Особливості мікроструктури зварних з’єднань монокристалів жароміцних нікелевих стопів

К. А. Ющенко$^{1}$, Б. О. Задерій$^{1}$, І. С. Гах$^{1}$, Г. В. Звягінцева$^{1}$, Л. М. Капітанчук$^{1}$, I. В. Несіна$^{1}$, О. П. Карасевська$^{2}$

$^{1}$Інститут електрозварювання ім. Є. О. Патона НАН України, вул. Казимира Малевича, 11, 03150 Київ, Україна
$^{2}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримано: 01.06.2021. Завантажити: PDF

Розглянуто особливості мікроструктур зварних з’єднань монокристалів жароміцних нікелевих стопів, виконаних електронно-променевим зварюванням. Виділено основні структурні ділянки зварного з’єднання: основний метал, зона термічного впливу (ЗТВ), ділянка стоплення, зона епітаксійного росту, ділянки шва, які відповідають різному відхиленню максимального тепловідводу від орієнтації переважного росту кристала. Встановлено залежності структури окремих ділянок, їх розмірів від вихідної кристалографічної орієнтації монокристалів, марки досліджуваного стопу, температурно-часових та температурно-просторових параметрів процесу, що визначаються головним чином режимами зварювання. У ЗТВ превалюють зміни ($\gamma$ + $\gamma^{'}$)-структури, що полягають у повному або частковому розчинені первинної $\gamma^{'}$-фази, найбільших глобулярних евтектичних утворень з подальшим (при охолодженні) виділенням дисперсної нанорозмірної вторинної $\gamma^{'}$-фази. Метал шва характеризується більш помітними змінами дендритної структури — змінними по перетину шва її параметрами та морфологією, зменшенням хемічної неоднорідності порівняно з вихідним металом. Зміни характеристик $\gamma^{'}$-фази по перетину шва порівняно із ЗТВ менш помітні. Указано, не дивлячись на позитивні зміни у разі зварювання монокристалічної структури, на необхідність у кожному конкретному випадку комплексного підходу, направленого на доробку технологій зварювання та термічної обробки з позицій однорідності та оптимізації структур кожного з’єднання в цілому.

Ключові слова: монокристали жароміцних нікелевих стопів, розмір частинок та морфологія дендритів та $\gamma^{'}$-фази, кристалографічна орієнтація, структурні зони зварних з’єднань.

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

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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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