Структура сплавов на основе Ni3AL после высокотемпературной деформации
Диссертация
Результаты, приведенные в данной диссертационной работе, были получены при непосредственном участии автора. Автором лично выплавлены исследованные сплавы, подготовлены к исследованию образцы, включая резку ориентированных монокристаллов, термическую обработку и холодную прокаткупроведена большая часть металлографических и электронно-микроскопических исследований. Автор принимал участие… Читать ещё >
Содержание
- 1. Литературный обзор
- 1. 1. Высокотемпературная деформация № 3А1 и сплавов на интерметаллидной основе типа ВКНА
- 1. 1. 1. Деформация № 3А1 в различных температурных интервалах
- 1. 1. 2. Высокотемпературная деформация жаропрочных сплавов на интерметаллидной основе типа ВКНА
- 1. 2. Структура и свойства традиционных жаропрочных никелевых сплавов
- 1. 3. Влияние деформации на магнитные свойства № 3А
- 1. 4. Постановка задачи исследования
- 1. 1. Высокотемпературная деформация № 3А1 и сплавов на интерметаллидной основе типа ВКНА
- 2. Материал и методика эксперимента
- 2. 1. Исследованные материалы
- 2. 2. Выращивание монокристаллов из расплава по методу Бриджмена
- 2. 3. Механические испытания
- 2. 4. Методы структурных исследований
- 2. 4. 1. Оптическая металлография
- 2. 4. 2. Рентгеноструктурный анализ
- 2. 4. 3. Сканирующая электронная микроскопия
- 2. 4. 4. Электронная просвечивающая микроскопия
- 2. 4. 5. Методика определения типа дефекта упаковки
- 2. 4. 6. Нейтронографические исследования
- 2. 5. Магнитные методы
- 2. 5. 1. Измерение магнитной восприимчивости с помощью магнитометра ИМПАС
- 2. 5. 2. Магнито-измерительный комплекс Кет^гарИ С
- 3. 1. Деформация монокристалла № 3А1 при высоких температурах
- 3. 2. Роль планарных дефектов в высокотемпературной деформации монокристалла № 3А
- 4. 1. Структура монокристаллов сплавов типа ВКНА в исходном состоянии
- 4. 2. Деформация и разрушение монокристаллов сплавов типа ВКНА при 1100−1250°С
- 4. 3. Влияние предварительной термообработки на структуру и механические свойства сплава ВКНА-4У при 1100−1200°С
- 4. 4. Влияние ориентации монокристаллического образца ВКНА-4У на его механические свойства
- 5. 1. Структура лопатки из сплава ЧС-70ВИ в исходном состоянии
- 5. 2. Структура турбинной лопатки из сплава ЧС-70ВИ после эксплуатации по экспериментальному режиму
- 5. 3. Структура сплава ЧС-70ВИ в зоне ударного разрушения
- 5. 4. Изменение магнитной восприимчивости материала турбинных лопаток после эксплуатации по экспериментальному режиму
- 5. 4. 1. Магнитные свойства сплава ЧС-70ВИ после высокотемпературной деформации
- 5. 4. 2. Магнитные свойства сплава ЧС-70ВИ вблизи зоны разрушения
- 5. 4. 3. Магнитные свойства сплава ЭП-800 после высокотемпературной деформации
- 5. 5. Изменение магнитной восприимчивости по мере увеличения степени деформации
Список литературы
- Гринберг Б.А., Иванов М. А. Интерметаллиды Ni3Al и TiAl: микроструктура, деформационное поведение. Екатеринбург: УрО РАН, 2002. 360 с.
- Степанова Н.Н., Ринкевич А. Б., Митрохин Ю. С. Физические свойства Ni3Al, легированного третьим элементом: эксперимент и моделирование. Екатеринбург: УрО РАН, 2010. 174 с.
- Sluiter M.H.F., Kawazoe Y. Site preference of ternary additions in Ni3Al // Phys. Review B. 1995. Vol. 51. N. 7. P. 4062−4073.
- Хансен M., Андерко К. Структура двойных сплавов. М.: Металлургиздат, 1962. 1488 с.
- Stoloff N.S. Physical and mechanical metallurgy of Ni3Al and its alloys // Internation. Mater. Rev. 1989. Vol. 34. N. 4. P. 153−184.
- Alexander W., Vanghan N. Investigation of phase equilibria in Al-Ni system // J. Inst. Metals. 1937. Vol. 1. P. 247−254.
- Hilpert K. et al. Phase diagram studies on Ni-Al system // Z. Naturforsch. 1987. Vol. 42A. P. 1327−1392.
- Battezzatti L., Baricco M., Pascale L. High temperature thermal analysis of Ni-Al alloys around the y' composition // Scripta Mater. 1998. Vol. 39. N 1. P. 87−93.
- Крымов B.JI., Михайлов A.B., Фукс Д. Л. Влияние легирования сплавов системы Ni-Al на фазовые равновесия в области 50−75 ат. % Ni // Порошковая металлургия. 1985. № 10. С. 79−81.
- Петрушин Н.В., Бронфин М. Б., Чабина Е. Б., Дьячкова JI.A. Фазовые превращения и структура направленно закристаллизованных интерметаллидных сплавов Ni-Al-Re // Металлы. 1994. № 3. С. 85−93.
- Степанова Н.Н., Сазонова В. А., Родионов Д. П., Турхан Ю. Э., Акшенцев Ю. Н. Высокотемпературное рентгеновское исследование монокристаллов <001> жаропрочного сплава на основе интерметаллидаNi3Al // ФММ. 1997. Т. 84. № 6. С. 130−138.
- Козлов Э.В., Никоненко E.JI., Конева Н. А. Энергия плоских дефектов фазы Ni3Al. Теория и эксперимент // Известия РАН. Серия физическая. 2007. Т. 71. № 2. С. 209−213.
- Старенченко В.А., Соловьева Ю. В., Старенченко С. В., Ковалевская Т. А. Термическое и деформационное упрочнение монокристаллов сплавов со сверхструктурой Ь12. Томск: Изд-во НТЛ, 2006. 292 с.
- Штремель М.А. Прочность сплавов. 4.2. Деформация. М.: МИСиС, 1997. 527 с.
- Aoki К., Ishikawa К., Masumoto Т. Ductilization of Ni3Al by alloying with boron and substitutional elements // Materials Science and Engineering A. 1995. Volumes 192−193, Parti. P. 316−323.
- Liu С. Т., White С. L, Horton J. A. Effect of boron on grain-boundaries in Ni3Al // Acta metall. 1985 Vol. 33. N I. P. 213−229.
- Aoki K, Izumi O. On the ductility of the intermetallic compound Ni3Al // Trans. JIM. 1978. Vol. 19. P. 203−210.
- Симе Ч.Т., Столофф H.C., Хагель У. К. Суперсплавы II. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок пер с англ. под ред. Р. Е. Шалина. Кн. 2. В 2 кн. М.: Металлургия, 1995. 384 с.
- Zhang G.P., Wang Z.G. Deformation and fracture behavior in Ni3Al alloy single crystals // J. Mater. Sci. Let. 1998. Vol. 17. P. 61−64.
- Thornton P. H., Davies R. G., Johnston T. L. The temperature dependence of flow stress of the phase based uponNi3Al // Met. Trans. 1970. Vol. 1. P. 207−218.
- Golberg D., Demura M., Hirano T. Compressive flow stress of a binary stoichiometric Ni3Al single crystal // Scripta Materialia. 1997. Vol. 37. N. 11. P. 1777−1782.
- Li D., Kishida K., Demura M., Hirano T. Tensile properties and cold rolling of binary Ni-Al y/y two-phase single crystals // Intermetallics. 2008. Vol. 16. Issues 11−12. P. 1317−1324.
- Kobayashi S., Demura M., Kishida K., Hiranoa T. Tensile and bending deformation of Ni3Al heavily cold-rolled foil // Intermetallies. 2005. Vol. 13. Issue 6. P. 608−614.
- Demura M., Xu Y., Kishida K., Hirano T. Texture memory effect in heavily cold-rolled Ni3Al single crystals // Acta Materialia. 2007. Vol.55. P. 1779−1789.
- Nieh T.G., Wadsworth J., Sherby O. D. Superplasticity in metals and ceramics. Cambridge University Press, 1997. 287 p.
- Wright R.N., Sikka V.K. Elevated temperature tensile properties of powder metallurgy Ni3Al alloyed with chromium and zirconium // J. Mater. Sci. 1988. Vol. 23. P. 4315−4318.
- Kim M.S., Harada S., Wantanabe S., Izumi O. Superplasticity in a recrystallised Ni3Al polycrystal doped with boron // Mater. Trans. JIM. 1989. Vol. 30. N. 1. P. 77−85.
- Choundry A., Muhkerjee A.K., Sikka V.K. Superplasticity in Ni3Al base alloy with 8 wt. % Cr//J. Mater. Sci. 1990. Vol. 25. P. 3142−3148.
- Chowdhury S. G, Jena A. K, Ray R.K. Recrystallization behavior of boron-doped Ni76Al24 // Met. Trans. 1998. Vol. 29A. P. 2893−2902.
- Mukhopadhyay J. Kaschner G, Muhkerjee A.K. Superplasticity in boron doped Ni3Al alloy // Scr. Met. 1990. Vol. 24. P. 857−862.
- Вишняков Я.Д. Дефекты упаковки в кристаллической структуре. М.: Металлургия, 1970.216 с.
- Mukhopadhyay J., Kaschner G., Muhkerjee A.K. Superplasticity in boron doped Ni3Al alloy // Scr. Met. 1990. Vol. 24. P. 857−862.
- Choudhury A., Sikka V.K., Mukherjee A.K. Superplasticity in an Ni3Al base alloy with 8 wt.% Cr// J. Material science. 1990. Vol. 25. Issue 7. P. 3142−3148.
- Судзуки Т., Есинана X., Такеути С. Динамика дислокаций и пластичность пер. с япон. М.: Мир, 1989. 296 с.
- Поварова К.Б., Бунтушкин В. П., Казанская Н. К., Дроздов A.A. Сравнительный анализ принципов создания жаропрочных никелевых суперсплавов и сплавов на основе ин-терметаллида Ni3Al (у'-фаза) // Перспективные материалы. 2005. № 2. С. 10−19.
- Каблов E.H., Базылева O.A., Воронцов М. А. Новая основа для создания литейных высокотемпературных жаропрочных сплавов // МиТОМ. 2006. № 8. С. 21−25.
- Каблов E.H., Бунтушкин В. П., Базылева O.A., Герасимов В. В., Тимофеева О. Б. Жаропрочные сплавы на основе интерметаллида Ni3AI // Тр. междунар. науч.-техн. конф. «Научные идеи С. Т. Кишкинаи современное материаловедение». М.: ВИАМ, 2006. 378 с.
- Бахтеева Н.Д. Особенности формирования микроструктуры в жаропрочных сплавах на никелевой основе при термическом и механическом воздействиях // Технология металлов. 2006. № 7. С. 15−26
- Каблов E.H., Голубовский Е. Р. Жаропрочность никелевых сплавов. М.: Машиностроение, 1998. 463 с.
- Симе Ч., Хагель В. Жаропрочные сплавы пер. с англ. М.: Металлургия, 1976. 568 с.
- Шалин Р. Е, Светлов И. Л, Качанов Е. Б. Монокристаллы никелевых жаропрочных сплавов. М.: Машиностроение, 1997. 336 с.
- Вакс В.Г. Упорядочивающиеся сплавы: структуры, фазовые переходы, прочность // Соровский образовательный журнал. № 3. 1997. С. 115−123.
- Calderon Н. А, Voorhees P. W, Murray J. L, Kostorz G. Ostwald ripening in concentrated alloys//Acta Met. Mater. 1994. Vol. 42. N. 3. P. 991−1000.
- Mukherji D, Gilles R, Strunz P, Lieske S, Wiedenmann A, Wahi R.P. Measurement of y' precipitate morphology by small angle neutron scattering // Scripta Met. Mater. 1999. Vol. 41. N. l.P. 31−38.
- Peng Z, Glatzel U, Link T, Feller-Kniepmeier M. Change of phase morphologies during creep of CMSX-4 at 1253 К // Scripta Met. Mater. 1996. Vol. 34. N. 2. P. 221−226.
- Kakehi K. Influence of secondary precipitates and crystallographic orientation on the strength of single crystals of a nickel-based superalloy // Met. Mater. Trans. 1999. Vol. 30 A. N. 5. P. 1249−1259.
- Strunz P, Gilles R, Mukherji D, Wiedenmann A, Wahi R. P, Zrnik J. Micro structural characterization of single-crystal nickel-base superalloys by small-angle neutron scattering // Materials Structure. 1999. Vol. 6. N. 2. P. 91−95.
- Векслер Ю. Г, Копылов A. A, Богаевский B.B. Структурная стабильность дисперсион-но-твердеющих сплавов. Жаропрочные и жаростойкие металлические материалы. Физико-химические принципы создания. М.: Наука, 1987. 173 с.
- Лесников В. П, Кузнецов В. П. Коррозионностойкий сплав ЧС70У-ВИ и защитные покрытия для лопаток ТВД стационарных и судовых ГТД // Газотурбинные технологии. 2007. № 4 (55). С. 26−27.
- Монастырская Е. В, Морозова Г. И, Власова Ю. Б. Структура, фазовый состав и свойства коррозионностойкого жаропрочного сплава ЧС88У // МиТОМ. 2006. № 8(614). С. 39−44.
- Скуднов В. А, Тарасенко Ю. П, Бердник О. Б. Выбор оптимальной рабочей температуры никелевых сплавов ЧС70-ВИ и ЧС88У-ВИ с позиции синергетики // Технология металлов. 2008. № 12. С. 16−20.
- Литейные жаропрочные сплавы. Эффект С. Т. Кишкина: науч.-техн. сб. под ред. Е. Н. Каблова. М.: Наука, 2006. 272 с.
- Масленков С.Б. Жаропрочные стали и сплавы. Справочное издание. М.: Металлургия, 1983. 192 с.
- Клыпина A.M., Трушечкин В.П, Чистякова Л. Д., Казанский Д. А. Опыт эксплуатации штампованных рабочих лопаток I ступени газовой турбины ГТЭ-45 из никелевого сплава ЭП800 // Теплоэнергетика. 2008. № 2.С. 33−39.
- Rhee Joo Yull, Kudryavtsev Y.V., Lee Y.P. Optical, magneto-optical, and magnetic properties of stoichiometric and off-stoichiometric y'-phase Ni3Al alloys // Physical Review B. 2003. Vol. 68. Issue 4. P. 104−112.
- Idzikowski В., Young-Hoon Hyun, Kudryavtsev Y. Neutron investigation of Ni3Al itinerant electron system//experimental report of proposal № PHY-02−0397, Hahn-Meitner-Institute (HMI) Berlin, 2003
- Masahashi N., Kavazoe H., Takasugi et.al. Phase relation in the section Ni3Al Ni3Fe of the Al-Fe-Ni system //Zs. Metallkunde. 1987. Vol. 78. N. 11. P. 788−795.
- Guo G.Y., Wang Y.K., Li-Shing Hsu First principles and experimental studies of the electronic structures and magnetism in Ni3Al, Ni3Ga and Ni3In // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1980. Vol. 239. Issues 1−3. Part 1. P. 91−93.
- Ul-Haq, J.G. Booth. Magnetic and structure properties of Ni3Al based alloys // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1986. Vol. 62. Issues 2−3. P. 256−268.
- Казанцева H.B., Виноградова Н. И., Степанова H.H., Пирогов А. Н. Голикова Е.О. Образование метастабильных фаз в интерметаллидном сплаве Ni-9,6 масс. % А1- 6,7 масс. % Fe-1 масс. % Сг // ФММ. 2009. Т. 107. № 4. С. 401−410.
- Thompson J.R., Kerchner H.R.and Sekula S.T. Itinerant electron ferromagnetism in Fe-alloyed, Ni3Al based materials // Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 1986. Vol. 54−57. P. 1069−1070.
- Zeng Q., Baker I. The effect of local versus bulk disorder on the magnetic behavior of stoichiometric Ni3Al //Intermetallics. 2007. Vol. 15. P. 419−427.
- Baker I., Wu D. Strain-induced ferromagnetism in Ll2 compounds // TSM letters. 2005. Vol. 2. P. 57−58.
- Taylor A, Jones R.M. Constitution and magnetic properties of iron-rich iron-aluminum alloys // J. Phys. Chem. Sol. 1958. Vol. 6. P. 16−37.
- Wu D, Munroe P. R, Baker I. The paramagnetic-to-ferromagnetic transition in B2-structured Fe-AI single crystals: experiments and calculations // Philosophical Magazine. 2003. Vol. 83. N. 3. P. 295−313.
- Huffman G. P, Fisher R.M. Mossbauer Studies of Ordered and Cold-Worked Fe-AI Alloys Containing 30 to 50 at. % Aluminum // Journal of applied physics. 1967. Vol.38, N. 2.1. P.735−742.
- CHou С. T, Hazzledine P. M, Hirsch P. B, Anstis G. R. Formation of antiphase-domain boundary tubes in B2 ordered alloys by cross-slip and annihilation of screw dislocations // Philosophical Magazine A. 1987. Vol. 56. Issue 6. P. 799−813.
- Родионов Д. П, Счастливцев B.M. Стальные монокристаллы. Екатеринбург: УрО РАН, 1996.274 с.
- Lee J. H, Verhoeven J.D. Eutectic formation in the Ni-Al system // J. Cryst. Growth. 1994. Vol. 143. N. 1−2. P. 86−102.
- ГОСТ 9651–84 Металлы. Методы испытаний на растяжение при повышенных температурах. Введён 01.01.1986. М.: Изд-во стандартов, 1984. 60 с.
- Утевский JI.M. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении. М.: Металлургия, 1973. 584 с.
- Эндрюс К, Дайсон Д, Киоун К. Электронограммы и их интерпретация. М.: Мир, 1971. 256 с.
- Васильева JI. A, Малашенко JI. M, Тофпенец P.JI. Электронная микроскопия в металловедении цветных металлов. Минск: Наука и техника, 1989. 208 с.
- Хирш П. Электронная микроскопия тонких кристаллов. М.: Мир, 1968. 574 с.
- Григоров С. Н, Косевич В. М, Космачев С. М. Электронно-микроскопические изображения дислокаций и дефектов упаковки. Справочное руководство, под ред. Косевича В. М, Палатника Л. С. М: Наука, 1976. 223 с.
- Бушнеев Л. С, Колобов Ю. Р, Мышляев М. М. Основы электронной микроскопии. Томск: Изд-во Томского университета, 1989. 218с.
- Baker I, Sculson Е. М, Horton J.A.In-sity straining of Ni3Al in a transmission electron microscope // Acta Metal. 1987. Vol. 35. N. 7. P. 1533−1541.
- Теплоухов С. Г, Чернобровкин B. B, Высоцкая Л. А. Применение метода параллельной регистрации нейтронов в нейтронографических исследованиях монокристаллов // ПТЭ. 1983. Т. 3. С. 37−39.
- Ригмант М.Б., Горкунов Э. С., Пудов В. И. Способ измерения ферромагнитной фазы ау-стенитных сталей. Патент на изобретение № 2 166 191, Бюл. Изобр. № 5, ч. I, 2000, с. 23.
- Ригмант М.Б., Ничипурук А. П., Худяков Б. А., Пономарев B.C., Терещенко H.A., Корх М. К. Приборы для магнитного фазового анализа изделий из аустенитных коррозионно-стойких сталей // Дефектоскопия. 2005. № 11. С. 3−15.
- Горкунов Э.С., Емельянов И. Г., Митропольская С. Ю. Определение напряженного состояния растянутого стержня по его измеренным магнитным характеристикам // Прикладная механика и техническая физика. 2008. Т. 49. № 5. С. 205−211.
- Гольдштейн М.И., Литвинов B.C., Бронфин Б. М. Металлофизика высокопрочных сплавов. М.: Металлургия, 1986. 312 с.
- Левит В.И., Смирнов М. А. Высокотемпературная термомеханическая обработка аустенитных сталей и сплавов. Челябинск: Изд. ЧГТУ, 1995. 276 с.
- Hunziker О., Kurz W. Solidification microstructure maps in Ni-Al alloys // Acta Mater. 1997. Vol. 45. N. 12. P. 4981−4992.
- Степанова H.H., Теплоухов С. Г., Дубинин С. Ф., Акшенцев Ю. Н., Родионов Д. П., Пархоменко В. Д. Исследование структуры кристаллов Ni3Al и (Ni, Co)3Al, выращенных по методу Бриджмена // ФММ. 2003. Т. 96. № 6. С. 84−91.
- Blumm M, deMestral В, Eggeier G, Rezai-Aria F. The influence of crystallography and creep ductility on thermal fatigue crack initiation in nickel-base superalloys with elongated macrograins // Sei. Metall. Mater. 1995. Vol. 33. N. 5. P. 719−725.
- Казанцева H. B, Виноградова Н. И, Степанова Н. Н, Романов Е. П, Пирогов А. Н, Винокуров Г. Г, Яковлева С. П. Структурные изменения в жаропрочном сплаве ЭП-800 при динамическом нагружении // Деформация и разрушение материалов. 2008. № 8. С. 10−16.
- Escher С, Gottstein G. Nucleation of recrystallization in boron doped Ni3Al // Acta Matter. 1998. Vol. 46. N. 2. P. 525−539.
- Гринберг Б. А, Сюткина В. А. Новые методы упрочнения упорядоченных сплавов. М.: Металлургия, 1985. 175 с.
- Dirras G. F, Doi J. On the existence of supperlattice intrinsic stacking fault-superlattice extrinsic stacking fault coupled pairs in an Ll2 alloy // Phil. Mag. A. 2001. Vol. 81. N. 2. P. 467−478.
- Виноградова Н. И, Казанцева H. B, Степанова H.H., Романов Е. П, Пирогов А. Н. Двойникование и фазовые превращения в жаропрочном сплаве ЭП-800 после динамического нагружения // МиТОМ. 2008. Т. 639. № 9. С. 28−32.
- Казанцева Н. В. Виноградова Н.И. Степанова H.H. Электронно-микроскопическое исследование планарных дефектов в монокристалле Ni3Al после высокотемпературной деформации // Деформация и разрушение. 2010. № 9. С. 1−6.
- Козлов Э. В, Дементьев В. М, Кормин Н. М, Штерн Д. М. Структуры и стабильность упорядоченных фаз. Томск: Изд-во Томского государственного университета, 1994.246 с.
- Родионов Д. П, Филиппов Ю. И, Виноградова Н. И, Казанцева Н. В, Степанова H.H., Акшенцев Ю. И, Давыдов Д. И. Высокотемпературная деформация монокристаллов сплавов на основе Ni3Al // Деформация и разрушение материалов. 2009. № 8. С.31−37.
- Ринкевич А.Б., Степанова H.H., Бурханов A.M. Акустические свойства монокристаллов Ni3Al, легированных кобальтом и ниобием // ФММ. 2006. Т. 102, вып. 6. С. 678−682.
- Stepanova N. N, Mitropolskaya S.Yu., Davidov D.I., Kazantseva N.V. Effect of Cold Rolling on the Magnetic Behavior of Ni3Al-Based Superalloy // Solid State Phenomena. 2011. Vol. 168−169. P. 185−187.
- Давыдов Д. И, Степанова H.H. Структура турбинной лопатки из сплава ЧС-70 после аварийного разрушения // Сб. 10-й Уральской школы-семинара металловедов-молодых ученых. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 7−11 декабря 2009. С. 59.
- Турбины тепловых и атомных электрических станций под ред. В. В. Фролова и А. Г. Костюка. М.: Изд-во МЭИ, 2002. 215 с.
- De Boer F.R., Schinkel C.J., Biesterbos J., Proost S. Exchange-enchanced paramagnetism and weak ferromagnetism in the Ni3Al and Ni3Ga phase // J. Appl. Phys. 1969. Vol. 40. P. 1049−1055.
- Chowdhury S.G., Ray R.K., Jena A.K. Structural transformation in Ni3Al (B) due to cold rolling // Scr. Metall. Mater. 1995. Vol. 32. N. 9. P. 1501−1506.
- Казанцева H.B., Ригмант М. Б., Пирогов A.H. Исследование магнитного структурно-фазового перехода при деформации никелевых суперсплавов // Физика и техника высоких давлений. 2007. Т. 17. № 1. С. 74−79.