Особенности микроструктуры сварных соединений монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов

К. А. Ющенко$^{1}$, Б. А. Задерий$^{1}$, И. С. Гах$^{1}$, А. В. Звягинцева$^{1}$, Л. М. Капитанчук$^{1}$, И. В. Несина$^{1}$, О. П. Карасевская$^{2}$

$^{1}$Институт электросварки им. Е. О. Патона НАН Украины, ул. Казимира Малевича, 11, 03150 Киев, Украина
$^{2}$Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина

Получена: 01.06.2021. Скачать: PDF

Рассмотрены особенности микроструктуры сварных соединений монокристаллов жаропрочных никелевых сплавов, выполненных электроннолучевой сваркой. Выделены основные структурные участки сварного соединения: основной металл, зона термического влияния (ЗТВ), участок сплавления, зона эпитаксиального роста, участки шва, соответствующие разному отклонению максимального теплоотвода от ориентации преимущественного роста кристалла. Установлены зависимости структуры отдельных участков, их размеров от исходной кристаллографической ориентации монокристалла, марки исследуемого сплава, температурно-временных и температурно-пространственных параметров процесса, определяемых главным образом режимами сварки. В ЗТВ превалируют изменения ($\gamma$ + $\gamma^{'}$)-структуры, заключающиеся в полном или частичном растворении первичной $\gamma^{'}$-фазы, крупных глобулярных эвтектических образований с последующим (при охлаждении) выделением дисперсной наноразмерной вторичной $\gamma^{'}$-фазы. Металл шва характеризуется более заметными изменениями дендритной структуры — переменными по сечению шва её параметрами и морфологией, уменьшением химической неоднородности по сравнению с исходным металлом. Изменения характеристик $\gamma^{'}$-фазы по сечению шва в сравнении с зоной термического влияния менее заметны. Указывается, несмотря на положительные изменения при сварке монокристаллической структуры, на необходимость в каждом конкретном случае комплексного подхода, направленного на доработку технологии сварки и термической обработки с позиций однородности и оптимизации структуры сварного соединения в целом.

Ключевые слова: монокристаллы жаропрочных никелевых сплавов, размер частиц и морфология дендритов и $\gamma^{'}$-фазы, кристаллографическая ориентация, структурные зоны сварных соединений.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v43/i09/1175.html

PACS: 61.05.cp, 61.72.Dd, 64.70.D-, 68.37.Hk, 68.70.+w, 81.20.Vj


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. R. E. Shalin, I. I. Svetlov, E. B. Kachanov, V. N. Tolorayya, and O. S. Gavrilov, Monokristally Nikelevykh Zharoprochnykh Splavov [Single Crystals of Nickel Heat-Resistant Alloys] (Moscow: Mashinostroenie: 1997) (in Russian).
  2. H. Hurada, Proc. of ‘International Gas Turbine Congress-2003’ (November 2–7, 2003) (Tokyo: 2003), p. 1.
  3. E. N. Kablov, N. V. Petrushin, and E. S. Elyutin, Vestnik MGTU im. N. E. Baumana. Ser. ‘Mashinostroenie’, SP2: 38 (2011) (in Russian).
  4. G. B. Stroganov and V. M. Chepkin, Liteynye Zharoprochnye Splavy dlya Gazovykh Turbin [The Casting Superalloys for Gas Turbine] (Moscow: ONTI MATI: 2000) (in Russian).
  5. E. N. Kablov, N. V. Petrushin, I. L. Svetlov, and I. M. Demonis, Aviatsionnye Materialy i Tekhnologii, No. 5: 36 (2012) (in Russian).
  6. Chester T. Sims, Norman S. Stoloff, and William C. Hagel, Superalloys II: High-Temperature Materials for Aerospace and Industrial Power (New York: John Wiley Sons Inc.: 1987).
  7. Litye Lopatki Gazoturbinnykh Dvigateley (Supersplavy, Tekhnologii, Pokrytiya) [Cast Blades of Gas Turbine Engines (Superalloys, Technologies, Coatings] (Ed. E. N. Kablov) (Moscow: Nauka: 2006) (in Russian).
  8. E. N. Kablov, Yu. A. Bondarenko, A. B. Echin, V. A. Surova, and D. E. Kablov, Vestnik MGTU im. N. E. Baumana. Ser. ‘Mashinostroenie’, SP2: 20 (2011) (in Russian).
  9. A. B. Echin and Yu. A. Bondarenko, Aviatsionnye Materialy i Tekhnologii, No. 4: 14 (2014) (in Russian). Crossref
  10. T. M. Pollock and W. H. Murphy, Metall. Mater. Trans. A, 27A: 1081 (1996).
  11. J.-W. Park, S. S. Baby, J. M. Vitek, E. A. Keni, and S. A. David, J. Appl. Phys., 94, No. 6: 4203 (2003). Crossref
  12. K. A. Yushchenko, B. A. Zaderiy, I. S. Gakh, A. V. Zvyagintseva, and O. P. Karasevskaya, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 35, No. 10: 1347 (2013) (in Russian).
  13. K. A. Yushchenko, B. A. Zaderiy, I. S. Gakh, A. V. Zvyagintseva, and O. P. Karasevskaya, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 31, No. 4: 473 (2009) (in Russian).
  14. K. A. Yushchenko, B. A. Zaderiy, A. V. Zvyagintseva, S. S. Kotenko, E. P. Polishchuk, V. S. Savchenko, I. S. Gakh, and O. P. Karasevskaya, Paton Welding J., No. 2: 6 (2008).
  15. K. A. Yushchenko, B. A. Zaderiy, I. S. Gakh, A. V. Zvyagintseva, and O. P. Karasevskaya, Fizicheskie i Tekhnicheskie Problemy Sovremennogo Materialovedeniya [Physical and Technical Problems of Modern Materials Science] (Kyiv: Akademkniga: 2013), vol. 1, p. 148 (in Russian).
  16. K. A. Yushchenko, I. S. Gakh, B. A. Zaderiy, A. V. Zvyagintseva, and O. P. Karasevskaya, Paton Welding J., No. 5: 45 (2013).
  17. M. A. Krivoglaz, Difraktsiya Rentgenovskikh Luchey i Neytronov v Neideal’nykh Kristallakh [X-Ray and Neutron Diffraction in Nonideal Crystals] (Kyiv: Naukova Dumka: 1983) (in Russian).
  18. O. P. Karasevskaya, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 21, No. 8: 34 (1999) (in Russian).
  19. K. A. Yushchenko, B. A. Zaderiy, I. S. Gakh, and O. P. Karasevskaya, Paton Welding J., No. 8: 15 (2016). Crossref
  20. K. A. Yushchenko, B. A. Zaderiy, I. S. Gakh, and A. V. Zvyagintseva, Paton Welding J., Nos. 11–12: 83 (2018). Crossref