Структура сплавов на основе Ni3AL после высокотемпературной деформации

• Автор: Давыдов, Денис Игоревич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 111 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Литературный обзор
1Л Высокотемпературная деформация №зА1 и сплавов на интерметаллидной основе типа ВКНА
1Л Л Деформация №зА1 в различных температурных интервалах
1Л .2 Высокотемпературная деформация жаропрочных сплавов на интерметаллидной основе типа ВКНА
1.2 Структура и свойства традиционных жаропрочных никелевых сплавов
1.3 Влияние деформации на магнитные свойства №зА1
1.4 Постановка задачи исследования
2 Материал и методика эксперимента
2.1 Исследованные материалы
2.2 Выращивание монокристаллов из расплава по методу Бриджмена
2.3 Механические испытания
2.4 Методы структурных исследований
2.4.1 Оптическая металлография
2.4.2 Рентгеноструктурный анализ
2.4.3 Сканирующая электронная микроскопия
2.4.4 Электронная просвечивающая микроскопия
2.4.5 Методика определения типа дефекта упаковки
2.4.6 Нейтронографические исследования
2.5 Магнитные методы
2.5.1 Измерение магнитной восприимчивости с помощью
магнитометра ИМПАС
2.5.2 Магнито-измерительный комплекс Remagraph С
Глава 3 Структура и механические свойства монокристалла №зА1 при высокотемпературной деформации
3.1 Деформация монокристалла №зА1 при высоких температурах
3.2 Роль планарных дефектов в высокотемпературной
деформации монокристалла №зА1
Выводы по главе
Глава 4 Высокотемпературная деформация монокристаллов интерметаллидных сплавов на основе №зА1
4.1 Структура монокристаллов сплавов типа ВКНА в исходном состоянии
4.2 Деформация и разрушение монокристаллов сплавов
типа ВКНА при 1100- 1250°С
4.3 Влияние предварительной термообработки на структуру и механические свойства сплава ВКНА-4У при 1100-1200°С
4.4 Влияние ориентации монокристаллического образца ВКНА-4У на его
механические свойства
Выводы по главе
Г лава 5 Структура и магнитные свойства жаропрочных никелевых сплавов после высокотемпературной деформации
5.1 Структура лопатки из сплава ЧС-70ВИ в исходном состоянии
5.2 Структура турбинной лопатки из сплава ЧС-70ВИ после эксплуатации
по экспериментальному режиму
5.3 Структура сплава ЧС-70ВИ в зоне ударного разрушения
5.4 Изменение магнитной восприимчивости материала турбинных лопаток после эксплуатации по экспериментальному режиму
5.4.1 Магнитные свойства сплава ЧС-70ВИ после
высокотемпературной деформации
5.4.2 Магнитные свойства сплава ЧС-70ВИ вблизи зоны разрушения
5.4.3 Магнитные свойства сплава ЭП-800 после высокотемпературной деформации
5.5 Изменение магнитной восприимчивости по мере увеличения
степени деформации
Выводы по главе
Общие выводы
Список литературы

Введение
Актуальность работы. Интерметаллическое соединение №зА1 со сверхструктурой типа Ы2 является основной упрочняющей фазой жаропрочных никелевых сплавов, представляющих важную группу высокопрочных материалов. Эти сплавы применяются для изготовления турбинных лопаток, ответственных и наиболее нагруженных деталей авиационных и стационарных газотурбинных установок. В настоящее время большое внимание уделяется увеличению мощности и к.п.д. газотурбинных установок, что обеспечивается значительным повышением температуры эксплуатации и рабочих напряжений. При этом для турбинных лопаток, работающих в форсированном режиме, используются те же сплавы, что и при стандартных режимах без замены их на более жаропрочные и дорогостоящие. Сплавы при этом оказываются в экстремальных условиях по температуре и уровню напряжений. С этой точки зрения актуальной задачей является изучение механизмов деформации сплавов на основе №зА1 с целью оценки стабильности структурного состояния в условиях высокотемпературного нагружения.
Понимание физической природы и механизмов высокотемпературной деформации представляет интерес как для развития металлофизики, так и для выбора оптимального режима эксплуатации и в последующем для разработки новых жаропрочных материалов. Вместе с тем остается не решенным целый ряд вопросов, связанных с высокотемпературной деформацией таких сплавов.
В данной работе исследования проведены на сплавах с различной объемной долей интерметаллидной фазы - двойном интерметаллиде №зА1 и двух группах легированных сплавов с различной исходной структурой: типа ВКНА на интерметаллидной основе (близких к эвтектике у+у, 90 об. % у'-фазы) и классических жаропрочных никелевых сплавах ЧС-70ВИ и ЭП-800 (40 об. % у'-фазы), в которых выделение дисперсных частиц у'-фазы происходит при охлаждении из у-твердого раствора. Двойной интерметаллид
ЩА1 выступает в качестве модельного материала.
Интерметаллическое соединение №зА1 обладает аномальным ростом предела текучести с повышением температуры (в зависимости от состава сплава пик находится в интервале температур 700-800°С). Поведению сплава в этой области температур посвящены многочисленные исследования. Механическим свойствам сплава при более высоких температурах уделялось меньше внимания.
Многие аспекты деформационного поведения интерметаллида №зА1 исследованы подробно. Известно, что при деформации №зА1 могут реализовываться несколько вариантов дислокационных реакций, включающих присутствие планарных дефектов. В том чис-

Монокристаллы кристаллизовали из заготовок, полученных вакуумной индукционной плавкой. Диаметр заготовок 18 мм, длина 100 мм.
В данной работе использованы цилиндрические тигли с коническим дном (угол при вершине 15-30°). Коническое дно тигля позволяет при переохлаждении зародиться одному или нескольким зернам сплава. При дальнейшем росте нескольких зародышей, как правило, доминирует по всей поверхности раздела один из них, имеющий наиболее благоприятную ориентацию.
Кристаллизация проведена со скоростью 1 мм/мин. в атмосфере Аг (0,9 атм) при остаточном давлении 3-1СГ2 мм рт. ст. Температурный градиент на фронте кристаллизации С=80 град/см. При этом направление оси роста было произвольным и определялось направлением теплоотвода. По данным рентгеноструктурного анализа ось роста определена как <100> в пределах ± 3° и совпадает с направлением преимущественного роста для кубических кристаллов.
Монокристаллом в широком понимании принято называть однородный кристалл без межзеренных границ, имеющий непрерывную кристаллическую решетку и характеризующийся анизотропией свойств [1]. Известно [5,75], что непосредственно после кристаллизации направленно закристаллизованные образцы двойного сплава №зА1 не являются однофазными. Например, присутствует небольшое (порядка 1 %) количество остаточной фазы №А1, участвовавшей в кристаллизации [2]. После гомогенизации они становятся однофазными и полностью соответствуют определению монокристалла.
Кристаллы жаропрочных сплавов типа ВКНА также не являются однофазными. При этом кристаллы имеют некоторые черты, присущие монокристаллам: они лишены большеугловых границ, между фазами сплава наблюдается хорошая ориентационная связь, кристаллы характеризуются высоким совершенством кристаллического строения и в отношении целого ряда физических свойств, прежде всего - механических, ведут себя как монокристаллы в точном смысле этого слова. Поэтому понятие «монокристалл» в настоящее время широко используется в литературе для описания кристаллов типа ВКНА [37,38]
2.3 Механические испытания
Напряженное состояние, возникающее в турбинной лопатке в процессе эксплуатации, в значительной степени близко к одноосному нагружению. Поэтому в качестве прототипа изделия в данной работе были выбраны разрывные образцы ГОСТ 9651-84[76], тип I, № 1. Они были выточены на токарном станке из монокристаллических заготовок.