Микроструктура и фазовый состав жаропрочного сплава ЖС32 после селективного лазерного сплавления, вакуумной термической обработки и горячего изостатического прессования

А.В. Заводов1, Н.В. Петрушин1, Д.В. Зайцев1
1Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский институт авиационных материалов" (ФГУП "ВИАМ") 105005, Россия, Москва, ул. Радио, д. 17
Аннотация
Методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) проведены исследования эволюции микроструктуры 
и фазового состава жаропрочного никелевого сплава ЖС32, полученного методом селективного лазерного сплавления (СЛС) порошковой композиции сплава на монокристаллической подложке, в процессе термической обработки 
(ТО)  и  горячего  изостатического  прессования  (ГИП)  по  различным  режимам. На рисунке приведена микроструктура   сплава   ЖС32   после   СЛС   и   ТО   при температурах T2 (a) и T1 (b).Методом просвечивающей электронной микроскопии проведены исследования микроструктуры и фазового состава жаропрочного никелевого сплава ЖС32, полученного методом селективного лазерного сплавления (СЛС) порошковой композиции сплава на монокристаллической подложке, и их эволюции в процессе вакуумной термической обработке (ВТО) и горячего изостатического прессования (ГИП) по различным режимам. Изучены особенности формирующейся при СЛС микроструктуры и распределение химических элементов по ячейкам и их границам. Установлено, что синтезированный сплав имеет однонаправленную ячеистую гетерофазную структуру, состоящую из матричного γ-твёрдого раствора, наноразмерных частиц -фазы и высокодисперсных карбидных фаз, образовавшихся на границах ячеек. Исследовано влияние температуры ВТО и ГИП на морфологию и размеры частиц γʹ-фазы, распределение легирующих элементов между γʹ- и γ-фазами, эволюцию химического состава, типа, размера и распределения карбидных выделений в γ/γʹ-матрице ячеек синтезированного сплава. Присутствуют карбиды типа (Ta, Nb)C – дисперсные размером до 150 нм и сформированные огранённые частицы до 1 мкм, а также карбиды на основе W и Cr. Показано, что при повышении температуры вакуумной термообработки процесс коагуляции дисперсных карбидов проходит интенсивнее и успевает завершиться за время выдержки в 4 часа. В процессе горячего изотермического прессования происходит взаимодействие между матрицей и карбидами путём зарождения на их границах дефектов упаковки. Установлено, что ВТО и ГИП сплава ЖС32, полученного методом СЛС, позволяют получить микроструктуру и фазовый состав типичные для сплава ЖС32 в монокристаллических турбинных лопатках.
Получена: 15 февраля 2017   Исправлена: 24 марта 2017   Принята: 28 марта 2017
Просмотры: 193   Загрузки: 54
Ссылки
1.
Кишкин С. Т., Каблов Е. Н. Литейные жаропрочные сплавы для турбинных лопаток // В сб. Авиационные материалы. Избранные труды «ВИАМ» 1932 – 2002. М.: ВИАМ. 2002. С. 48−58.
2.
Петрушин Н. В., Висик Е. М., Горбовец М. А., Назаркин Р. М. Структурно-фазовые характеристики и механические свойства монокристаллов жаропрочных никелевых ренийсодержащих сплавов с интерметаллидно-карбидным упрочнением // Металлы. 2016. № 4. С. 57 – 70.
3.
Каблов Е. Н., Светлов И. Л., Петрушин Н. В. Никелевые жаропрочные сплавы для литья лопаток с направленной и монокристаллической структурой (часть II) // Материаловедение. 1997. № 5. С. 14−17.
4.
Пигрова Г. Д., Рыбников А. И. Карбидные фазы в сплаве ЖС-32 // Металловедение и термическая обработка металлов. 2013. № 12 (702). С. 21−23. (Pigrova G. D. Rybnikov A. I. Carbide Phases in Alloy ZhS-32. Metal Science and Heat Treatment. 2014, Vol. 55, 11. P. 658 – 659.)
5.
Каблов Е. Н. Физико-химические и технологические особенности создания жаропрочных сплавов, содержащих рений //Вестник Московского университета. Серия 2: Химия. 2005. Т. 46. № 3. С. 155 – 167.
6.
Каблов Е. Н. Из чего сделать будущее? Материалы нового поколения, технологии их создания и переработки — основа инноваций //Крылья родины. 2016. № 5. С. 8 – 18.
7.
Каблов Е. Н. Аддитивные технологии — доминанта национальной технологической инициативы. //Интеллект и технологии. 2015. № 2 (11). С. 52 – 55.
8.
Суфияров В. Ш., Попович А. А., Борисов Е. В., Полозов И. А. Селективное лазерное плавление титанового сплава и изготовление заготовок деталей газотурбинных двигателей //Цветные металлы. 2015. № 8. С. 76 – 80.
9.
Евгенов А. Г., Горбовец М. А., Прагер С. М. Структура и механические свойства жаропрочных сплавов ВЖ159 и ЭП648, полученных методом селективного лазерного сплавления //Авиационные материалы и технологии. 2016. № S1 (43). С. 8 – 15.
10.
Евгенов А. Г., Рогалев А. М., Неруш С. В., Мазалов И. С. Исследование свойств сплава ЭП648, полученного методом селективного лазерного сплавления металлических порошков //Труды ВИАМ. 2015. № 2. Ст.02. URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 23.03.2016). DOI: 10.18577 / 2307‑6046‑2015‑0‑2‑2‑2.
11.
Trosch T., StrÖbner J., VÖlkl R., Glatzel U. Microstructure and mechanical properties of selective laser melted Inconel 718 compared to forging and casting // Materials Letters. 2016. Vol. 164. P. 428 – 431.
12.
Jia Q., Gu D. Selective laser melting additive manufacturing of Inconel 718 superalloy parts: Densification, microstructure and properties // J. Alloys and Compounds. 2014. Vol. 585. P. 713 – 721.
13.
Лукина Е. А., Базалеева К. О., Петрушин Н. В. Цветкова Е. В. Особенности формирования структуры жаропрочного никелевого сплава ЖС6К-ВИ при селективном лазерном плавлении // Цветные металлы. 2016. № 3 (879). С. 57 – 62.
14.
Лаптева М. А., Белова Н. А., Раевских А. Н., Филонова Е. В. Исследование зависимости шероховатости, морфологии поверхности и количества дефектов структуры от мощности лазера, скорости сканирования и типа штриховки в жаропрочном сплаве, синтезированном методом СЛС // Труды ВИАМ. 2016. № 9 (45). URL: http://www.viam-works.ru (дата обращения 12.01.2017). DOI: 10.18577 / 2307‑6046‑2016‑0‑9‑9‑9.
15.
Суфияров В. Ш., Попович А. А., Борисов Е. В., Полозов И. А. Селективное лазерное плавление жаропрочного никелевого сплава. // Цветные металлы. 2015. № 1. С. 79 – 84.
16.
Carter L. N., Wang X., Read N., Khan R., Aristizabal M., Essa K., Attallah M. M. Process optimization of selective laser melting using energy density model for nickel based superalloys // Materials Science and Technology. 2016. Vol. 32. Iss. 7. P. 657 – 661. http://dx.doi.org / 10.1179 / 1743284715Y.0000000108.
17.
Basak A., Acharya R., Das S. Additive manufacturing of single-crystal superalloy CMSX-4 through scanning laser epitaxy: computational modeling, experimental process development, and process parameter optimization //Metallurgical and Materials Transactions A. 2016. Vol. 47. No. 8. P. 3845 – 3859.
18.
Евгенов А. Г., Лукина Е. А., Королев В. А. Особенности процесса селективного лазерного синтеза применительно к литейным сплавам на основе никеля и интерметаллида Ni3Al // Новости материаловедения. Наука и техника. 2016. № 5 (23). С. 3 – 11.
19.
Каблов Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» // Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1. С. 3−33. DOI: 10.18577 / 2071‑9140‑2015‑0‑1‑3‑33.
20.
Sundararaman M., Mukhopadhyay P., Banerjee S. Carbide precipitation in nickel superalloys 718 and 625 and their effect on mechanical properties // The Minerals, Metals & Materials Society. 1997. P. 367 – 378.
21.
Masoumi F., Shahriari D., Devaux A. Kinetics and mechanism of γ' reprecipitation in a Ni-based Superalloy // Scientific Reports. 2016. 6.iDoi: 10.1038 / srep28650.