РЕОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СПЛАВА ЭП742-ИД В КОНТЕКСТЕ ИНТЕГРИРОВАННОГО ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ И ИНЖИНИРИНГА (IСМЕ) Часть I. Результаты экспериментальных исследований

Изучены реологические свойства сплава ЭП742-ИД при высокотемпературных испытаниях на сжатие цилиндрических образцов с различным отношением сходственных начальных размеров диаметра и высоты (d0 /h0). По результатам испытаний в интервалах температур t = 1000÷1150 °С и начальных скоростей деформации ε·0 = 3·10–2÷3·10–4 с–1 показано, что повышение напряжения течения сжатия с ростом отношения d0 /h0 проявляется при всех температурах и скоростях деформации с линейной зависимостью от величины ε·0 и отношения d0 /h0. Предложена методика пересчета показателей сопротивления деформации на заданное отношение сходственных размеров. Повышение напряжения течения сжатия связывается с увеличением коэффициента жесткости образцов и их удельных контактных поверхностей. Установлена температурная зависимость кажущейся энергии активации пластической деформации (Qдеф) сплава, ее связь с фазовым составом и условиями протекания процесса динамической рекристаллизации γ-твердого раствора. В температурных условиях начала развития процесса динамической рекристаллизации γ-твердого раствора (1000–1050 °С) величина Qдеф у образцов с d0 /h0 = 0,75 составляет 959 кДж/моль. Наибольшие значения Qдеф у образцов с d0 /h0 = 0,75, равные 1248 и 1790 кДж/моль, наблюдаются в области температур интенсивного растворения и коагуляции зернограничной γ ′-фазы (1050–1100 °С). У образцов с d0 /h0 = 3,0 в этой области температур значение Qдеф повышается до 2277 кДж/моль. В области температур гомогенного γ-твердого раствора с зернограничными первичными и вторичными карбидами (1100–1150 °С) кажущаяся энергия активации пластической деформации снижается до 869 кДж/моль. Приведены результаты сжатия образцов сплава при однократном и многократном последовательном нагружении с различной длительностью междеформационных пауз. Показано, что метадинамическая рекристаллизация в условиях эксперимента в γ + γ ′-области не совершается, а в γ-области протекает вяло

сплав ЭП742-ИД, реологические свойства при испытаниях на сжатие

1. Integrated computational materials engineering: A transformational discipline for improved competitiveness and national security. 1st ed. Washington, DC: The National Academies Press, 2008.

2. Horstemeyer M.F. Integrated computational materials engineering (ICME) for metals. Warrendale: The Minerals, Metals and Materials Society; Hoboken: John Wiley and Sons, 2012.

3. Schmitz G.J., Prahl U. Introduction, in integrative computational materials engineering: Concepts and applications of a modular simulation platform. Weinheim, Germany: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co., KGaA, 2012.

4. Arnold S.M., Holland F.A., Bednarcyk B.A., Pineda E.J. Combining material and model pedigree is foundational to making ICME a reality // Integr. Mater. Manuf. Innov. 2015. Vol. 4. P. 4—30.

5. Allison J. Integrated computational materials engineering: A perspective on progress and future steps // J. Metals. 2011. Vol. 63. No. 4. P. 15—18.

6. Materials genome initiative for global competitiveness. URL: https://www.whitehouse.gov/mgi (дата обращения: 01.02.2017).

7. Huber D., Stotter C., Sommitsch C., Mitsche S., Poelt P., Buchmayr B., Stockinger M. Microstructure modeling of the dynamic recrystallization kinetics during turbine disc forging of nickel superalloy Alloy 718PLusTM // Superalloys 2008: 11th Intern. symp. (Champion, Pennsylvania, USA, 14—18 Sept. 2008). Pittsburgh, PA: TMS, 2008. P. 855—861.

8. Kodzhaspirov G.E., Terentyev M.I. Modeling the dynamically recrystallized grain size evolution of a superalloy // Mater. Phys. Mech. 2012. Vol. 13. No. 1. P. 70—76.

9. Matsui T. Dynamic recrystallization behavior of Waspaloy during hot working // Mater. Trans. 2014. Vol. 55. No. 2. P. 255—263.

10. Chen F., Cui Z., Ou H., Long H. Mesoscale modeling and simulation of microstructure evolution during dynamic recrystallization of a Ni-based superalloy // Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process. 2016. Vol. 122. No. 10. P. 890—902.

11. Furrer D., Goetz R., Shen G. Modeling and simulation of Alloy 718: Microstructure and mechanical properties // Superalloy 718 & Derivatives: 7th Intern. symp. (Pittsburgh, Pennsylvania, USA, 10—13 Oct. 2010). Pittsburgh, PA: TMS, 2010. P. 663—677.

12. Sajjadi S.A., Nategh A.S. High temperature deformation mechanism map for the high performance Ni-base superalloy GTD-111 // Mater. Sci. Eng. 2001. Vol. 307. P. 158—164.

13. Kitashima T., Ping D.H., Wang J., Harada H. Phase-field modeling of γ’ precipitation in multi-component Nibase superalloys // Superalloys 2008: 11th Intern. symp. (Champion, Pennsylvania, USA, 14—18 Sept. 2008). Pittsburgh, PA: TMS, 2008. P. 819—827.

14. Warnken N., Drevermann A., Ma D., Fries S.G., Steinbach I. Development of a simulation approach to microstructure evolution during solidification and homogenization using the phase field method // Superalloys 2008: 11th Intern. Symp. (Champion, Pennsylvania, USA, 14—18 Sept. 2008). Pittsburgh, PA: TMS, 2008. P. 951—962.

15. Chen L.Q. Phase-field method and Materials Genome Initiative (MGI) // Mater. Sci. A. 2014. Vol. 59. No. 15. P. 1641—1645.

16. Li Z., Liu B., Xu Q. Microstructure simulation on recrystallization of an as-cast nickel based single crystal superalloy // Comput. Mater. Sci. 2015. Vol. 107. P. 122—133.

17. Azarbarmas M., Aghaie-Khafri, Cabrera J.M., Calvo J. Dynamic recrystallization mechanisms and twining evolution during hot deformation of Inconel 718 // Mater. Sci. Eng. 2016. Vol. 678. P. 137—152.

18. DEFORM-3D — Scientific Forming Technologies Corporation. URL: http://www.deform.com/products/ (дата обращения: 01.02.2017).

19. QForm — Quantor Form. URL: http://www.qform3d.ru/products (дата обращения: 01.02.2017).

20. Полухин П.И., Горелик С.С., Воронцов В.К. Физические основы пластической деформации. М.: Металлургия, 1982.

21. Пуарье Ж.П. Высокотемпературная пластичность кристаллических тел. М.: Металлургия, 1982.

22. Фрост Г.Дж., Эшби М.Ф. Карты механизмов деформации. Челябинск: Металлургия, Челяб. отд-ние, 1989.

23. Смирнов-Аляев Г.А. Сопротивление материалов пластическому деформированию. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1978.

24. Сторожев М.В., Попов Е.А. Теория обработки металлов давлением. М.: Машиностроение, 1977.

25. Охрименко Я.М., Тюрин В.А. Теория процессов ковки: Учеб. пос. для вузов. М.: Высш. шк., 1977.

26. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин A.M. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов: Справочник. М.: Металлургия, 1983.

27. Бердин В.К., Бердин Н.В., Лукьянов В.В. Упруго-вязко-пластическое поведение материала в задачах численного моделирования одноосного сжатия, растяжения и чистого сдвига // Кузнеч.-штамп. пр-во. Обраб. материалов давлением. 2015. No. 3. С. 33—42.

28. Носов В.К., Щипунов Г.И., Овчинников А.В. Построение кривых текучести при изотермической осадке цилиндрических образцов // Завод. лаб. 1988. Т. 54. No. 5. С. 82—85.

29. Хензель А., Шпиттель Т. Расчет энергосиловых параметров в процессах обработки металлов давлением: Справочник. М.: Металлургия, 1982.

30. Харитонин C.B., Смирнов В.К., Бондин А.Р. Сопротивление деформации углеродистых инструментальных и других легированных сталей и сплавов // Изв. вузов. Чер. металлургия. 1990. No. 2. С. 30—32.

31. Бердин В.К., Бердин Н.В. Моделирование одноосного сжатия цилиндрических образцов с различной исходной высотой // Кузнеч.-штамп. пр-во. Обраб. материалов давлением. 2011. No. 3. С. 33—39.

32. Zhang P., Yi C., Chen G., Qin H., Wang C. Constitutive model based on dynamic recrystallization behavior during thermal deformation of a nickel-based superalloy // Metals. 2016. Vol. 6. No. 7. P. 161—171.

33. Горелик С.С., Добаткин С.В., Капуткина Л.М. Рекристаллизация металлов и сплавов. 3-е изд. М.: МИСиС, 2005.

34. Петрушин Н.В., Логунов А.В., Горин В.А. Структурная стабильность никелевых жаропрочных сплавов при высоких температурах // Металловедение и терм. обраб. металлов. 1984. No. 5. С. 36—38.

35. Логунов А.В., Шмотин Ю.Н. Современные жаропрочные никелевые сплавы для дисков газовых турбин (материалы и технологии). М.: Наука и технологии, 2013.

36. Клещев А.С., Власова О.Н., Корнеева Н.Н., Рязанова Р.Г. Исследование кинетики собирательной рекристаллизации дисперсионно-твердеющих никелевых сплавов // Технол. легких сплавов. 1981. No. 6. С. 53—57.

37. Масленков С.Б., Кабанов И.В., Масленкова Е.А., Абрамов О.В., Мелькумов И.Н. Влияние температуры и скорости деформирования на пластичность сплава ХН62БМКТЮ // Металловедение и терм. обраб. металлов. 1999. No. 10. С. 21—23.

38. Monajati H., Jahazi M., Yue S., Taheri A.K. Deformation characteristics of isothermal forged UDIMET 720 nickelbase superalloy // Metall. Mater. Trans. A. 2005. Vol. 360. P. 895—905.

39. Sajjadi S.A., Chaichi A., Ezatpour H.R., Maghsoudlou A., Kalaie M.A. Hot deformation processing map and microstructural evaluation of the Ni-based superalloy Ni738LC // J. Mater. Eng. Perform. 2016. Vol. 25. No. 4. P. 1269—1275.

40. Kashyap B.P., Chaturvedi M.C. Activation energy for superplastic deformation of in 718 superalloy // Scr. Mater. 2000. Vol. 43. P. 429—433.

41. Brown A.A., Bammann D.J. Validation of a model for static and dynamic recrystallization in metals // Int. J. Plast. 2012. Vol. 32—33. P. 17—35.

42. Gardner S., Li W., Coleman M., Johnston R. The effects of thermomechanical history on the microstructure of a nickel-base superalloy during forging // Mater. Sci. Eng . 2016. Vol. 668. P. 263—270.