірант кафедри транспортних технологій Національного університету «Запорізька політехніка», м. Запоріжжя

Посилання

Semiatin, S.L., Tiley, J.S., Zhang, F. et al. (2021). A Fast-Acting Method for Simulating Precipitation During Heat Treatment of Superalloy 718. Metall Mater Trans A 52, 483–499 https://doi.org/10.1007/s11661-020-06092-6

Sulzer, S., Hasselqvist, M., Murakami, H. et al. (2020). The Effects of Chemistry Variations in New Nickel-Based Superalloys for Industrial Gas Turbine Ap-plications. Metall Mater Trans A 51, 4902–4921 https://doi.org/10.1007/s11661-020-05845-7

Xie, J., Ma, Y., Xing, W. (2019). Microstructure and mechanical properties of a new cast nickel-based superalloy K4750 joint produced by gas tungsten arc welding process. J Mater Sci, 54, 3558–3571. https://doi.org/10.1007/s10853-018-3081-y

Glotka O.A. 2020. Modelling the composition of carbides in nickel-based superalloys of directional. Jour-nal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering, 102/1, 5–15. DOI: https://doi.org/10.5604/01.3001.0014.6324

Y.H. Kvasnytska, L.М. Ivaskevych, О.І. Balyt-skyi (2020). High-Temperature Salt Corrosion of a Heat-Resistant Nickel Alloy. Material Sciences, 56, 432–440. DOI: https://doi.org/10.1007/s11003-020-00447-5

P.G. Min, V.V. Sidorov, V.E. Vadeev (2020). De-velopment of Corrosion and Heat-Resistant Nickel Alloys and their Production Technology with the Aim of Import Substitution. Power Technol Eng, 54, 225–231. DOI: https://doi.org/10.1007/s10749-020-01195-x

Hiroto Kitaguchi (2012). Microstructure-Property Relationship in Advanced Ni-Based Superalloys/ Hiroto Kitaguchi. – Open access peer-reviewed chapter, 210. https://doi.org/ 10.5772/52011

Zhao, GD., Yang, GL., Liu, F. et al. (2017). (2017). Transformation Mechanism of (γ + γ′) and the Effect of Cooling Rate on the Final Solidification of U720Li Al-loy. Acta Metall. Sin. (Engl. Lett.) 30, 887–894 https://doi.org/10.1007/s40195-017-0566-7

Liang, T., Wang, L., Liu, Y. et al. (2020). Role of script MC carbides on the tensile behavior of laser-welded fusion zone in DZ125L/IN718 joints at 650 °C. J Mater Sci 55, 13389–13397 https://doi.org/10.1007/s10853-020-04931-w

Glotka, A.A. (2020). Distribution of Alloying El-ements in the Structure of Heat-Resistant Nickel Alloys in Secondary Carbides / A.A. Glotka, S.V. Gaiduk // J Appl Spectrosc, 87, 812–819. DOI: https://doi.org/10.1007/s10812-020-01075-2

##submission.downloads##

Опубліковано

2025-03-25

Номер

Розділ

Структуроутворення. Опір руйнуванню та фізико-механічні властивості