Preview

Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия

Расширенный поиск

Исследование окалиностойкости жаропрочного никелевого сплава со структурой γ′-фазы

https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-1-52-58

Полный текст:

Аннотация

Повышенный интерес к многокомпонентному легированию никеля связан с поиском новых составов жаропрочных и жаростойких сплавов на основе никелевого твердого раствора либо его интерметаллидов. В представленной работе изучено сопротивление высокотемпературному окислению сплава системы Ni – Al – Mo – W – Nb, который может быть использован как основа для создания дисперсно-упрочненных инертными частицами карбидов и нитридов двухфазных термически стабильных жаропрочных никелевых сплавов с матрицей из γ′-фазы. Образцы сплава подвергали окислению на воздухе при 900 – 1300 °С в течение 1 – 125 ч. Измеряли уменьшение массы (ΔМ, гр), которое после этого пересчитывали в показатели изменения массы образцов за единицу времени, нормированное на площадь поверхности исходных образцов (Δm, гр/м2 ·ч) и скорость «сгорания» поверхностного слоя (угара h, мкм/ч). Показано, что при окислении сплава Ni – Al – Mo – W – Nb при всех температурах происходит уменьшение массы образцов из-за образования непрочной и рыхлой поверхностной окалины. Зависимости этого показателя от времени окисления близки к линейной. С ростом температуры процессы уменьшения массы интенсифицируются. Предложено повышать окалиностойкость сплава Ni – Al – Mo – W – Nb кратковременным предварительным окислением при 1300 °С в течение 1 ч в атмосфере воздуха. Наблюдаемый эффект повышения стойкости к окислению связан с образованием в окалине слоя из соединения NiAl2O4, более эффективно предохраняющего сплав от взаимодействия с кислородом. Опыты по окислению с использованием инертных меток из платины показали, что механизмом, контролирующим окисление сплава Ni – Al – Mo – W – Nb при высоких температурах в случае наличия на поверхности слоя NiAl2O4 , следует считать диффузию кислорода через окисную пленку вглубь металла. Рассчитана энергия активации процессов окисления образцов сплава Ni – Al – Mo – W – Nb при температурах 900 – 1300 °С и без предварительного окисления. Это значение равно 234 943 ± 13 254 Дж/моль, что характерно для энергии активации процесса самодиффузии никеля.

Об авторе

М. Ю. Беломытцев
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»
Россия

Михаил Юрьевич Беломытцев, д.т.н., профессор кафедры металловедения и физики прочности

119049, Москва, Ленинский пр., 4



Список литературы

1. Jing Wu, Chong Li, Yongchang Liu, Yuting Wu, Qianying Guo, Huijun Li, Aipeng Wang. Effect of annealing treatment on microstructure evolution and creep behavior of a multiphase Ni 3 Albased superalloy // Materials Science and Engineering: A. 2019. Vol. 743. P. 623 – 635. https://doi.org/10.1016/j.msea.2018.11.126

2. Heng Jiang, Shulong Ye, Rui Ma, Peng Yu. Influences of sintering parameters on shape-retention ability of porous Ni3 Al intermetallic fabricated by powder metallurgy // Intermetallics. 2019. Vol. 105. P. 48–55. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2018.11.009

3. Jing Wu, Chong Li, Yongchang Liu, Xingchuan Xia, Yuting Wu, Zongqing Ma, Haipeng Wang. Influences of solution cooling rate on microstructural evolution of a multiphase Ni3 Al-based intermetallic alloy // Intermetallics. 2019. Vol. 109. P. 48–59. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2019.03.010

4. Yuting Wu, Yongchang Liu, Chong Li, Xingchuan Xia, Jing Wu, Huijun Li. Effect of initial microstructure on the hot deformation behavior of a Ni3Al-basedalloy // Intermetallics. 2019. Vol. 113. Article 106584. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2019.106584

5. Jing Wu, Chong Li, Yongchang Liu, Xingchuan Xia, Yuting Wu, Yefan Li, Haipeng Wang. Formation and widening mechanisms of envelope structure and its effect on creep behavior of a multiphase Ni3 Al-based intermetallic alloy // Materials Science and Engineering: A. 2019. Vol. 763. Article 138158. https://doi.org/10.1016/j.msea.2019.138158

6. Ohno T., Watanabe R., Nonomura T. Development of die material for isothermal forging of superalloys in air // Transactions ISIJ. 1987. Vol. 27. No. 1. P. 34–41.

7. Ohno T., Watanabe R., Fukui T., Tanaka K. Isothermal forging of Waspaloyin air with a new die material // Transactions ISIJ. 1988. Vol. 28. No. 11. P. 958− 964.

8. Tabaru T., Hanada S. High temperature strength of Ni3 Al-base alloys // Intermetallics. 1998. Vol. 6. No. 7–8. P. 735–739. https://doi.org/10.1016/S0966-9795(98)00052-1

9. Беломытцев М.Ю., Фунг Туан Ань. Жаропрочность композиционного материала с сотовой структурой на основе интерметаллида Ni 3 Al // Известия вузов. Черная металлургия. 2019. Т. 62. № 3. С. 228–234. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2019-3-228-234

10. Гессингер Г.Х. Порошковая металлургия жаропрочных сплавов. Челябинск: Металлургия, 1988. 380 с.

11. Беломытцев М.Ю., Козлов Д.А., Еремин А.В. Воздействие внешней среды и температуры на структуру, фазовый состав и механические свойства интерметаллида NiAl и материалов на его основе. Сообщение 1 // Известия вузов. Черная металлургия. 2011. № 7. C. 38− 41.

12. Беломытцев М.Ю., Фунг Туан Ань. Характеристики кратковременной ползучести композиционных материалов системы NiAl–W с сотовой структурой // Известия вузов. Черная металлургия. 2008. № 9. С. 50–53.

13. Штремель М.А., Беломытцев М.Ю., Чернуха Л.Г., Козлов Д.А., Сафонов В.В., Филев И.В., Крейцер К.К., Ераносов Я.В. Жаростойкость композиций металл – интерметаллид на основе NiAl // Известия вузов. Цветная металлургия. 2007. № 6. С. 68–72. https://doi.org/10.3103/S1067821207060235

14. Тимошенко А.В., Ракоч А.Г., Микаэлян А.С. Защита от коррозии. Неметаллические покрытия и жаростойкие материалы. М.: Каравелла, 1997. 336 с.

15. Chen Y., Zhao X., Bai M., Chandio A., Wuc R., Xiaoa P. Effect of platinum addition on oxidation behaviour of gamma / gamma’- nickel aluminide //Acta Materialia. 2015. Vol. 86. P. 319–330. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2014.12.023

16. Kimura Y., Pope D.P. Ductility and toughness in intermetallics // Intermetallics. 1998. Vol. 6. No. 7−8. P. 567−571. https://doi.org/10.1016/s0966-9795(98)00061-2

17. Miracle D.B. The physical and mechanical properties of NiAl // Acta Metalluricaet Materialia. 1993. Vol. 41. No. 3. P. 949−985.

18. Doychak J., Smialek J.L., Mitchell T.E. Transient oxidation on single-crystal β – NiAl // Metallurgical Transactions: A. 1989. Vol. 20. No. 3. P. 499–518. https://doi.org/10.1007/BF02653930

19. Allaverdova N.V., Kuchernko L.A. Resistance to oxidation of NiAl alloys at high temperatures // Journal of Less-Common Metals. 1988. Vol. 138. No. 1. P. 59–62.

20. Juan Chena, Lijun Zhangc, Xiao-Gang Lud. Diffusion behaviors of Rh, Ta, W, Re, Os and Ir in ternary L12-Ni3 Al alloys // Intermetallics. 2018. Vol. 102. P. 11–20. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2018.08.005

21. Wenyue Zhao, Zhimei Sun, Shengkai Gong. Synergistic effect of co-alloying elements on site preferences and elastic properties of Ni3 Al: A first-principles study // Intermetallics. 2015. Vol. 65. P. 75–80. https://doi.org/10.1016/j.intermet.2015.06.006

22. Neumann G., Tuijn C. Self-Diffusion and Impurity Diffusion in Pure Metals: Handbook of Experimental Data. Pergamon, 2011. 360 p.

23. Поварова К.Б., Банных О.А. Принципы создания сплавов на основе интерметаллидов. Ч. I // Материаловедение. 1999. № 2. С. 27−33.

24. Бокштейн Б.С. Диффузия в металлах и сплавах. М.: Металлургия, 1978. 248 с.

25. Bokstein B.S., Bokstein S.Z., Spitsberg I.T. Niself-diffusion in alloyed Ni3Al // Intermetallics. 1996. Vol. 4. No.7. P. 517–523. https://doi.org/10.1016/0966-9795(96)00038-6

26. Frank S., Rüsing J., Herzig Chr. Grain boundary self-diffusion of 63 Ni in pure boron-doped Ni3 Al // Intermetallics. 1996. Vol. 4. No. 8. P. 601−611. https://doi.org/10.1016/0966-9795(96)00058-1


Для цитирования:


Беломытцев М.Ю. Исследование окалиностойкости жаропрочного никелевого сплава со структурой γ′-фазы. Известия высших учебных заведений. Черная Металлургия. 2021;64(1):52-58. https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-1-52-58

For citation:


Belomyttsev M.Yu. Stability to oxidation resistance of heat-resistant nickel alloy with γ′-phase structure. Izvestiya. Ferrous Metallurgy. 2021;64(1):52-58. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/0368-0797-2021-1-52-58

Просмотров: 67


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0368-0797 (Print)
ISSN 2410-2091 (Online)