Preview

Известия вузов. Цветная металлургия

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Только для подписчиков

Структура и свойства жаропрочного никелевого сплава ЭП741НП, полученного методом селективного лазерного сплавления

https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-2-66-76

Полный текст:

Аннотация

Методом селективного лазерного сплавления (СЛС) по различным технологическим режимам получены образцы из сплава ЭП741НП с различными видами дефектов, объемная доля которых варьируется от 0,31 до 0,65 %. Структура СЛС-образцов изучалась с применением методов оптической и сканирующей электронной микроскопии, механические характеристики определялись посредством проведения испытаний на растяжение. Все исследованные СЛС-образцы характеризовались невысокими прочностными характеристиками, что связано с формированием метастабильной однофазной структуры, а также с наличием структурных дефектов в виде трещин. Для повышения механических свойств проведены различные виды постобработки, в том числе горячее изостатическое прессования (ГИП), термическая обработка (ТО) по типу «закалка + старение» и комплексная обработка, сочетающая ГИП и ТО. По результатам исследований определено влияние различных видов постобработки на микроструктуру и свойства СЛС-образцов. Установлено, что применение ГИП способствует уменьшению пористости до 0,04 об.%, рекристаллизации структуры и выделению упрочняющей интерметаллидной фазы на основе Ni3Al (γ ′-фазы) в виде крупных разноразмерных частиц, образующих агломераты. Проведение ТО приводит к рекристаллизации структуры и выделению мелкодисперсной γ ′-фазы, равномерно распределенной в матрице сплава. При этом прочностные характеристики образцов после ГИП и ТО находятся примерно на одном уровне (σв ~ 1250÷1290 МПа), однако пластичность образцов после ТО существенно ниже, что связано с сохранением в структуре дефектов в виде трещин и крупных пор. Максимальное увеличение механических свойств (σв до 1460 МПа и δ до 21,3 %) зафиксировано при проведении комплексной постобработки (ГИП + ТО), которая обеспечивает устранение дефектов и формирование оптимальной структуры сплава.

Об авторах

Ф. А. Басков
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

аспирант кафедры порошковой металлургии и функциональных покрытий (ПМиФП), мл. науч. сотрудник лаборатории «In situ диагностика структурных превращений» 

119991, г. Москва, Ленинский пр-т, 4



Ж. А. Сентюрина
АО «Композит»
Россия

канд. техн. наук, вед. науч. сотрудник 

141070, Московская обл., г. Королев, ул. Пионерская, 4



И. А. Логачев
АО «Композит»
Россия

канд. техн. наук, начальник отдела

г. Королев



М. Я. Бычкова
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

канд. техн. наук, науч. сотрудник Научно-учебного центра СВС МИСиС–ИСМАН

г. Москва



А. И. Логачева
АО «Композит»
Россия

докт. техн. наук, начальник отделения металлических материалов и металлургических технологий

г. Королев



Список литературы

1. Логунов А.В. Жаропрочные никелевые сплавы для лопаток и дисков газовых турбин. Рыбинск: ООО «Изд. дом «Газотурбинные технологии», 2017. Logunov A.V. Heat-resistant nickel alloys for gas turbine blades and discs. Rybinsk: Izdatel’skii dom «Gazoturbinnye tehnologii», 2017 (In Russ.).

2. Pollock T.M., Tin S. Nickel-based superalloys for advanced turbine engines: chemistry, microstructure and properties. J. Propulsion Power. 2006. Vol. 22. No. 2. P. 361—374. DOI: 10.2514/1.18239.

3. Логунов А.В., Шмотин Ю.Н. Современные жаропрочные никелевые сплавы для дисков газовых турбин (материалы и технологии). М.: Наука и технологии, 2013. Logunov A.V., Shmotin Ju.N. Modern heat-resistant nickel alloys for gas turbine disks (materials and technologies). Moscow: Nauka i teсhnologii, 2013 (In Russ.).

4. Akhtar W., Sun J., Sun P., Chen W., Saleem Z. Tool wear mechanisms in the machining of nickel based superalloys: A review. Front. Mech. Eng. 2004. Vol. 9. P. 106—119. DOI: 10.1007/s11465-014-0301-2.

5. Ezugwu E.O., Bonney J., Yamane Y. An overview of the machinability of aeroengine alloys. J. Mater.Proces. Technol. 2003. Vol. 134. No. 2. P. 233—253. DOI: 10.1016/S0924-0136(02)01042-7.

6. McTiernan B.J. Powder metallurgy superalloys. In: Powder metallurgy: Handbook. Vol. 7. ASM International, 2015. P. 682—702. DOI: 10.31399/asm.hb.v07.a0006094.

7. Гарибов Г.С. Отечественные гранулированные материалы для газотурбинных технологий. Технология легких сплавов. 2018. No. 4. С. 24—27. Garibov G.S. Domestic granular materials for gas turbine technologies. Technologija legkich splavov. 2018. No. 4. Р. 24—27 (In Russ.).

8. Гарибов Г.С. Перспективы развития отечественных дисковых гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов для новых образцов авиационной техники. Технология легких сплавов. 2017. No. 1. С. 7—28. Garibov G.S. Prospects for the development of domestic disc granulated heat-resistant nickel alloys for new samples of aviation technology. Technologija legkich splavov. 2017. No. 1. Р. 7—28 (In Russ.).

9. Разуваев Е.И., Бубнов М.В., Бакрадзе М.М., Сидоров С.А. ГИП и деформация гранулированных жаропрочных никелевых сплавов. Авиационные материалы и технологии. 2016. No. S1 (43). С. 80—86. DOI: 10.18577/ 2071-9140-2016-0-S1-80-86. Razuvaev E.I., Bubnov M.V., Bakradze M.M., Sidorov S.A. HIP and deformation of granular heat-resistant nickel alloys. Aviatsionnye materialy i technologii. 2016. No. S1 (43). Р. 80—86 (In Russ.).

10. Bassini E., Vola V., Lorusso M., Ghisleni R., Lombardi M., Biamino S., Ugues D., Vallillo G., Picqué B. Net shape HIPping of Ni-superalloy: Study of the interface between the capsule and the alloy. Mater. Sci. Eng. A. 2017. Vol. 695. P. 55—65. DOI: 10.1016/j.msea.2017.04.016.

11. Bai Q., Lin J., Tian G., Zou J., Dean TA. Review and analysis of powder prior boundary (ppb) formation in powder metallurgy processes for nickel-based super alloys. J. Powder Metallurgy & Mining. 2015. Vol. 4. No. 1. P. 1000127. DOI: 10.4172/2168-9806.1000127.

12. Логачева А.И., Сентюрина Ж.А., Логачев И.А. Аддитивные технологии производства ответственных изделий из металлов и сплавов (обзор). Перспективные материалы. 2015. No. 4. С. 5—16. Logacheva A.I., Sentjurina Zh.A., Logachev I.A. Additive technologies for the production of critical products from metals and alloys (review). Perspektivnye materialy. 2015. No. 4. P. 5—16 (In Russ.).

13. Зленко М.А., Попович А.А., Мутылина И.Н. Аддитивные технологии в машиностроении. СПб: Изд-во СПбГУ, 2013. Zlenko M.A., Popovich A.A., Mutylina I.N. Additive technologies in mechanical engineering. Sankt-Peterburg: Izd-vo SPbGU, 2013 (In Russ.).

14. Froes F., Boyer R. Additive manufacturing for the aerospace industry. Elsevier, 2019.

15. Frazier W.E. Metal additive manufacturing: A review. J. Mater. Eng. Perform. 2014. Vol. 23. P. 1917—1928. DOI: 10.1007/s11665-014-0958-z.

16. Tao P., Li H., Huang B., Hu Q., Gong S., Xu Q. The crystal growth, intercellular spacing and microsegregation of selective laser melted Inconel 718 superalloy. Vacuum. 2019. Vol. 159. P. 382—390. DOI: 10.1016/j.vacuum.2018.10.074.

17. Li X., Shi J.J., Wang C.H., Cao G.H., Russell A.M., Zhou Z.J., Li C.P., Chen G.F. Effect of heat treatment on microstructure evolution of Inconel 718 alloy fabricated by selective laser melting. J. Alloys Compd. 2018. Vol. 764. P. 639—649. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.06.112.

18. Attallah M.M., Jennings R., Wang X., Carter L.N. Additive manufacturing of Ni-based superalloys: The outstanding issues. MRS Bulletin. 2016. Vol. 41 (10). P. 758—764. DOI: 10.1557/mrs.2016.211.

19. Qiu C., Chen H., Liu Q., Yue S., Wang H. On the solidification behaviour and cracking origin of a nickel-based superalloy during selective laser melting. Mater. Charact. 2019. Vol. 148. P. 330—344. DOI: 10.1016/j.matchar.2018.12.032.

20. Zhang B., Li, Y., Bai Q. Defect formation mechanisms in selective laser melting: a review. Chin. J. Mech. Eng. 2017. Vol. 30. P. 515—527. DOI: 10.1007/s10033-017-0121-5.

21. Yamashita Y., Murakami T., Mihara R., Okada M., Murakami Y. Defect analysis and fatigue design basis for Ni-based superalloy 718 manufactured by selective laser melting. Int. J. Fatigue. 2018. Vol 117. P. 485—495. DOI: 10.1016/j.ijfatigue.2018.08.002.

22. 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. Manufact. Proces. 2019. Vol. 39. P. 226—232. DOI: 10.1016/j.jmapro.2019.02.029.

23. Han Q., Mertens R., Montero-Sistiaga M.L., Yang S., Setchi R., Vanmeensel K., Hooreweder B.V., Evans S.L., Fan H. Laser powder bed fusion of Hastelloy X: Effects of hot isostatic pressing and the hot cracking mechanism. Mater. Sci. Eng. A. 2018. Vol. 732. P. 228—239. DOI: 10.1016/j.msea.2018.07.008.

24. Li J., Zhao Z., Bai P., Qu H., Liu B., Li L., Wu L., Guan R., Liu H., Guo Z. Microstructural evolution and mechanical properties of IN718 alloy fabricated by selective laser melting following different heat treatments. J. Alloys Compd. 2019. Vol. 772. P. 861—870. DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.09.200.

25. Гарибов Г.С. Теория кристаллизации и технология гранулируемых жаропрочных никелевых сплавов. Технология легких сплавов. 2016. No. 1. С. 107—118. Garibov G.S. Crystallization theory and technology of granulated heat-resistant nickel alloys. Technologija legkich splavov. 2016. No. 1. Р. 107—118 (In Russ.).

26. Гарибов Г.С. Научно-технический задел в области гранульной металлургии для создания перспективных авиационных двигателей. Технология легких сплавов. 2018. No. 2. С. 63—71. Garibov G.S. Scientific and technical groundwork in the field of granular metallurgy for the creation of advanced aircraft engines. Technologija legkich splavov. 2018. No. 2. P. 63—71 (In Russ.).

27. Sentyurina Zh.A., Baskov F.A., Loginov P.A., Kaplanskii Yu.Yu., Mishukov A.V., Logachev I.A., Bychkova M.Ya., Levashov E.A., Logacheva A.I. The effect of hot isostatic pressing and heat treatment on the microstructure and properties of EP741NP nickel alloy manufactured by laser powder bed fusion. Additive Manufacturing. 2021. Vol. 37. P. 101629. DOI: 10.1016/j.addma.2020.101629.

28. 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.

29. Wan H.Y., Zhou Z.J., Li C.P., Chen G.F., Zhang G.P. Effect of scanning strategy on grain structure and crystallographic texture of Inconel 718 processed by selective laser melting. J. Mater. Sci. Technol. 2018. Vol. 34. P. 1799—1804. DOI: 10.1016/j.jmst.2018.02.002.

30. Chen Z., Chen S., Wei Z., Zhang L., Wei P., Lu B., Zhang S., Xiang Y. Anisotropy of nickel-based superalloy K418 fabricated by selective laser melting. Progress in Natural Science: Materials International. 2018. Vol. 28. No. 4. P. 496—504. DOI: 10.1016/j.pnsc.2018.07.001.

31. Peng H., Shi Y., Gong S., Guo H., Chen B. Microstructure, mechanical properties and cracking behaviour in a γ ′-precipitation strengthened nickel-base superalloy fabricated by electron beam melting. Mater. Design. 2018. Vol. 159. P. 155—169. DOI: 10.1016/j.matdes.2018.08.054.


Для цитирования:


Басков Ф.А., Сентюрина Ж.А., Логачев И.А., Бычкова М.Я., Логачева А.И. Структура и свойства жаропрочного никелевого сплава ЭП741НП, полученного методом селективного лазерного сплавления. Известия вузов. Цветная металлургия. 2021;27(2):66-76. https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-2-66-76

For citation:


Baskov F.A., Sentyurina Zh.A., Logachev I.A., Bychkova M.Ya., Logachеva A.I. Structure and properties of EP741NP heat-resistant nickel alloy produced by selective laser melting. Izvestiya Vuzov. Tsvetnaya Metallurgiya (Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy). 2021;27(2):66-76. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0021-3438-2021-2-66-76

Просмотров: 47


ISSN 0021-3438 (Print)
ISSN 2412-8783 (Online)