Вплив вогнетривких елементів на фазово-структурну стійкість жароміцних корозійностійких стопів для лопаток газових турбін

Ю. Г. Квасницька$^{1}$, І. А. Шалевська$^{1}$, А. І. Балицький$^{2}$, Л. М. Іваскевич$^{2}$, І. І. Максюта$^{1}$, К. Г. Квасницька$^{1}$

$^{1}$Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 34/1, 03142 Київ, Україна
$^{2}$Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, вул. Наукова, 5, 79060 Львів, Україна

Отримано: 15.02.2023; остаточний варіант - 16.03.2023. Завантажити: PDF

Одним із шляхів поліпшення експлуатаційних характеристик лопаток газотурбінних двигунів є вдосконалення леґувальних комплексів жароміцних ніклевих стопів, що використовуються для їх лиття. Проаналізовано вплив тяжкотопких металів на макро- і мікроструктуру та властивості стопів такого типу. Запропоновано введення Ренію та Танталу у жароміцний корозійностійкий ніклевий стоп для одержання робочих лопаток газотурбінних двигунів. У роботі представлено результати дослідження впливу хемічного складу на фазово-структурні складові жароміцного стопу. Встановлено температури фазових переходів для нового жароміцного корозійностійкого ніклевого стопу, що додатково містить Реній і Тантал. Дослідження мікроструктури одержаних зразків у литому стані, після нагріву й охолодження (калориметричні дослідження) дають можливість підтвердити, що фазово-структурний стан відповідає вимогам до стопу розглянутого типу, тобто складається з $\gamma$-твердого розчину з включенням ${\gamma}'$-фази та карбідами. Під час аналізи структур досліджених зразків після нагріву в калориметрі до 1250°C топологічно щільно паковані фази у стопі, що містить Реній і Тантал, не утворювалися. Проведені порівняльні дослідження показали, що введення у стоп тяжкотопких металів сприяє підвищенню його теплофізичних властивостей, а саме, температур ліквідус, солідус та повного розчинення ${\gamma}'$-фази, приблизно на 50°C вище, ніж для стандартного жароміцного ніклевого стопу СМ88Y.

Ключові слова: жароміцний корозійностійкий ніклевий стоп, фазово-структурна стабільність, ліквідус, солідус, лопатка турбіни, газотурбінний двигун.

URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v45/i08/0975.html

PACS: 61.72.Ff, 68.55.Nq, 81.05.Bx, 81.20.Ev, 81.65.Kn, 81.70.Jb, 81.70.Pg


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  1. B. Paton, A. Khalatov, D. Kostenko, B. Bileka, O. Pismenyi, A. Bocula, V. Parafiinyk and V. Koniakhin, Visn.Nats. Acad. Nauk Ukr., 4, No. 4: 3 (2008) (in Ukrainian).
  2. Ch. T. Sims and W. C. Hagel, Supersplavy [Superalloys] (Moskva: Metallurgiya: 2004) (Russian translation).
  3. A. I. Balitskii, Y. H. Kvasnitska, L. M. Ivaskevich, and H. P. Mialnitsa, Arch. Mater. Sci. Eng., 91, Iss. 1: 5 (2018). Crossref
  4. K. Harris and J. B. Wahl, Mater. Sci. Techn., 25, Iss. 2: 147 (2009). Crossref
  5. A. I. Balyts’kyi, Y. H. Kvasnyts’ka, L. M. Ivas’kevich, and H. P. Myal’nitsa, Mater. Sci., 54: 230 (2018).
  6. J. B. Wahl and K. Harris, Proc. of Symp. ‘Superalloys 2016’ (Sept.1115, 2016) (Seven Springs, Pensilvania: TMS: 2016), p.25. Crossref
  7. A. A. Khalatov, K. A. Yushchenko, B. V. Isakov, Yu. Ya. Dashevskyi, and A. P. Shevtsov, Visn. Nats. Acad. Nauk Ukr., 12: 40 (2013) (in Ukrainian). Crossref
  8. V. P. Kuznetsov, V. P. Lesnikov, I. P. Konakova, N. A. Popov, Y. G. Kvasnitskaya, Met. Sci. Heat Treatm., 57, Nos. 78: 503 (2015). Crossref
  9. E. I. Tsivirko, P. D. Zhemanyuk, V. V. Klochikhin, V. V. Naumik, and V. V. Lunev, Met. Sci. Heat Treatm., 43: 382 (2001). Crossref
  10. V. Tavrin and E. Kolesnik, Sist. Ozb. Vis. Tech., No. 1(61): 67 (2020) (in Ukrainian).
  11. G. I. Morozova, O. B. Timofeeva, and N. V. Petrushin, Met. Sci. Heat Treatm., 51: 62 (2009). Crossref
  12. H. Hino, Y. Yoshioka, and K. Nagata, Proc. of Conf. ‘High Temperature Materials for Power Engineering’ (1998) (Liege–Julich: Forschungszentrum Gmbh: 1998), p. 1129.
  13. X. Wu, S. K. Makineni, C. H. Liebscher, G. Dehm, and J. R. Mianroodi, Nat. Commun., 11: 389 (2020).
  14. E. N. Kablov and N. V. Petrushin, Proc. of 11Int.Symp. ‘Superalloys 2008’ (Sept.1418, 2008) (Champion, Pensilvania: TMS: 2008), p. 901.
  15. V. N. Toloraia, N. H. Orekhov, and E. N. Chuvarova, Lit. Proizv., 6, No. 6: 16 (2012) (in Russian).
  16. J. Lapin, M. Gebura, T. Pelachova, and M. Nazmy, Kovove Mater., 46: 313 (2008).
  17. A. V. Narivskii, I. I. Maksiuta, Y. H. Kvasnitskaya, and E. V. Michnyan, Electrometall. Today, 4: 37 (2017).
  18. V. E. Ol’shanetskii, A. A. Glotka, and V. V. Klochikhin, Funct. Mater., 28, No. 2: 359 (2021).
  19. V. P. Kuznetsov, V. P. Lesnykov, I. P. Konakova, and N. A. Popov, Met. Sci. Heat Treatm., 52: 449 (2011). Crossref
  20. A. Sato, H. Harada, and C. Yen, Proc. of 11Int. Symp. ‘Superalloys 2008’ (Sept. 1418, 2008) (Champion, Pensilvania: TMS: 2008), p. 131.
  21. M. M. Cueto-Rodriguez, E. O. Avila-Davila, V. M. Lopez-Hirata, M. L. Saucedo-Muñoz, L. M. Palacios-Pineda, L. G. Trapaga-Martinez, and J. M. Alvarado-Orozco, Adv. Mater. Sci. Eng., 2018: 16 (2018). Crossref
  22. A. Glotka and V. Olshanetskii, Acta Metallurgica Slovaca, 27, No. 2: 68 (2021). Crossref
  23. S. T. Kishkin, Sozdanie, Issledovanie i Primenenie Zharoprochnykh Splavov: Izbrannye Trudy (k 100-Letiyu so Dnia Rozhdeniya) [Creation, Research and Application of Heat-Resistant Alloys: Selected Works (to the 100th Anniversary of Birth)] (Moskva: Nauka: 2006) (in Russian).
  24. V. Kvasnytskyi, V. Korzhyk, V. Kvasnytskyi, H. Mialnitsa, Chunlin Dong, T. Pryadko, M. Matviienko, and Y. Buturlia, East.-Eur. J. Enterp. Technol., 6, No. 12: 6 (2020). Crossref
  25. V. P. Kuznetsov, V. P. Lesnikov, M. S. Khadyev, I. P. Konakova, and N. A. Popov, Met. Sci. Heat Treatm. Ment., 54, Nos. 12: 90 (2012). Crossref
  26. D. Ma, M. Meyer Ter Vehn, P. Busse, and P. R. Sahm, Proc. of Symp. ‘Advanced Materials and Processes’. J. Phys. IV France, 3: 339 (1993).
  27. E. V. Monastyrskaia, H. I. Morozova, and Yu. B. Vlasov, Met. Sci. Heat. Treat., 48: 368 (2006). Crossref
  28. Yu. H. Kvasnytska, O. V. Kliass, V. A. Kreshchenko, H. P. Mialnitsa, and O. Yo. Shynskyi, Zharomitsnyy Koroziynostiykyy Splav na Nikeleviy Osnovi dlya Lopatok Hazoturbinnykh Dvyhuniv [Heat-Resistant Corrosion-Resistant Nickel-Based Alloy for Gas Turbine Engine Blades]: Patent 110529 UA. MPK C22C 19/05, 19/03, 19/00 (Bul., 1) (2016) (in Ukrainian).
  29. Y. H. Kvasnytska, L. M. Ivaskevych, O. I. Balytskyi, I. I. Maksyuta, and H. P. Myalnitsa, Mater. Sci., 56: 432 (2020). Crossref
  30. E. N. Kablov, Lityye Lopatki Hazoturbinnykh Dvihateley (Splavy, Tekhnologii, Pokrytiya) [Cast Blades of Gas Turbine Engines (Alloys, Ttechnology, Coatings)] (Moskva: MISiS: 2001) (in Russian).
  31. O. I. Balitskii, Yu. H. Kvasnytska, L. M. Ivaskevych, H. P. Mialnitsa, and K. H. Kvasnytska, Mater. Sci., 57: 475 (2022). Crossref