Preview

Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Влияние легирующих добавок молибдена и рения на структуру и свойства литого сплава NiAl–Cr–Co

https://doi.org/10.17073/1997-308X-2021-3-43-61

Полный текст:

Аннотация

Применяя технологию центробежного СВС-литья, получены сплавы системы NiAl–Cr–Co–X, где Х = 2,5÷ ÷15,0 мас.% Mo и до 1,5 мас.% Re. Исследовано влияние модифицирующих добавок на процесс горения, а также фазовый состав, структуру и свойства литых сплавов. Введение до 15 % Mo и 1,5 % Re по совокупности свойств обеспечило наибольший прирост свойств относительно базового сплава. Молибден, образуя пластичную матрицу, повысил прочностные свойства до следующих значений: предел прочности σв = 1730±30 МПа, предел текучести σ0,2 = 1560±30 МПа и пластическая составляющая деформации εпд = 0,95 %, а отжиг при t = 1250 °С увеличил их до уровня σв = 1910±80 МПа, σ0,2 = 1650± ±80 МПа и εпд = 2,01 %. Рений модифицировал структуру сплава и улучшил его свойства до σв = 1800±30 МПа, σ0,2 = 1610± ±30 МПа и εпд = 1,10 %, а отжиг дополнительно увеличил их до значений σв = 2260±30 МПа, σ0,2 = 1730±30 МПа и εпд = 6,15 %. Методом наноиндентирования определены механические свойства фаз NiAl, (Ni,Cr,Co)3Mo3C, Ni3Al, (Cr,Mo) и MoRe2, а также гипотетической фазы Al(Re,Ni)3. Показано, что локальное разупрочнение при отжиге с t > 850 °С повышает долю пластической деформации при испытаниях на сжатие, что связано с потерей когерентности границ наноразмерных дисковых выделений на основе Cr с пересыщенным твердым раствором по типу структурного превращения Гинье–Престона. Установлена иерархическая 3-уровневая структура сплава NiAl–Cr–Co–15%Mo: первый уровень образуют дендритные зерна β-NiAl с прослойками молибденсодержащих фаз (Ni,Co,Cr)3Mo3C и (Mo0,8Cr0,2)xBy с размером ячеек до 50 мкм; второй – упрочняющие субмикронные частицы Cr(Mo), распределенные вдоль границ зерен; третий – когерентные нановыделения Cr(Mo) (10–40 нм) в теле дендритов β-NiAl. Используя методики механического измельчения литого сплава, получен порошок-прекурсор со средним размером частиц Dср = 33,9 мкм для последующей сфероидизации.

Об авторах

В. В. Санин
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Кандидат технических наук, мл. науч. сотрудник Научно-учебного центра (НУЦ) СВС МИСиС–ИСМАН

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



М. И. Агеев
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Инженер научного проекта НУЦ СВС

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



Ю. Ю. Капланский
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Кандидат технических наук, научный сотрудник НУЦ СВС

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



М. И. Петржик
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Доктор технических наук, вед. науч. сотрудник НУЦ СВС МИСиС–ИСМАН, профессор кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий НИТУ «МИСиС»

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



Список литературы

1. Wang L., Shen J., Zhang Y., Fu H. Microstructure, fracture toughness and compressive property of as-cast and directionally solidified NiAl-based eutectic composite. Mater. Sci. Eng. A. 2019. Vol. 664. P. 188—194. DOI: 10.1016/j.msea.2016.04.001.

2. Lasalmonie A. Intermetallics: Why is it so difficult to introduce them in gas turbine engines? Intermetallics. 2006. Vol. 14. Iss. 10-11. P. 1123—1129. DOI: 10.1016/j.intermet.2006.01.064.

3. Darolia R. Ductility and fracture toughness issues related to implementation of NiAl for gas turbine applications. Intermetallics. 2000. Vol. 8. No. 9. P. 1321—1327. DOI: 10.1016/S0966-9795(00)00081-9.

4. Razumovskii I.M., Logunov A.V., Ruban A.V., Razumovskiy V.I., Johansson B., Larionov V.N., Ospennikova O.G., Poklad V.A. New generation of Ni-based superalloys designed on the basis of first-principles calculations. Mater. Sci. Eng. A. 2008. Vol. 497. No. 1-2. P. 18—24. DOI: 10.1016/j.msea.2008.08.013.

5. Misra A., Gibala R. Plasticity in multiphase intermetallics. Intermetallics. 2000. Vol. 8. No. 9-11. P. 1025—1034. DOI: 10.1016/S0966-9795(00)00079-0.

6. Hu X.L., Zhang Y., Lu G.H., Wang T., Xiao P.H., Yin P.G., Xu H. Effect of O impurity on structure and mechanical properties of NiAl intermetallics: A first-principles study. Intermetallics. 2009. Vol. 17. No. 5. P. 358—364.

7. Li N., Huang S., Zhang G., Qin R., Liu W., Xiong H., Shi G., Blackburn J. Progress in additive manufacturing on new materials: A review. J. Mater. Sci. Technol. 2019. Vol. 35. P. 242—269. DOI: 10.1016/J.JMST.2018.09.002.

8. Eyers D.R., Potter A.T. Industrial additive manufacturing: A manufacturing systems perspective. Computers in Industry. 2017. Vol. 92-93. P. 208—218. DOI: 10.1016/j.compind.2017.08.002.

9. Dilberoglu U.M., Gharehpapagh B., Yaman U., Dolen M. The role of additive manufacturing in the era of industry 4.0. Proc. Manufactur. 2017. Vol. 11. P. 545—554. DOI: 10.1016/j.promfg.2017.07.148.

10. Saadlaoui Y., Milan J.L., Rossi J.M., Chabrand P. Topology optimization and additive manufacturing: Comparison of conception methods using industrial codes. J. Manufactur. Systems. 2017. Vol. 43. Pt. 1. P. 178—186. DOI: 10.1016/j.jmsy.2017.03.006.

11. Kamal M., Rizza G. Design for metal additive manufacturing for aerospace applications. Additive Manufacturing for the Aerospace Industry. 2019. Ch. 4. P. 67—86. DOI: 10.1016/B978-0-12-814062-8.00005-4.

12. Seabra M., Azevedo J., Araújo A., Reis L., Pinto E., Alves N., Santos R., Pedro J. Mortágua. Selective laser melting (SLM) and topology optimization for lighter aerospace components. Proc. Struct. Integr. 2016. Vol. 1. P. 289—296. DOI: 10.1016/j.prostr.2016.02.039.

13. Zhu L., Li N., Childs P.R.N. Light-weighting in aerospace component and system design. Propulsion Power Res. 2018. Vol. 7. No. 2. P. 103—119. DOI: 10.1016/j.jppr.2018.04.001.

14. Najmon J.C., Raeisi S., Tovar A. Review of additive manufacturing technologies and applications in the aerospace industry. Additive Manufacturing for the Aerospace Industry. 2019. Ch. 2. P. 7—31. DOI: 10.1016/b978-0-12-814062-8.00002-9.

15. Pereira T., Kennedy J.V., Potgieter J. A comparison of traditional manufacturing vs additive manufacturing, the best method for the job. Proc. Manufactur. 2019. Vol. 30. P. 11—18. DOI: 10.1016/j.promfg.2019.02.003.

16. Gibson I., Rosen D.W., Stucker B. Additive manufacturing technologies: Rapid prototyping to direct digital manufacturing. MA, Boston: Springer, 2010. DOI: 10.1007/978-1-4419-1120-9.

17. Moussaoui K., Rubio W., Mousseigne M., Sultan T., Rezai F. Effects of selective laser melting additive manufacturing parameters of Inconel 718 on porosity, microstructure and mechanical properties. Mater. Sci. Eng. A. 2018. Vol. 735. P. 182—190. DOI: 10.1016/j.msea.2018.08.037.

18. Pleass C., Jothi S. Influence of powder characteristics and additive manufacturing process parameters on the microstructure and mechanical behavior of Inconel 625 fabricated by selective laser melting. Additive Manufactur. 2018. Vol. 24. P. 419—431. DOI: 10.1016/j.addma.2018.09.023.

19. Liu P., Hu J., Sun S., Feng K., Zhang Y., Cao M. Microstructural evolution and phase transformation of Inconel 718 alloys fabricated by selective laser melting under different heat treatment. J. Manufactur. Proc. 2019. Vol. 39. P. 226—232. DOI: 10.1016/j.jmapro.2019.02.029.

20. Sanin V., Andreev D., Ikornikov D., Yukhvid V. Cast intermetallic alloys and composites based on them by combined centrifugal casting — SHS process. Open J. Metal. 2013. Vol. 3. No. 2B. P. 12—24. DOI: 10.4236/ojmetal.2013.32A2003.

21. Levashov E.A., Mukasyan A.S., Rogachev A.S., Shtansky D.V. Self-propagating high-temperature synthesis of advanced materials and coatings. Inter. Mater. Rev. 2017. Vol. 62. No. 4. P. 203—239.

22. Pogozhev Yu.S., Sanin V.N., Ikornikov D.M., Andreev D.E., Yukhvid V.I., Levashov E.A., Sentyurina Zh.A., Logacheva A.I., Timofeev A.N. NiAl-based electrodes by combined use of centrifugal SHS and induction remelting. Int. J. SHS. 2016. Vol. 25. No. 3. P. 186—199. DOI: 10.3103/S1061386216030092.

23. Zaitsev A.A., Sentyurina Zh.A., Levashov E.A., Pogozhev Yu.S., Sanin V.N., Loginov P.A., Petrzhik M.I. Structure and properties of NiAl—Cr(Co,Hf) alloys prepared by centrifugal SHS casting. Pt. 1. Room temperature investigations. Mater. Sci. Eng. A. 2017. Vol. 690. P. 463— 472. DOI: 10.1016/j.msea.2016.09.075.

24. Zaitsev A.A., Sentyurina Zh.A., Levashov E.A., Pogozhev Yu.S., Sanin V.N., Sidorenko D.A. Structure and properties of NiAl—Cr(Co,Hf) alloys prepared by centrifugal SHS casting followed by vacuum induction remelting. Pt. 2. Evolution of the structure and mechanical behavior at high temperature. Mater. Sci. Eng. A. 2017. Vol. 690. P. 473—481. DOI: 10.1016/j.msea.2017.02.089.

25. Kaplanskii Yu.Yu., Zaitsev A.A., Levashov E.A., Pogozhev Yu.S., Loginov P.A., Sentyurina Zh.A., Logacheva A.I. The structure and properties of pre-alloyed NiAl— Cr(Co,Hf) spherical powders produced by plasma rotating electrode processing for additive manufacturing. J. Mater. Res. Technol. 2018. Vol. 7. No. 4. P. 461—468. DOI: 10.1016/j.jmrt.2018.01.003.

26. Kaplanskii Yu.Yu., Zaitsev A.A., Levashov E.A., Loginov P.A., Sentyurina Zh.A. NiAl based alloy produced by HIP and SLM of pre-alloyed spherical powders. Evolution of the structure and mechanical behavior at high temperatures. Mater. Sci. Eng. A. 2018. Vol. 717. P. 48—59. DOI: 10.1016/j.msea.2018.01.057.

27. Kurbatkina V.V. Nickel aluminides. In: Concise encycl. of self-propagating high-temperature synth. Elsevier, 2017. P. 212—213. DOI: 10.1016/B978-0-12-804173-4.00099-5.

28. Kurbatkina V.V., Patsera E.I., Levashov E.A., Kaplanskii Y.Y., Samokhin A.V. Fabrication of narrow-fraction micropowders of NiAl-based refractory alloy CompoNiAl-M5-3. Int. J. SHS. 2018. Vol. 27. P. 236—244. DOI: 10.3103/S1061386218040027.

29. Санин В.В., Филонов М.Р., Юхвид В.И., Аникин Ю.А., Михайлов А.М. Исследование влияния температуры переплава на структурную наследственность сплавов, полученных методом центробежной СВС-металлургии. Известия вузов. Цветная металлургия. 2016. No. 1. С. 63—71. DOI:10.17073/0021-3438-2016-1-63-71.

30. Tsvetkov Yu.V., Samokhin A.V., Alekseev N.V., Fadeev A.A., Sinaiskii M.A., Levashov E.A., Kaplanskii Yu.Yu. Plasma spheroidization of micropowders of a heat-resistant alloy based on nickel monoaluminide. Doklady Chemistry. 2018. Vol. 483. Pt. 2. P. 312—317. DOI: 10.1134/S0012500818120030.

31. Kaplanscky Yu.Yu., Levashov E.A., Korotitskiy A.V., Loginov P.A., Sentyurina Zh.A., Mazalov A.B. Influence of aging and HIP treatment on the structure and properties of NiAl-based turbine blades manufactured by laser powder bed fusion. Additive Manufactur. 2020. Vol. 31. Art. 100999. DOI: 10.1016/j.addma.2019.100999.

32. Kaplanskii Yu.Yu., Sentyurina Z.A., Loginov P.A., Levashov E.A., Korotitskiy A.V., Travyanov A.Y., Petrovskii P.V. Microstructure and mechanical properties of the (Fe,Ni) Al-based alloy produced by SLM and HIP of spherical composite powder. Mater. Sci. Eng. A. 2019. Vol. 743. P. 567—580. DOI: 10.1016/j.msea.2018.11.104.

33. Chen R.S., Guo J.T., Zhou J.Y. Elevated temperature compressive behavior of cast NiAl—9Mo(1Hf) eutectic alloys. Mater. Lett. 2000. Vol. 42. P. 75—80. DOI: 10.1016/S0167-577X(99)00162-7.

34. Geramifard G., Gombola C., Franke P., Seifert H.J. Oxidation behaviour of NiAl intermetallics with embedded Cr and Mo. Corrosion Sci. 2020. Vol. 177. Art. 108956. DOI: 10.1016/j.corsci.2020.10895.

35. Sheng L.Y., Xie Y., Xi T.F., Guo J.T., Zheng Y.F., Ye H.Q. Microstructure characteristics and compressive properties of NiAl-based multiphase alloy during heat treatments. Mater. Sci. Eng. A. 2011. Vol. 528. Iss. 29-30. P. 8324—8331. DOI: 10.1016/j.msea.2011.07.072.

36. Xie Y., Guo J., Zhou L., Chen H., Long Y. Microstructural evolution and mechanical properties of new multi-phase NiAl-based alloy during heat treatments. Trans. Nonferr. Met. Soc. China. 2010. Vol. 20. Iss. 12. P. 2265—2271. DOI: 10.1016/S1003-6326(10)60639-5.

37. Wang L., Shen J., Shang Zh., Fu H. Microstructure evolution and enhancement of fracture toughness of NiAl— Cr(Mo)—(Hf,Dy) alloy with a small addition of Fe during heat treatment. Scripta Mater. 2014. Vol. 89. P. 1—4. DOI: 10.1016/j.scriptamat.2014.07.002.

38. Krasnowski M., Gierlotka S., Ciołek S., Kulik T. Nanocrystalline NiAl intermetallic alloy with high hardness produced by mechanical alloying and hot-pressing consolidation. Adv. Powder Technol. 2019. Vol. 30. Iss. 7. P. 1312—1318. DOI: 10.1016/j.apt.2019.04.006.

39. Baohong H, Hui P., Lei Zh., Hongbo G. Effect of Mo, Ta, and Re on high-temperature oxidation behavior of minor Hf doped β-NiAl alloy. Corrosion Sci. 2016. Vol. 102. P. 222—232. DOI: 10.1016/j.corsci.2015.10.011.

40. Misra Z.L.A., Wu M., Kush T., Gibala R. Microstructures and mechanical properties of directionally solidified NiAl—Mo and NiAl—Mo(Re) eutectic alloys. Mater. Sci. Eng. A. 1997. Vol. 239-240. P. 75—87. DOI: 10.1016/S0921-5093(97)00563-7.

41. Ponomareva V., VekilovaI Yu.Kh., Abrikosov A. Effect of Re content on elastic properties of B2 NiAl from ab initio calculations. J. Alloys Compd. 2014. Vol. 586. Suppl. 1. P. S274—S278. DOI: 10.1016/j.jallcom.2012.12.103.

42. Khomutov M., Potapkin P., Cheverikin V., Petrovskiy P., Travyanov A., Logachev I., Sova A., Smurov I. Effect of hot isostatic pressing on structure and properties of intermetallic NiAl—Cr—Mo alloy produced by selective laser melting. Intermetallics. 2020. Vol. 120. Art. 106766. DOI: 10.1016/j.intermet.2020.106766.

43. Filonov M.R., Sanin V.V., Anikin Yu.A., Kostitsynaa E.V., Vidineev S.N. Investigation of two-phase state of Fe— Cu melts during cooling in a viscometer. Steel Trans. 2019. Vol. 49. No. 11. P. 732—737. DOI: 10.3103/S0967091219110032.

44. Kaplanskii Y.Y., Loginov P.A., Korotitskiy A.V., Bychkova M.Y., Levashov E.A. Influence of heat treatment on the structure evolution and creep deformation behavior of a precipitation hardened B2-(Ni, Fe)Al alloy. Mater. Sci. Eng. A. 2020. Vol. 786. Art. 139451. DOI: 10.1016/j.msea.2020.139451.

45. Hawkes P.W. Advances in Imaging and electron physics: Preface. Adv. Imaging Electron Phys. 2011. Vol. 165. P. 1—369. DOI: 10.1016/B978-0-12-385861-0.00012-9.

46. Hu C., Zhang Z., Chen H., He J., Guo H. Reactive elements dependence of elastic properties and stacking fault energies of γ-Ni, β-NiAl and γ ′-Ni3Al. J. Alloys Compd. 2020. Vol. 843. Art. 155799. DOI: 10.1016/j.jallcom.2020.155799.

47. Jha S.C., Ray R. Carbide-dispersion-strengthened B2 NiAl. Mater. Sci. Eng. A. 1989. Vol. 119. P. 103—111. DOI: 10.1016/0921-5093(89)90529-7.


Для цитирования:


Санин В.В., Агеев М.И., Капланский Ю.Ю., Петржик М.И. Влияние легирующих добавок молибдена и рения на структуру и свойства литого сплава NiAl–Cr–Co. Известия вузов. Порошковая металлургия и функциональные покрытия. 2021;(3):43-61. https://doi.org/10.17073/1997-308X-2021-3-43-61

For citation:


Sanin V.V., Aheiev M.I., Kaplanskii Yu.Yu., Petrzhik M.I. Influence of molybdenum and rhenium alloying additives on NiAl–Cr–Co cast alloy structure and properties. Powder Metallurgy аnd Functional Coatings. 2021;(3):43-61. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1997-308X-2021-3-43-61

Просмотров: 33


ISSN 1997-308X (Print)
ISSN 2412-8767 (Online)