ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ ЖАРОПРОЧНОСТИ ЛИТЕЙНЫХ СЛОЖНОЛЕГИРОВАННЫХ СПЛАВОВ НА НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ

УДК 669.715.24 DOI: 10.24412/2071-6168-2021-5-583-593

ОСНОВЫ ПОВЫШЕНИЯ ЖАРОПРОЧНОСТИ ЛИТЕЙНЫХ СЛОЖНОЛЕГИРОВАННЫХ СПЛАВОВ НА НИКЕЛЕВОЙ ОСНОВЕ

В.Н. Гадалов, Ю.В. Скрипкина, А.Е. Гвоздев, С.Н. Кутепов, А.А. Калинин,

И.А. Макарова, Е.А. Филатов

Проведен анализ легирования химического и фазового состава отечественных и зарубежных литых жаропрочных сплавов с никелевой матрицей, где прослеживается тенденция повышения уровня жаропрочных свойств литейных никелевых сплавов за счет более сложного легирования. В последнее время все больше в качестве легирующих элементов стали использовать дорогостоящие рений, рутений, гафний, и диспрозий. Установлено положительное влияние этих элементов на термостабильность у-матрицы и упрочняющей у'-фазы. Вышеуказанные элементы тормозят диффузионные процессы, повышая, тем самым, сопротивление ползучести сплавов при высоких температурах и нагрузках. Дана оценка жаропрочным никелевым сплавам полученных методом направленной кристаллизацией. Установлено, что наиболее показательными параметрами фазового состава исследованных сплавов являются коэффициенты распределения легирующих элементов между у' и у-фазами (К). Сформулированы основные принципы сбалансированного легирования, на которых осуществляется выбор оптимального химического состава жаропрочных никелевых сплавов (ЖНС). Показано, что мисфит (у/у') в основном определяется теми легирующими элементами, которые наиболее сильно увеличивают ау. Такими элементами в порядке возрастания влияния на период решетки (ау) фазы являются Re, Pu, Mo, W, Nb и Ta.

Ключевые слова: литой сплав, ЖНС - жаропрочный никелевый сплав, легирующие элементы, рений, рутений, гафний и др., у-твердый раствор на основе никеля, упрочняющая интерметаллидная у'-фаза, ТПУ - фаза и а-фаза, периоды (а) кристаллических решеток у-твердого раствора, у'-фазы и их размерное несоответствие -(мисфит - у/у'), Ki - коэффициент распределения легирующих элементов между у и у'-фазами, теория легирования.

Наибольшее применение в современном авиа и ракетном двигателестроении нашли жаропрочные никелевые сплавы (ЖНС) [1-50]. Жаропрочные сплавы на основе никеля обладают сложным химическим составом. Они содержат до 10 основных легирующих элементов, не считая многих полезных микродобавок редкоземельных металлов, тщательно сбалансированных для получения необходимых свойств, и имеют гете-рофазную структуру, представляющую собой высокодисперсные частицы у'-фазы, на основе интерметаллического соединения №з(А1, Ti) -упорядоченная ГЦК сверхструктура типа Ll2, равномерно рассеянные в матрице из твердого у-раствора легирующих элементов в никеле - неупорядоченная ГЦК структура (рис. 1).

Рис. 1. Электронно-микроскопическое изображение структуры сплава ЭП202 (светопольное изображение в рефлексе у'-фазы) *20000 Табл. 1, 2 — сплав №2

Упрочнение в сплаве ЭП202 происходит за счет дисперсных частиц у'-фазы, которые имеют шаровидную форму, и образуются при распаде пересыщенного раствора в процессе охлаждения. Их объемная доля в структуре сплава достигает (18-25)%.

Далее представлены (рис. 2) результаты исследования микроструктуры сплава СЛЖС32 (табл. 1) №16 после ТО: выдержка 6 часов при 1200°С; выдержка 15 часов при 1300 °С; закалка со скоростью 100±20 °С/мин.; нагрев до 1000°С; выдержка 2 часа при 1000 °С; закалка со скоростью 100±20 °С/мин.; нагрев до 900 °С; выдержка 16 часов при 900 °С и последующее охлаждение с печью.

а б в

Рис. 2. Микроструктура сплава СЛЖС32 после полного цикла ТО: а — общий вид, *300; б — у'-фаза, *10000; в — «рафт»-структура, *10000

Анализ микроструктуры после высокотемпературной ТО показал снижение содержания эвтектических фаз и неравновесных выделений (рис. 2, а) до (0,2-0,3)%, что свидетельствует о полноте устранения ликвационной неоднородности. Частицы у'-фазы на основе интерметаллида №з(А1,№) выделяются кубические формы с оптимальными размерами (300-400)НМ (рис. 2, б).

Микроструктура материала после испытаний на длительную прочность представляет собой «рафт»-структуру, что является подтверждением того, что сплав максимально выработал свой ресурс (рис. 2, в).

Исследования механических свойств показали, что длительная прочность образцов из опытного сплава СЛЖС-32 (0,5% Re) находятся на уровне минимальных значений сплава ЖС32 (4,0% Re), при этом отстает от зарубежного аналога СMSX-4 не более чем на 7% (табл. 1, сплав №11).

Как показал анализ (рис. 3), значения жаропрочности разработанного сплава СЛЖС-32 соответствуют минимальным значениям ренийсодержащего сплава ЖС32 и зарубежного аналога CMSX-4, при этом значительно превосходят жаропрочность сплава ЖС6У при сопоставимой стоимости шихтовых материалов (табл. 1, сплавы: 16, 15и 11 соответственно).

В области создания никелевых жаропрочных сплавов в мировой практике прослеживается тенденция повышения уровня жаропрочных свойств литейных сплавов за счет более сложного легирования. В настоящее время в качестве легирующих элементов стали использовать дорогостоящие Re, Ru, Ж и др. Эти элементы оказывают положительное влияние на термостабильность у-матрицы и упрочняющей у'-фазы, тормозят диффузионные процессы, повышая тем самым сопротивление ползучести сплавов под воздействием высоких температур и напряжений. Использование Re и Ru в качестве легирующих элементов приводит к удорожанию данных сплавов. Тем не менее, такое легирование целесообразно вследствие заметного повышения их работоспособности и ресурса [7, 14, 29, 40, 47-49].

При получении монокристаллов из жаропрочных никелевых сплавов методом направленной кристаллизации в отливке возникает химическая и структурная неоднородность, обусловленная микроликвацией легирующих элементов в пределах дендритной ячейки. Легирующий элемент, повышающий температуру солидус, обогащает оси дендритов, однако он концентрируется в междендритных областях [4, 6, 12, 16, 18, 37].

Однако в случае максимального легирования упрочняющими элементами в количествах, близких к предельной растворимости, в условиях неравновесной кристаллизации при получении деталей ГТД с использованием технологии точного литья суще-

ственно повышается вероятность образования избыточных фаз, не участвующих в упрочнении, такими фазами являются - эвтектическая у/у'-фаза, ТПУ-фаза и а-фаза.

Таблица 1

Химический состав и Т1, \Ь) в жаропрочных никелевых сплавах

№ п/п Сплав Содержание элементов, мас. %

С Сг Мо № Со А1 тг ыъ Тг, ЫЪ) Ев Та щ Яв Ву другие не более Ыг

1 ВЖЛ14 0,05 19,5 5,0 - - 1,4 2,7 - 4,1 9,0 - - - - 0,02Се 0,005 В ост

2 ЭП202 0,06 18,0 4,5 4,5 - 1,2 2,7 - 3,9 1,2 - - - - 0,02Се 0,005 В ост

3 ЭП590 0,07 18,2 10,0 2,0 - 1,4 2,8 - 4,2 8,5 - - - - 0,02Се 0,005 В ост

4 ЖС3ДК 0,07 12,5 4,0 4,5 9,5 4,5 2,7 - 7,2 1,2 - - - 0,02Се 0,005 В ост

5 ЖС6К 0,15 12,0 5,2 7,0 4,2 5,0 2,5 - 7,5 1,0 - - - 0,02Се 0,005 В ост

6 ЖС6У 0,19 9,0 1,8 10,5 10,0 5,5 2,5 1,1 9,1 0,8 - - - - 0,02Се 0,005 В 0,02 Y ост

7 ЖС6У с добав. 0,19 9,0 1,8 10,5 10,0 5,5 2,5 1,1 9,1 - - 0,5 - 0,3 0,02Се 0,005 В 0,02 Y ост

8 CMSX- 6 - 9.7 2.9 - 4.9 4.8 4.7 - 9.5 - 2.0 0.05 - - - ост

9 ЖС40 - 6,1 4,0 6,9 0,5 5,6 - 0,2 5,8 - 7,0 - - - - ост

10 ЖС6Ф 0,15 5,5 1,0 12,0 9,5 5,5 1,1 1,6 8,2 - - 1,2 - - 0,015В ост

11 CMSX-4 - 6,6 0,6 6,4 9,6 5,6 1,0 - 6,6 - 6,5 0,1 3,0 - <0,006С ост

12 CMSX-10 - 2,0 0,4 5,0 3,0 5,7 0,2 0,1 6,0 - 8,0 0,02 6,0 - 0,002С ост

13 ЭП800 <0,05 12,7 5,5 5,0 9,0 4,6 - 1,8 6,4 <0,5 - - - - <0,4Si <0,2В 0,02Се <0,18, 0,003Р ост

14 ЭП885 <0,06 17,8 5,5 5,5 4,4 1,3 2,6 0,9 4,8 <1,5 - - - - <0,4Si <0,0758 <0,4Мп <0,005Ge 0,015В, 0,003Р ост

15 ЖС32 <0,02 5,0 3,0 8,4 10,8 5,6 - 0,95 6,5 - 7,7 - 4,0 - 0,02Се 0,005В 0,02Y ост

16 СЛЖС-32 <0,02 5,0 3,0 8,4 10,8 5,6 - 1,0 6,6 - 7,7 0,13 0,5 - 0,02Се 0,005В 0,02Y ост

17 ЖС36 <0,02 4,0 1,0 12,0 5,5 6,0 1,0 1,0 8,0 - 1,5 - - - - ост

18 ЭП962 0,11 13,5 4,5 2,9 10,0 3,6 2,6 3,5 9,7 - - - - - <0,03В <0,002Y; 0,002Се ост

Элементы - Сг; Со; Мо; W; Re, упрочняющие у-твердый раствор № и Та - частично; Элементы - А1, Т^ №Ь и Та, стабилизирующие упрочняющую у'-фазу; Элементы - Н£ Dy, В и С, упрочняющие границы зерен и блоков.

Таблица 2

Состав у-твердогораствора, у'-фазы; количества у'-фазы

и карбидов вЖНС у', мас. %

№ п/п Сплав Содержание элементов в фазах, мас. %о Состав у'-фазы в атомных долях Количество фаз

Ыг А1 Тг ыъ Сг Ев Со Мо №

У', мас % Корби-дов, об. %

1 ВЖЛ14 60,4 76,1 0,5 4,7 1,2 11,2 - 22,1 3,8 9,5 1,8 - 6,2 2,3 - (№0,93^0,05^0,02)3 (Т^,61А10,15Мо0,013)3 -21, 5 1,17

2 ЭП202 63,6 68,8 0,9 3,6 0,7 10,7 - 21,8 6,8 1,3 0,1 - 5,8 4,7 5,6 5,3 (№Ч91Сг0,09)3 (Т^,44А10,15М00,15^0,22 -21, 7 1,00

3 ЭП590 66,1 63,1 0,5 3,8 0,7 10,8 - 18,7 8,7 7,8 2,1 - 9,4 10,2 1,5 1,3 (№Ц85Сг0,12Г'е0,03)3 (Т10,41А10,15М00,39^^0,05) -21, 6 1,11

4 ЖС3ДК 54,8 57,8 0,7 8,7 0,9 2,0 - 19,5 12,0 1,1 0,7 12,0 9,7 5,2 4,0 5,8 5,1 (№0,72^,^0,03)3 (Т^дА10,44М00^0,26) -52, 5 1,46

5 ЖС6У 60,2 63,9 0,8 8,2 1,2 2,2 0,4 1,2 11,6 5,8 - 13,0 10,2 2,0 1,3 11,0 7,2 (М0,8С00,13СГ0,07)3 (Т^,12А10,4Мо0,06№Ь0,06) >55 1,82

305 285 265 245 225 205 185 165 145 125

II ♦ ЖС32

1  СЛЖС-32

" • СМвХ-4

^^^^^ 1

...................

28,1 28,3 28,5 28,7 28,9 29,1

Параметр Ларсона-Миллера

Рис. 3. Сравнение результатов испытаний на длительную прочность сплавов

СЛЖС-32, ЖС32ВИ, СМ8Х-4, ЖС6У

Легирующие элементы А1, Т^ Та, Мэ, Р^ Н преимущественно растворяются в у'-фазе и поэтому их называют у'-образующими. Элементы V, Со, Сг, Мо, Re, Ru, 1г главным образом растворяются в у-матрице и относятся к у-стабилизирующим элементам. Вольфрам примерно поровну распределяется между у'- и у-фазами. В соответствии с коэффициентом распределения концентрация рения в у-матрице является наибольшей по сравнению с остальными элементами легирующего комплекса. Положительное влияние рения на длительную прочность обусловлено увеличением температуры солидус сплава, повышенной растворимостью рения в никелевом твердом растворе и увеличением периода кристаллической решетки, снижением коэффициентов диффузии легирующих элементов [1]. Однако при высоких температурах и длительных ресурсах в вы-сокорениевых сплавах образуются ТПУ-фазы. Для стабилизации фазового состава и снижения вероятности образования вредных ТПУ-фаз сплавы дополнительно легируют рутением [2, 3, 47].

Наиболее показательными параметрами фазового состава ЖНС являются коэффициенты распределения легирующих элементов между у'- и у-фазами:

К = с]'/ с],

где С] и С] - концентрации (% атомн.) ьго элемента в у'- и у-фазах соответственно.

Легирующие элементы А1, Та, Т Мэ, образующие в двойных системах на основе никеля интерметаллическое соединение типа №зА1, преимущественно растворяются в у'-фазе и имеют КМ. Элементы V, Со, Сг, Мо, Re, Ru, образующие широкие области у-твердых растворов на основе никеля растворяются главным образом в у-фазе, имея КК1.

Анализируя известные экспериментальные данные по коэффициентам распределения легирующих элементов между у'- и у-фазами ЖНС, содержащих рений и рутений, в порядке увеличения значений К для у-стабилизирующих элементов, их можно расположить в следующий ряд: Кяе< Кс1< Кмо< Кяп< Ксо< ^ [3]. Как видно, коэффициент распределения рутения попадает в одну группу с молибденом и кобальтом.

Выбор оптимального химического состава ЖНС осуществляется на основе принципов сбалансированного легирования, к которым относятся:

- обеспечение фазовой стабильности сплава в широком интервале рабочих температур и ресурса, в противном случае в структуре сплавов образуются нежелательные фазы (например, ТПУ-фазы);

- оптимальное содержание высокодисперсных (0,3-0,5) мкм частиц у'-фазы ку-боидной формы и минимальный темп ее растворения (для упрочнения матричного у-твердого раствора исходное объемное содержание у'-фазы в структуре сплава должно составлять (60-70)%);

- объемное содержание неравновесных фаз эвтектического или перитектиче-ского происхождения (для уменьшения микропористости оно должно быть минимальным);

- температура полного растворения у'-фазы в у-твердом растворе (у'-солидус), которая является не только характеристикой термической стабильности гетерофазной у/у'- структуры, но и определяет, в первом приближении, максимальный уровень жаропрочных свойств сплавов (с повышением у'-солидус возрастает высокотемпературная длительная прочность ЖНС);

- температура солидуса (если легирование повышает солидус, то диффузионная подвижность атомов в таком сплаве будет, ниже и, следовательно, стабильность структуры и жаропрочность выше);

- периоды кристаллических решеток у'-твердого раствора и у'-фазы и их размерное несоответствие (мисфит), поскольку для достижения высокого сопротивления ползучести величины периодов кристаллических решеток фаз должны быть максимальными, а периоды решетки у-твердого раствора должен быть больше, чем у'-фазы;

- температура плавления неравновесных фаз эвтектического и перитектическо-го происхождения (для увеличения «окна» термообработки она должна быть максимальной, в противном случае не удается полностью растворить у'-фазу и провести полную гомогенизацию у-твердого раствора без риска плавления междендритных областей отливки из ЖНС);

- температурный интервал кристаллизации (для увеличения склонности сплавов к формированию столбчатой и монокристаллической структур и уменьшения объемной доли микропористости при направленной кристаллизации он должен быть минимальным);

- плотность сплава в межосных участках дендритов отливки; для устранения образования при направленной кристаллизации ростовых дефектов типа «струйная ликвация» она должна быть примерно равна плотности сплава.

С целью достижения максимальных характеристик жаропрочности в выбранной системе легирования расчетным путем было установлено, что величина у/у'-мисфита, который рассчитывается по формуле А=(ау-ау')/ау, где ау и ау - периоды решеток у- и у'-фаз, А должна быть положительной при ау > ау и, по крайней мере, в (2-3) раза больше, чем у монокристаллических ЖНС с традиционной системой легирования, для которых А=(0,1-0,2)% и более.

Экспериментально установлено, что при многокомпонентном легировании жаропрочных никелевых сплавов влияние легирующих элементов на период кристаллической решетки у'-фазы слабее, чем у-твердого раствора. Структурно-фазовые параметры концентрационного упрочнения определяют главным образом легирующие элементы, которые в наибольшей степени изменяют период решетки у-твердого раствора.

Мисфит - у/у' определяется, главным образом, теми легирующими элементами, которые наиболее сильно увеличивают период решетки у-твердого раствора. Такими элементами в порядке возрастания влияния на период решетки у-фазы являются Ru, Re, Мо, ЫЬ и Та. Однако эффективность упрочнения определяется не только величиной периода кристаллической решетки у-фазы; полезный эффект зависит также от растворимости легирующего элемента в основе фазы, различия валентностей и модулей упругости, других физических констант.

Успешная реализация ряда главных положений теории легирования современных ЖНС в значительной степени связана с точностью расчета коэффициентов распределения легирующих элементов между у- и у'-фазами, поэтому работы в данном направлении представляются наиболее актуальными.

Общие сведения о структуре и фазовом составе типичных литых дисперсион-но-твердеющих сплавов с никелевой у- матрицей и упрочняющей интерметаллидной у'-фазой (ВЖЛ14; ЭП202; ЭП590; ЖС6У).

Основными фазами, составляющими структуру этих сплавов [1-3,5-10,2327,29-32,39,40,47], являются у-твердый раствор, легированный хромом, кобальтом, вольфрамом и молибденом в различных количествах и сочетаниях: интерметаллидная у'-фаза на основе МЪ(А1, Н), количество которой зависит от суммарного содержания у'-образующих элементов алюминия, титана, ниобия, и составляет от 20 до 60 % объема. Состав у-твердого раствора и у'-фазы представлен в табл. 2. Форма упрочняющего у'-фазы изменяется от кубической (см. рис. 2, б) до пластинчатой в средне- и предельно легированных сплавах соответственно, что определяется несоответствием между решетками у и у'-фаз. При величине несоответствия от 0,5 до 1,25% у'-фаза имеет сферическую форму (рис. 1).

При величине несоответствия (>1,25%) у'-фаза наблюдается в виде полукогерентных пластин. Легирование сплавов углеродом и бором приводит к выделению первичных карбидных и боридных фаз. Это карбиды МеС, вернее (Ме, Ме!)С, где Ме1 -Мо, Сг и карбонитриды Ме(С, М) (азот попадает в сплав при выплавке). Основной карбидной фазой в исследуемых сплавах являются карбиды типа (Т1, Ме1)С. В сплавах, упрочняемых фазой №3(А1, Н), основой таких карбидов является карбид титана, в котором растворяется (20-25)% молибдена или вольфрама. Содержание остальных элементов в этих карбидах незначительно. С увеличением вольфрама в сплавах возрастает количество молибдена, вытесняемого из карбида. При одинаковом содержании вольфрама и молибдена они входят в карбиды в равных пропорциях. В сплавах, как в литом, так и термообработанном состояниях, обнаружен карбонитрид титана, который обогащен титаном, углеродом и азотом. При легировании сплавов ниобием значительная его часть расходуется на образование карбидов, в которых он замещает титан [1, 2, 8, 9, 24, 28, 14, 47-49].

В разработке данных вопросов могут быть полезны рекомендации авторов работ [51-55].

Работа выполнена по теме государственного задания Минобрнауки России (Проект №2104).

Список литературы

1. Гадалов В.Н., Рыжков Ф.Н. Литые сплавы на никель-хромовой основе, способы их термообработки. Москва-Курск: КГТУ, 1994. 105 с.

2. Симс Ч.Т., Столофф Н.С., Хагель У.К. Суперсплавы II: Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок: в 2 кн. Кн. 1.; пер. с англ. под ред. Р.Е. Шалина. М.: Металлургия, 1995. 384 с.

3. Гадалов В.Н., Рыжков Ф.Н., Кореневский Н.А. Внутреннее трение, структура и физико-механические свойства литейных жаропрочных сплавов на никелевой основе. Курск: Изд-во Курского гос. техн. ун-та. 1996. 215 с.

4. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов] / Р.Е. Шалин, И.Л. Светлов, Е.Б. Качанов, В.Н. Толорайя, О.С. Гаврилин. М.: Машиностроение. 1997. 336с.

5. Каблов Е.Н., Светлов И.Л., Петрушин Н.В. Никелевые жаропрочные сплавы для литья лопаток с направленной и монокристаллической структурой // Материаловедение. 1997. № 4. С. 32-39.

6. Дендритная ликвация и ее влияние на распределение упрочняющей у'-фазы в жаропрочном литейном сплаве с никелевой матрицей (ЖНС) / В.Н. Гадалов, Н.Д. Тутов, Р.Е. Абашкин, А.И. Лыткин // Технология металлов. 2009. № 7. С. 30-33.

7. Каблов Е.Н. Литые лопатки газотрубных двигателей (сплавы, технология, покрытия). М.: МИСИС. 2001. 632 с.

8. Рений в жаропрочных никелевых сплавах для лопаток газовых турбин / Е.Н. Каблов, Н.В. Петрушин, Л.Б. Василенок, Г.И. Морозова // Материаловедение. 2000. № 2. С. 23-29.

9. Рений в жаропрочных никелевых сплавах для лопаток газовых турбин (продолжение) / Е.Н. Каблов, Н.В. Петрушин, Л.Б. Василенок, Г.И. Морозова // Материаловедение. 2000. № 3. С. 38-43.

10. Каблов Е.Н., Логунов А.В., Сидоров В.В. Особенности легирования и термообработки литейных жаропрочных никелевых сплавов. Часть I // Материаловедение. 2001. № 4. C. 9-15.

11. Коваль А.Д., Беликов С.Б, Санчугов Е.Л. Принципы легирования жаропрочных никелевых сплавов, стойких к высокотемпературной коррозии // Металловедение и термическая обработка металлов. 2001. № 10. C. 5-9.

12. Тарасенко Л.В. Этапы развития металловедения жаропрочных сталей во второй половине XX века / Металловедение и термическая обработка металлов. 2001. № 10. C. 17-18.

13. Жеманюк П.Д., Лысенко Н.А., Клочихин В.В. Влияние состава и технологических факторов на структуру и свойства никелевых сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2001. № 9.-C. 19-23

14. Цивирко Э.И., Жеманюк П.Д., Клочихин В.В. Процессы кристаллизации, структура и свойства отливок из никелевых жаропрочных сплавов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2001. № 10. C. 13-17.

15. Свистунова Т.В., Сакута Н.Д. Лапшина О.Б. Влияние холодной деформации и старения на структуру и свойства коррозионно-стойкого Ni-Cr-Mo- сплава // Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. № 1. C. 14-18.

16. Винтайкин Е.З., Носова Г.И. Фазовые превращения в жаропрочных сплавах системы Ni-Cr-Fe-Nb // Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. № 5. С 37-41.

17. Каблов Е.Н., Толорайя В.Н., Орехов Н.Г. Монокристаллические никелевые ренийсодержащие сплавы для турбинных лопаток ГТД // Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. № 7. C. 7-11.

18. Толораия В.Н., Орехов Н.Г., Каблов Е.Н. Усовершенствованный метод монокристаллического литья турбинных лопаток ГТД и ГТУ // Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. № 7. C. 11-16.

19. Сплав на основе интерметаллида №эА1 - перспективный материал для лопаток турбин // Е.Н. Каблов, Б.С. Ломберг, В.П. Бунтушкин, Е.Р. Голубовский, С.А. Мубояджян // Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. №7. С. 16-19.

20. Бондаренко Ю.А., Каблов Е.Н. Направленная кристаллизация жаропрочных сплавов с повышенным температурным градиентом / Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. № 7. C. 20-23.

21. Толораия В.Н., Орехов Н.Г., Ломберг Б.С. Коррозионно-стойкие жаропрочные сплавы для крупногабаритных монокристальных турбинных лопаток // Металловедение и термическая обработка металлов. 2003. № 1. С. 30-32.

22. Влияние бора на структуру и свойства поковок дисков из жаропрочного сплава ХН73МБТЮ-ВД (ЭИ698-ВД) / В.П. Горохов, Б.А. Колачев, О.А. Парфенова, М.Б. Новикова // Металловедение и термическая обработка металлов. 2003. № 4. С. 2226.

23. Влияние длительного старения на структурно-фазовую стабильность и свойства никельхромовых сплавов / В.П. Колотушкин, В.П. Кондратьев, А.В. Лаушкин, В.Н. Речицкий // Металловедение и термическая обработка металлов. 2003. № 11. С. 710

24. Ющенко А.К., Савченко В.С., Звягинцева А.В. Влияние термообработки и степени легирования на структурные изменения никелевых сплавов У Автоматическая сварка. 2004. № 7. С. 14-16.

25. Никель и его сплавы // Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов / Б.А. Колачев, В.И. Елагин, В.А. Ливанов. Учебник для вузов, 4-ое изд. перераб. и доп. М.: МИСИС. 2005. 432с. Гл. VI. С. 302-343.

26. Каблов Е.Н. Литейные жаропрочные сплавы. Эффект С.Т. Кишкина. Науч-но-техн. сборник. М.: Наука. 2006. 272с.

27. Литейные жаропрочные никелевые сплавы для перспективных авиационных ГТД / Е.Н. Каблов, Н.В. Петрушин, И.Л. Светлов, И.М. Демоним // Технология легких сплавов. 2007. № 2. С. 17-23.

28. Жаропрочные никелевые сплавы, получаемые методом монокристалли-сеского литья, для деталей перспективных двигателей / А.В. Логунов, И.М. Разумовский, В.Н. Ларионов, О.Г. Оспенникова, В.А. Поклад, А.В. Рубан, В.И. Разумовский // Перспективные материалы. 2008. №2. С. 10-18.

29. Теоретический анализ системы легирования и разработка новых жаропрочных никелевых сплавов / А.В. Логунов, И.М. Разумовский, Г.Б. Строганов, А.В. Рубан, В.И. Разумовский, В.Н. Ларионов, О.Г. Оспенникова, В.А. Поклад // Доклады академии наук. 2008. Том 421. № 5. С. 621-624.

30. Гецов Л.Б. Материалы и прочность деталей газовых турбин: в 2 кн. Рыбинск : Газотурбинные технологии, 2010.

31. Логунов А.В., Шмотин Ю.Н., Рагозина В.В. Распределение легирующих элементов в у- и у'-фазах современных высокожаропрочных никелевых сплавов // Вестник МГОУ. Серия «Техника и технология». 2011. № 3. С. 5-9.

32. Гадалов В.Н. Металлография металлов, порошковых материалов и покрытий, полученных электроискровыми. Жаропрочные сплавы (с. 217-281). Характеристика сплава ЖС3ДК и его аналога с добавками диспрозия и гафния, служащего подложкой и электродным материалом и электроакустического покрытия (с. 379-384) [Текст] / В.Н. Гадалов, В.Г. Сальников, Е.В. Агеев, Д.Н. Романенко // Монография. Москва: ИНФРА-М. 2011.468с.

33. Патент 2519075. Российская Федерация МПК7С22С19/05. Жаропрочный сплав на основе никеля для литья деталей горячего тракта газотурбинных установок [Текст] / В.П. Лубенец, Э.Л. Кац, А.В. Дуб [и др.] // Заявитель и патентообладатель ОАО «НПО Сатурн». №2013104628/02. Заявл. 05.02.2013. Опубл. 10.06.2014. Бюл. №16. 6с.

34. Модифицирование - метод управления структурой и свойствами металлов, сплавов и покрытий / В.Н. Гадалов, С.Г. Емельянов, Ю.В. Скрипкина, В.Г. Сальников, В.В. Горецкий // Известия ЮЗГУ. Серия «Техника и технология». 2013. № 2. С. 1215.

35. Зайцев Н.А. Исследование и разработка безрениевого жаропрочного никелевого сплава с эксплуатационными свойствами на уровне ЖС32 / Н.А. Зайцев, И.И Хрящов, А.А. Шатульский // Вестник Рыбинского государственного авиационного университета им. П.А. Соловьева. 2015. №2(33). С. 11-17.

36. Разработка экономно-легированного жаропрочного никелевого сплава СЛЖС32БР с монокристаллической структурой / А.В. Логунов, Ю.Н. Шмотин, С.А. Заводов, И.А. Лещенко, Д.В. Данилов, И.И. Хрящев, А.М. Михайлов, А.Е. Семин, М.А. Михайлов // Материаловедение. 2015. №12. С. 24-28.

37. Инно и реновационные технологические процессы при изготовлении и ремонте газотурбинных установок (ГТУ) В.Н. Гадалов, С.В. Сафонов, В.В. Горецкий, А.В. Абакумов, О.А. Тураева, А.Ю. Розин // Ремонт. Восстановление. Реновация. Материалы VI Всероссийского НПК (3-5 марта 2015 г.). УФА: Башкирский государственный авиационный университет. 2015-С. 47-54.

38. Исследование экономнолегированного жаропрочного никелевого сплава СЛЖС32БР с монокристаллической структурой / А.В. Логунов, Ю.Н. Шмотин, С.А. Заводов, И.А. Лещенко, Д.В. Данилов, И.И. Хрящев, А.М. Михайлов, А.Е. Семин, М.А. Михайлов // Материаловедение. 2016. № 1. С. 29-34.

39. К оценке характеристик жаропрочности на основе метода многофакторного планирования эксперимента / В.Н. Гадалов, С.В. Ковалев, Ю.В. Скрипкина, О.А. Тура-ева, А.Ю. Розин // Междисциплинарные подходы в материаловедении и технологии.

Теория и практика: сб. трудов Всероссийского совещания заведующих кафедрами материаловедения и технологии материалов (6-8 октября 2015 г.). Белгород: Изд-во БГТУ, 2015. С. 72-75.

40. Жаропрочный дисперсионнотвердеющий сплав ХН67МВТЮ (ЭП202)на никельхромовой основе. некоторые сведения / В.Н. Гадалов, А.В. Филонович, И.В. Ворначева, Е.А. Филатов, Д.С. Алымов // Естественные и технические науки. 2017. №8. С. 74-79.

41. Некоторые сведения по изготовлению высококачественных отливок способом литья по выплавляемым моделям (ЛВМ) из деформируемого жаропрочного сплава ЭИ598 / В.Н. Гадалов, И.А. Макарова, Е.А. Филатов, И.В. Ворначева, В.М. Рощупкин // Сб. матер. VII меж. конф. «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов». (7-10 ноября 2017г.). М.: ИМЕТ РАН. 2017.-С. 534-537.

42. Использование фрактографии для оценки надежности жаропрочных литейных сплавов с никель-хромовой основой / В.Н. Гадалов, А.Б. Коломенский, И.А. Макарова, Е.А. Филатов, О.А. Тураева // Сб. матер. VII Межд. конф. «Деформация и разрушение материалов и наноматериалов». (7-10 ноября 2017г.). М.: ИМЕТ РАН. 2017.-С. 753-755.

43. Влияние структуры на характер разрушения свариваемых литейных никелевых сплавов / В.Н. Гадалов, В.Р. Петренко, Р.Ю. Киреев, Д.Н. Романенко // Сварочное производство. 2017. №12. С. 26-32.

44. Определение температурного интервала повреждаемости жаропрочного сплава ЭП202 методом внутреннего трения / В.Н. Гадалов, А.В. Филонович, И.В. Вор-начева, Д.С. Алымов, И.А. Макарова, Е.А. Ельников // Естественные и технические науки. 2018. № 5. С. 218-221.

45. Исследование механизма низкотемпературного превращения в нихромах / В.Н. Гадалов, А.В. Филонович, И.В. Ворничева, Д.С. Алымов // Естественные и технические науки. 2018. № 6. С. 123-128.

46. Модернизация процесса технологии электроискрового легирования. / В.Н. Гадалов, И.В. Ворначева, И.А. Макарова, Е.А. Филатов, Е.А. Ельников, Р.Ю. Ерохин / Ремонт. Восстановление. Модернизация. 2019. №5. С. 41-48.

47. Прогнозирование надежности металлоконструкций методами статистического моделирования / В.Н. Гадалов, И.В. Ворначева, А.В. Филонович, Е.А. Филатов, Д.С. Алымов // Научная жизнь. 2019. Т. 14. № 4. С. 457-462.

48. Процессы упрочнения и восстановления деталей машин и механизмов электроакустическим напылением смесьюс амофлюсующихся сплавов наникелевой и железной основах / В.Н. Гадалов, А.Е. Гвоздев, В.Р. Петренко, А.А. Иванов, А.В. Филоно-вич, А.А. Калинин, И.А. Макарова // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. №5. С. 312-327.

49. Исследование структуры, фазового состава и физико-механических свойств модифицированных отливок из жаропрочного сплава ЖС3ДК / В.Н. Гадалов, И.А. Макарова, А.А. Иванов, С.Н. Кутепов, А.В. Филонович, А.А., Шатульский А.Е. Гвоздев // Заготовительные производства в машиностроении. - 2020. - Т. 18. - № 10. - С. 435-445.

50. Григорович, В.К. Жаропрочность и диаграммы состояния. (Электронное строение и термодинамика жаропрочных сплавов). - Москва: Металлургия, 1969. 324 с.

51. О состоянии предпревращения металлов и сплавов: монография / О.В. Ку-зовлева, А.Е. Гвоздев, И.В. Тихонова, Н.Н. Сергеев, А.Д. Бреки, Н.Е. Стариков, А.Н. Сергеев, А.А. Калинин, Д.В. Малий, Ю.Е. Титова, С.Е. Александров, Н.А. Крылов. Тула: Изд-во ТулГУ, 2016. 245 с.

52. Расчет кластерной структуры расплава, ее влияние на образование нано-аморфных твердых фаз и их структурную релаксацию при последующем нагреве / М.Х. Шоршоров, А.Е. Гвоздев, А.В. Афанаскин, Е.А. Гвоздев // Металловедение и термическая обработка металлов. 2002. № 6. С. 12-16.

53. Моделирование процессов ресурсосберегающей обработки слитковых, порошковых, наноструктурных и композиционных материалов: монография / М.Х. Шоршоров, А.Е. Гвоздев, А.Н. Сергеев, С.Н. Кутепов, О.В. Кузовлева, Е.М. Се-ледкин, Д.С. Клементьев, А.А. Калинин.; изд. 2-е, исп. и доп. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. 359 с.

54. Сергеев Н.Н., Сергеев А.Н. Механические свойства и внутреннее трение высокопрочных сталей в коррозионных средах: монография. Тула: Изд-во ТулГУ, 2018. 430 с.

55. Дорофеев Г.А., Зинягин Г.А., Макаров А.Н. Производство стали на основе железа прямого восстановления: монография. Старый Оскол: ТНТ, 2021. 324 с.

Гадалов Владимир Николаевич, д-р техн. наук, профессор, gadalov-vn@yandex.ru, Россия, Курск, ФГБОУ ВО «Юго-Западный государственный университет»,

Скрипкина Юлия Владимировна, канд. техн. наук, доцент, Julia_skr@,mail.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,

Гвоздев Александр Евгеньевич, д-р техн. наук, профессор, gwozdew.alexandr2013@yandex.ru Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л.Н. Толстого,

Кутепов Сергей Николаевич, канд. пед. наук., kutepov. sergei@mail. ru, Россия, Тула, Тульский государственный педагогический университет им. Л. Н. Толстого,

Калинин Антон Алексеевич, инженер, antony-ak@mail.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Макарова Ирина Александровна, аспирант, makarova.mia@yandex.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет,

Филатов Евгений Алексеевич, аспирант, Don_filius@,mail.ru, Россия, Курск, Юго-Западный государственный университет

FUNDAMENTALS OF INCREASING THE HEAT RESISTANCE OF CAST NICKEL-BASED

COMPLEX-ALLOY ALLOYS

V.N. Gadalov, Yu.V. Skripkina, A.E. Gvozdev, S.N. Kutepov, A.A. Kalinin, I.A. Makarova, E.A. Filatov

The analysis of doping of the chemical and phase composition of domestic and foreign cast heat-resistant alloys with nickel matrix, where there is a tendency to increase the level of heat-resistant properties of foundry nickel alloys due to more complex doping. Recently, more and more expensive rheniums, rutheniums, gaffniums, and dysprosium have become used as doping elements. The positive effect of these elements on the thermostability of the у matrix and strengthening у' phases has been established. The above elements inhibit diffusion processes, thereby increasing the resistance of alloy creep at high temperatures and loads. Assessment of heat-resistant nickel alloys obtained by the method of directed crystallization is given. It has been established that the most revealing parameters of the phase composition of the alloys studied are the distribution ratios of doping elements between у' and у phases (Ki). The basic principles of balanced doping are formulated, on which the optimal chemical composition of heat-resistant nickel alloys (HNA) is chosen. It is shown that misfit

592

(y/y') is mainly determined by those doping elements that most greatly increase the ay. These elements in order of increasing the effect on the period of the lattice (ay) phases are Re, Pu, Mo, W, Nb and Ta.

Key words: cast alloy, HNA is a heatproof nickel alloy, Doping elements rheenium, ruthenium, gafnium, etc., y-solid solution based on nickel, a strengthening intermetallide y' phase, TPU is a phase and a phase, periods (a) of crystal lattice y-hard solution, y' phases and their dimensional mismatch - (misfit - y/y'), Ki is the distribution factor of doping elements between y and y'phases, doping theory.

Gadalov Vladimir Nikolaevich, doctor of technical science, professor, gadalov-vn@yandex.ru, Russia, Kursk, Southwest State University,

Skripkina Julia Vladimirovna, candidate of technical sciences, docent, Julia_skr@,mail.ru, Russia, Kursk, Southwest State University,

Gvozdev Aleksandr Evgen'yevich, doctor of technical science, professor, gwozdew.alexandr2013@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,

Kutepov Sergey Nikolaevich, candidate of pedagogical science, docent, kutepov.sergei@mail.ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,

Kalinin Anton Alekseevich, engineer, antony-ak@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University,

Makarova Irina Aleksandrovna, postgraduate, makarova.mia@yandex.ru, Russia, Kursk, Southwestern State University,

Filatov Yevgeny Alekseevich, postgraduate, Don_filius@,mail.ru, Russia, Kursk, Southwest State University