к.ф.-м.н., доцент кафедры физики
Cand. Sci. (Phys.–Math.), Assist. Professor of the Chair of Physics
к.т.н., старший научный сотрудник
Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher
старший научный сотрудник кафедры физики
Senior Researcher of the Chair of Physics, Head of the Laboratory
аспирант кафедры физики
Postgraduate of the Chair of Physics
д.ф.-м.н., профессор кафедры физики
Dr. Sci. (Phys.–Math.), Professor of the Chair of Physics
Свойства жаропрочных никелевых сплавов для современного машиностроения определяются термической стабильностью структуры, размерами, формой и количеством упрочняющей γ′-фазы, прочностными характеристиками γ-твердого раствора. Такие сплавы упрочняют путем легирования рением и лантаном. Целью работы являлись качественные и количественные исследования структуры и фазового состава никелевого жаропрочного сплава, дополнительно легированного рением (0,4 % ат.) и лантаном (0,006 % ат.). Исследования проводили двумя методами: просвечивающей дифракционной электронной микроскопии и растровой электронной микроскопии. Исследование структуры сплава проводили в трех состояниях: образец 1 – исходное состояние (после направленной кристаллизации (НК)); образец 2 – НК, отжиг при температуре 1150 °С в течение 1 ч, отжиг при температуре 1100 °С в течение 480 ч; образец 3 – НК, отжиг при температуре 1150 °С в течение 1 ч, отжиг при температуре 1100 °С в течение 1430 ч. Исследования показали, что наблюдаемые в супер-сплаве фазы можно классифицировать на основные и вторичные. Основными фазами являются γ′ и γ. Они формируют структуру сплава и присутствуют в виде квазикубоидов γ′-фазы, разделенных прослойками γ-фазы. Остальные фазы являются вторичными. Выявлено, что легирование рением и лантаном приводит к появлению вторичных фаз, а именно: β-NiAl, AlRe, NiAl2 Re; σ; χ; Ni3La2 . Образование вторичных фаз вносит серьезное нарушение в структуру квазикубоидов (γ + γ′)-фаз. Рений и лантан не заполняют однородно весь объем сплава, а присутствуют лишь в локальных участках. Поэтому во всех трех состояниях сплава нарушенной оказалась лишь часть объема квазикубоидов (γ + γ′)-фаз. Изучена морфология вторичных фаз. Обнаружено, что частицы σ-фазы – это тонкие иглы, в то время как частицы Ni3La2 имеют внутреннюю структуру с характерным контрастом и имеют конечную толщину. Интересной особенностью является то, что σ-фаза и фаза Ni3La2 выделяются в одних и тех же местах. Установлено, что введение лантана и рения изменяет фазовый состав сплава, подавляя образование γ-фазы. Частицы вторичных фаз локализованы в отдельных участках сплава с определенной периодичностью. Образующиеся вторичные фазы являются тугоплавкими: температура плавления β-фазы составляет приблизительно 1600 °C, σ-фазы – 2600 °C, χ-фазы – 2800 °C. Образование вторичных тугоплавких фаз и их периодическое распределение в структуре способствует упрочнению суперсплава, легированного рением и лантаном.
The properties of high-temperature nickel alloys for modern engineering were determined by thermal stability of structure, size, shape and amount of hardening γ′-phase, and the strength characteristics of γ′-solid solution. These alloys are strengthened by alloying with rhenium and lanthanum. The aim of this work was qualitative and quantitative study of the alloy structure and the phase composition of a nickel heat-resisting alloy additionally doped with rhenium (0.4 % at.) and lanthanum (0.006 % at.). The investigations were carried out by two methods: the method of transmission diffraction electron microscopy and the scanning electron microscopy method. Investigation of the alloy’s structure was carried out in three states: sample 1 – initial state (after directional crystallization (DC)); sample 2 – DC, annealing at 1150 °C for 1 hour, annealing at 1100 °C for 480 hours;sample 3 – DC, annealing at 1150 °C for 1 hour, annealing at 1100 °C for 1430 hours. The studies showed that the phases observed in the superalloy can be classified into primary and secondary phases. The main phases are γ′ and γ. They form structure of the alloy and are present as quasi-cuboids of γ′-phase separated by γ′-phase interlayers. The remaining phases are secondary. It was found that doping with rhenium and lanthanum leads to the appearance of secondary phases, namely: β-NiAl, AlRe, NiAl2 Re; σ; χ; Ni3La2 . The formation of secondary phases introduces a serious violation into the structure of quasi-cuboids (γ + γ′)-phases. Rhenium and lanthanum do not fill the entire volume of the alloy uniformly but are present only in local areas. Therefore, in three states of the alloy only a part of the volume of quasi-cuboids (γ + γ′)-phases was affected. The morphology of the secondary phases was studied. It was found that the particles of the σ-phase are thin needles, while the Ni3La2 particles have an internal structure with a characteristic contrast and have a finite thickness. An interesting feature is that the σ-phase and Ni3La2 phase are distinguished in the same places. It was established that the introduction of lanthanum and rhenium changes phase composition of the alloy, suppressing the formation of γ-phase. Particles of secondary phases are localized in individual sections of the alloy with a certain periodicity. The resulting secondary phases are refractory: the melting point of the β-phase is approximately 1600 °C, for the σ-phase it is 2600 °C, and for the χ-phase it is 2800 °C. The formation of secondary refractory phases and their periodic distribution in the structure contributes to hardening of the superalloy doped with rhenium and lanthanum.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.