ПОРІВНЯЛЬНИЙ АНАЛІЗ КОМПЛЕКСУ ВЛАСТИВОСТЕЙ ЖАРОМІЦНИХ НІКЕЛЕВИХ СПЛАВІВ
DOI:
https://doi.org/10.15588/1607-6885-2025-1-2Ключові 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.
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
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 https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/, 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.