Low-temperature superplastic deformation of EK61 and EP975 wrought nickel-based superalloys with an ultrafine-grained structure

E.V. Galieva, E.Y. Klassman, R.R. Gabbasov, E.M. Stepukhov, V.A. Valitov show affiliations and emails
Received 29 December 2022; Accepted 12 February 2023;
Citation: E.V. Galieva, E.Y. Klassman, R.R. Gabbasov, E.M. Stepukhov, V.A. Valitov. Low-temperature superplastic deformation of EK61 and EP975 wrought nickel-based superalloys with an ultrafine-grained structure. Lett. Mater., 2023, 13(1) 79-84
BibTex   https://doi.org/10.22226/2410-3535-2023-1-79-84

Abstract

Superplastic behavior of nickel-based superalloys with ultrafine grain structure.It is shown that thermomechanical treatment (TMT) of the EK61 superalloy with a strain rate (ε∙) of 10−3 s−1 and a gradual decrease in the treatment temperature from (0.92 – 0.65)Tδ leads to the transformation of the initial coarse-grained structure into an ultrafine-grained (UFG) mixed type structure. Such a mixed UFG microstructure consists of γ-phase grains and δ-phase particles 0.3 μm in size and relatively large particles of the δ-phase up to 2 μm in size. The EK61 superalloy having such a microstructure exhibits low-temperature superplasticity in the temperature range of 700 – 900°C, the maximum characteristics of which are achieved at 850°C and ε∙ =10−3 s−1. Low-temperature TMT in the temperature range of (0.84 – 0.8)Тγ' also leads to the formation of an UFG structure in the EP975 superalloy. The UFG microstructure of the EP975 superalloy consists of γ-phase grains and γ'-phase particles 0.5 μm in size. And there are relatively large particles of the γ'-phase up to 3.5 μm in size of a globular-shaped form. The EP975 superalloy with such a structure exhibits low-temperature superplasticity in the temperature range of 900 –1000°C, the maximum characteristics of which are achieved at 1000°C and ε∙ =10−3 s−1.

References (28)

1. R. R. Mulyukov, R. M. Imayev, A. A. Nazarov et al. Superplasticity of ultrafine-grained alloys: Experiment, theory, technologies. Moscow, Nauka (2014) 284 p. (in Russian) [Р. Р. Мулюков, Р. М. Имаев, А. А. Назаров и др. Сверхпластичность ультрамелкозернистых сплавов: эксперимент, теория, технологии. Москва, Наука (2014) 284 с.].
2. B. Sreenu, R. Sarkar, S. S. Satheesh Kumar, S. Chatterjee, G. Appa Rao. Materials Science & Engineering: А. 797, 140254 (2020). Crossref
3. A. A. Bikmukhametova, E. V. Galieva, I. Sh. Valeev, E. Y. Klassman, I. I. Musabirov, V. A. Valitov. Lett. Mater. 11 (4s), 566 (2021). Crossref
4. Advanced methods and technologies of materials development and processing. Collection of scientific papers In 3 volumes. Volume 3. Metal Forming Processes (ed. by V. G. Zalessky et al). Minsk, FTI NAS of Belarus (2020) 100 p. (in Russian) [Современные методы и технологии создания и обработки материалов. Сборник научных трудов. В 3 книгах. Книга 3. Обработка металлов давлением (под ред. В. Г. Залесского и др). Минск, ФТИ НАН Беларуси (2020) 100 с.].
5. Y. Tang, K. Edalati, T. Masuda, Y. Takizawa et al. Materials Letters. 300 (6), 130144 (2021). Crossref
6. O. A. Kaibyshev, F. Z. Utyashev. Superplastisity, structure refinement and processing of hard-to-deform alloys. Moscow, Science (2002) 438 p. (in Russian) [О. А. Кайбышев. Ф. З. Утяшев. Сверхпластичность, измельчение структуры и обработка труднодеформируемых сплавов. Москва, Наука (2002) 438 с.].
7. S. T. Kishkin. Creation, research and application of heat-resistant alloys: selected works (To the 100th anniversary of the birth). Moscow, Nauka (2006) 407 p. (in Russian) [С. Т. Кишкин. Создание, исследование и применение жаропрочных сплавов: избранные труды (К 100-летию со дня рождения). Москва, Наука (2006) 407с.].
8. Ch. Sims. Heat resistant materials for aerospace and industrial power plants. Moscow, Metallurgy (1995) 568 p. (in Russian) [Ч. Симс. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок. Москва, Металлургия (1995) 568 с.].
9. R. C. Reed. The superalloys: Fundamentals and Applications. Cambridge University Press (2006) 372 p. Crossref
10. A. V. Logunov. Heat-resistant nickel alloys for blades and disks of gas turbines. Moscow, LLC Publishing House Gas Turbine Technologies (2017) 854 p. (in Russian) [А. В. Логунов. Жаропрочные никелевые сплавы для лопаток и дисков газовых турбин. Москва, ООО «Издательский дом «Газотурбинные технологии» (2017) 854 с.].
11. K. Ankamma Rao. International Journal of Management, Technology And Engineering. 8 (V), 268 (2018).
12. Electron microscopic studies of the structure of heat-resistant alloys and steels (ed. by S. T. Kishkina and E. V. Polyak). Moscow, Metallurgy (1969) 181 p. (in Russian) [Электронно-микроскопические исследования структуры жаропрочных сплавов и сталей. Cборник статей. (под ред. С. Т. Кишкина и Э. В. Поляк). Москва, Металлургия (1969) 181 с.].
13. Yu. A. Pestov, V. N. Semenov, V. I. Novikov, B. A. Kozykov, K. I. Nedashkovsky, E. A. Kukin, G. G. Derkach, Yu. V. Movchan, B. I. Katorgin, V. K. Chvanov, S. S. Golovchenko, N. A. Sorokina, V. P. Stepanov, L. S. Bulavina, Yu. I. Rusinovich, I. A. Rastorgueva, V. P. Ponomareva. Precipitation hardening weldable nickel-based alloy. RF patent No 99111620, 27.04.2001. (in Russian) [Ю. А. Пестов, В. Н. Семенов, В. И. Новиков, Б. А. Козыков, К. И. Недашковский, Е. А. Кукин, Г. Г. Деркач, Ю. В. Мовчан, Б. И. Каторгин, В. К. Чванов, С. С. Головченко, Н. А. Сорокина, В. П. Степанов, Л. С. Булавина, Ю. И. Русинович, И. А. Расторгуева, В. П. Пономарева. Дисперсионно-твердеющий свариваемый сплав на основе никеля. Патент РФ. № 99111620, 27.04.2001.].
14. A. P. Shlyamnev. Corrosion-resistant, heat-resistant and high-strength steels and alloys: a Handbook. Moscow, Prommet-splav (2008) 336 p. (in Russian) [А. П. Шлямнев. Коррозионностойкие, жаростойкие и высокопрочные стали и сплавы: Справочник. Москва, Проммет-сплав (2008) 336 с.].
15. V. A. Valitov. Letters on Materials. 3 (1), 50 (2013). (in Russian). [В. А. Валитов. Письма о материалах, 3 (1), 50 (2013).]. Crossref
16. V. A. Valitov. Heavy Engineering. 4, 23 (2007). (in Russian) [В. А. Валитов. Тяжелое машиностроение. 4, 23 (2007).].
17. E. V. Galieva, A. K. Akhunova, V. A. Valitov, E. Y. Klassman. Lett. Mater. 12 (3), 243 (2022). Crossref
18. V. A. Valitov, Sh. Kh. Mukhtarov, Yu. A. Raskulova. Reviews on Advanced Materials Science. 11 (2), 159 (2006).
19. A. A. Fedorov, A. V. Bespalov, R. S. Komarov. Technology of light alloys. 1, 67 (2022). (in Russian) [А. А. Федоров, А. В. Беспалов, Р. С. Комаров. Технология легких сплавов. 1, 67 (2022).]. Crossref
20. Y. Takizawa, T. Kajita, P. Kral, T. Masuda et al. Materials Science & Engineering: A. 682, 603 (2017). Crossref
21. A. A. Ganeev, V. A. Valitov, M. I. Nagimov, V. M. Imayev. Letters on Materials. 10 (1), 100 (2020). (in Russian) [А. А. Ганеев, В. А. Валитов, М. И. Нагимов, В. М. Имаев. Письма о материалах. 10 (1), 100 (2020).]. Crossref
22. V. A. Valitov, R. R. Mulyukov, M. F. X. Gigliotti, P. R. Subramanian. Superalloys 2008 (ed. by R. C. Reed, K. A. Green, P. Caron, T. P. Gabb, M. G. Fahrmann, E. S. Huron, S. A. Woodard). TMS (2008) 325 p. Crossref
23. V. A. Valitov, O. A. Kaibyshev, Sh. Kh. Mukhtarov, B. P. Bewlay, M. F. X. Gigliotti. Materials Science Forum. 417, 357 (2001). Crossref
24. F. Z. Utyashev, G. I. Raab, V. A. Valitov. Deformation nanostructuring of metals and alloys. Monograph. Saint-Petersburg, Naukoyemkiye tekhnologii (2020) 185 p. (in Russian) [Ф. З. Утяшев, Г. И. Рааб, В. А. Валитов. Деформационное наноструктурирование металлов и сплавов. Монография. Санкт-Петербург, Наукоемкие технологии (2020) 185 с.].
25. O. A. Kaibyshev, V. A. Valitov, G. A. Salishchev. Processing method for precipitation-hardening alloys based on nickel. Patent RU No. 2041284, 08.09.1995. (in Russian) [О. А. Кайбышев, В. А. Валитов, Г. А. Салищев. Способ обработки дисперсионно-твердеющих сплавов на основе никеля. Патент РФ № 2041284, 09.08.1995.].
26. V. M. Imayev, S. K. Mukhtarov, A. V. Logunov, A. A. Ganeev, R. V. Shakhov, R. M. Imayev. Lett. Mater. 9 (2), 249 (2019). (in Russian) [В. М. Имаев, Ш. Х. Мухтаров, А. В. Логунов, А. А. Ганеев, Р. В. Шахов, Р. М. Имаев. Письма о материалах. 9 (2), 249 (2019).]. Crossref
27. F. Z. Utyashev, O. A. Kaibyshev, V. A. Valitov. Method For Processing Billets From Multiphase Alloys. European Patent No EP 0 909 339 B1, 21.11.2001.
28. A. A. Drozdov, K. B. Povarova, V. A. Valitov, E. V. Galieva, E. G. Arginbaeva, O. A. Bazyleva, M. A. Bulakhtina, A. N. Raevskikh. Russian Metallurgy (Metally). 2020 (7), 752 (2020). Crossref

Similar papers

Funding

1. The framework of state assignment of the IMSP RAS - 122011900470-7
2. The Russian Foundation Grant - 22-79-00271