Изучена кинетика высокотемпературного азотирования, а также изменение структуры и свойств в зависимости от его продолжительности для жаропрочного никелевого сплава ВЖ171 системы Ni - Co - Cr - W - Ti. Проведены испытания на кратковременное растяжение и длительную прочность. Исследована микроструктура азотированного слоя. Представлено математическое описание процесса. Даны рекомендации по определению оптимальных режимов азотирования сплава ВЖ171 для достижения наиболее высоких характертстик кратковременной и длительной прочности. Установленные в работе зависимости позволяют определить время азотирования при изготовлении изделий различной толщины из сплава ВЖ171.

In this paper, we study the welded joints of cast intermetallic single-crystal rhenium-containing alloy VKNA-25 with crystallographic orientation [001] and deformable disk heat-resistant nickel alloy EP975 depending on the parameters (temperature and degree of deformation) of pressure welding under superplasticity conditions. The samples before and after heat treatment (annealing at 1210°C for 5 h) are compared. The results of X-ray spectral microanalysis of a solid-phase joint in the welding zone and at distances of up to 140 μm are presented in comparison with the initial chemical composition of the alloys, indicating an intense course of diffusion processes. The obtained results are analyzed from the point of view of maintaining the balance of alloying that is calculated by the method of G.I. Morozova (calculating the number of valence electrons per unit atomic mass of the composition). The change in the atomic mass and average electron concentration of solid-phase compounds before and after heat treatment in the welded joint zone and at distances of up to 140 μm is calculated. Calculated with allowance for the alloying balance, the alloy compositions are shown to allow obtaining a high-quality one-piece connection of a disk and a blade for blisk-type structures that is performed under superplasticity conditions using a setup for high-temperature pressure welding.

The kinetics of high-temperature nitriding and changes in the structure and properties of heat-resistant Ni – Co – Cr – W – Ti nickel alloy VZh171 depending on its duration were studied. Short-term pulling and long-term strength tests were carried out. An analysis of the microstructure of a nitrided case is presented along with a mathematical description of the process. Recommendations are given for determining the optimal nitriding conditions of the VZh171 alloy in order to achieve the highest short-term and long-term strength. The established dependencies allow the nitriding time during the course of manufacturing items of various thicknesses from the VZh171 alloy to be determined.

The paper presents a study of welded joints of cast intermetallic single-crystal rhenium containing VKNA-25 alloy with crystallographic orientation [001] and deformable high-temperature disk nickel alloy EP975, depending on the parameters (temperature and degree of deformation) of pressure welding under superplasticity conditions. Comparison of samples before and after heat treatment is presented. The results of X-ray micro-spectral analysis of a solid-phase joint in the welding zone and at distances of up to 140 μm are presented in comparison with the initial chemical composition of the alloys, indicating an intense course of diffusion processes. The results obtained are analyzed from the point of view of maintaining the balance of alloying, calculated by the method of G.I. Morozova (calculating the number of valence electrons per unit atomic mass of the composition), the change in the atomic mass and average electron concentration of solid-phase compounds before and after heat treatment in the welded joint zone and at distances up to 140 μm was calculated. It is shown that the alloy compositions calculated taking into account the alloying balance make it possible to obtain a high-quality one-piece connection of a disk and a blade for blisk-type structures, performed under superplasticity on an installation for high-temperature pressure welding.

The features of deformation of high-alloy heat-resistant nickel alloys for disks of gas turbine engines of the Ni–Co–Cr–W–Al–Nb–Ti–Mo system (EP962, EK151, and EP975 type) have been studied near the temperature of complete dissolution of the strengthening γ' phase. Analysis of the deformation curves has shown that the softening processes are controlled by dynamic recrystallization, and the greatest decrease in the flow stress in the two-phase region is observed at a temperature of ~20°C below the complete dissolution of the γ' phase, which is associated with the presence of ~10% of γ' particles larger than 1.5 μm.

A generalization of the results of scientific and technical publications is presented, the analysis of which will allow to develop scientific foundations for the creation of a new class of heat-resistant structural materials based on intermetallic matrices with increased plasticity at room temperature and high specific strength at temperatures up to 950 °C in the Ni–Al–Co system. It is shown that alloys of the Ni–Al–Co system can be used in the manufacture of rotary parts in the form of gas turbine engine discs (GTE), working at temperatures up to 950 °C, as well as materials for GTE blades due to heat resistance at temperatures up to 1200 °C.

На правах рукописи ШАЙСУЛТАНОВ Дмитрий Георгиевич СТРУКТУРА И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЫСОКОЭНТРОПИЙНЫХ СПЛАВОВ СИСТЕМЫ CoCrFeNiХ (Х=Mn, V, Mn и V, Al и Cu) 05.16.01 -Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Екатеринбург ̶ 2015 Работа выполнена в ФГАОУ

The state of stress in the welded joints of new nickel and titanium alloys in a high-pressure compressor during heat treatment is simulated. The QForm software package is used to simulate the results of heat treatment and to find heat-treatment conditions. The designed thermal locks made of nickel and titanium alloys are shown to minimize the technological risks of cracking and to retain the geometric sizes of the welded joints during heat treatment.

Представлено исследование стабильности наноразмерных частиц γ'-фазы в деформируемом жаропрочном никелевом сплаве ВЖ175-ИД после испытаний на растяжение при комнатной температуре, на длительную прочность при максимальных рабочих температурах и нагрузках, а также после испытания по режимам, характерным для реальных деталей турбины высокого давления. Показан вклад зернограничных частиц γ'-фазы размером менее 100 нм в механизм упрочнения дискового деформируемого жаропрочного никелевого сплава ВЖ175-ИД при высоких температурах. Ключевые слова: жаропрочный никелевый сплав, структура, γʹ-фаза, нанофаза, стабильность, разрушение.

Представлено исследование стабильности наноразмерных частиц γ'-фазы в деформируемом жаропрочном никелевом сплаве ВЖ175-ИД после испытаний на растяжение при комнатной температуре, на длительную прочность при максимальных рабочих температурах и нагрузках, а также после испытания по режимам, характерным для реальных деталей турбины высокого давления. Показан вклад зернограничных частиц γ'-фазы размером менее 100 нм в механизм упрочнения дискового деформируемого жаропрочного никелевого сплава ВЖ175-ИД при высоких температурах. Ключевые слова: жаропрочный никелевый сплав, структура, γʹ-фаза, нанофаза, стабильность, разрушение.

Рассмотрены основные технологические особенности формирования естественных и искусственных композиционных структур на основе соединения NiAl. Показано, что подобного рода материалы возможно получать методами направленной кристаллизации и по технологии, включающей термомеханическую обработку, а также с помощью методов механической активации с последующим управляемым реакционным синтезом, принудительной и реакционной пропиткой матрицеобразующим расплавом, деформационно-диффузионным твердофазным объединением. Приведены и обобщены некоторые экспериментально-теоретические выкладки на основе многокомпонентных диаграмм состояния, позволяющие создавать подобного рода материалы с помощью перечисленных методов. На основе полученных данных сделаны выводы о дальнейших путях движения при разработке и создании материалов на основе моноалюминида никеля NiAl. Ключевые слова: моноалюминид никеля NiAl, направленная кристаллизация, термомеханическая обработка, пропитка, механическая активация, деформационнодиффузионное твердофазное объединение, интерметаллид.

Abstract—The results of development of new nickel-base superalloy having an operating temperature up to 800°C for gas turbine disks have been presented. Structures, mechanical properties, and phase transformations of six experimental compositions have been researched. Physical and chemical modeling has been used to make a right choice of an alloy; with parameters as composition equivalents (they were based on equations of nonpolarizing ionic radii). The highest level of strength, ductility, toughness, and heat resistance was exhibited at 750°C by the Ni–Co–Cr–W–Mo–Ta–Al–Ti–Nb experimental composition with the total of aluminum, titanium, and niobium equal to 10 wt % and containing 4 wt % of tantalum.

Представлены результаты исследований по изготовлению крупных штамповок дисков из жаропрочного никелевого сплава ЭК151-ИД с использованием слитков промышленного производства диаметром 320 мм. Разработанный технологический процесс обеспечивает возможность изготовления крупных штамповок дисков из труднодеформируемых сплавов с регламентированными структурой и свойствами. В работе использовалась программа компьютерного моделирования процессов обработки металлов давлением QForm-3D. Ключевые слова: диски ГТД, технологический процесс, жаропрочный никелевый сплав, штамповка, деформация, свойства, структура.

Stages of superalloy production development at the Electrostal Metallurgical Plant are reviewed. Dynamics of the increase in stress-rupture strength indices, and also areas for improvement of manufacturing technology providing the requirements for superalloys are reviewed.