FOLLOW US ON
+7 (495) 374-04-01
Отраслевые решения

«Инжиниринг» твердости в суперсплавах на основе никеля

Материалы используемые для создания лопаток газовых турбин подвергаются разнообразным экстремальным воздействиям. Кроме того, они должны в течение длительного времени противостоять центробежным силам при температурах до 1100°C. Жесткие требования к геометрии лопаток турбин обуславливает необходимость минимизации ползучести, а так же, высочайшей коррозионной стойкости. Еще одним важным фактором является то, что эффективность работы турбины возростает с ростом рабочей температуры. В связи с чем при разработке новых материалов актуальной становится задача обеспечения их работы при повышенных температурах. Одним из наиболее перспективных классов супер сплавов являются многокомпонентные сплавы на основе никеля. Как правило, в их химической композиции присутствует более 10 элементов.

В настоящей работе исследовался контрольный суперсплав CMSX-6 (США) со следующей композицией, вес.%: Al 4.9, Ti 3.9, Cr 8.2, Co 4.1, Mo 2.5, Ta 0.6, Ni 74.8, а так же три сплава с добавлением, вес..% Re 3%, Ru 3%, и с добавлением обоих элементов одновременно. Монокристаллы выращены методом Бриджмана-Стокбаргера. После отжига образцы сплавов разрезаны по кристаллографической плоскости {001} (перпендикулярно к направлению осаждения) и отполированы до шероховатости не превышающей 2 нм. Для исследования твердости материала использовался сканирующий пикоиндентор Hysitron TI950.

 Load-displacement curves on alloy Re with nominal 3 wt.% Re.

Исследования твердости сплавов показали, что добавление Re и Ru по разному влияет на матрицу γ и выделения γ’: добавление Re значительно повышает твердость матрицы, в то время, как Ru увеличивает твердость обеих фаз. Добавление обоих элементов одновременно повышает твердость выделений несколько больше, чем только Ru. В обоих случаях, увеличение твердости связано с изменениями в механизме кристаллизации. Для понимания процессов изменения твердости в различных фазах и сплавах необходимо учиывать механизм разделения элементов Re и Ru. Вспомогательные исследования с помощью энергоразрешенной спектроскопии позволили определить неравномерное распределение элементов в сплаве. Re, в основном, находился в матрице материала, в то время как Ru был более-менее распределен между двумя фазами. Такой механизм распределения элементов позволяет качественно объяснить закономерности изменения твердости.

Hardness of the γ-matrix and γ´-precipitates for the different alloys

Комбинирование методов измерения твердости и локального химического анализа позволяет детально исследовать влияние каждого отдельного элемента в сплаве на различные части микроструктуры суперсплавов на основе никеля. То обстоятельство, что для создания суперсплавов используется широкий спектр материалов, требует детального изучения влияния каждого из них и взаимодействие с другими элементами микроструктуры. В настоящей работе продемонстрировано, что измерения с высоким пространственным разрешением, с использованием in-situ СЗМ микроскопа сканирующего наноиндентора являются ключом к пониманию фундаментальных закономерностей поведения многокомпонентых сплавов. Полная версия работы доступна по ссылке.