Модель ученых ЮУрГУ позволит задавать пластичность жаростойких сплавов
Модель, позволяющую планировать получение оптимальной микроструктуры порошковых суперсплавов на основе никеля, используемых в производстве деталей для аэронавтики и космонавтики, разработали по результатам проведенного исследования специалисты Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) совместно с китайскими коллегами, 19 декабря сообщает пресс-служба вуза.
Научный коллектив изучил эволюцию микроструктуры и механизм динамической рекристаллизации (DRX) горячепрессованного (HEXed) сплава FGH4113A. Руководитель исследования, старший научный сотрудник лаборатории высокоэнтропийных материалов ЮУрГУ доктор Маджид Насери пояснил интерес ученых к этому сплаву:
«Сплав FGH4113A (также известный как WZ-A3) был разработан для современных авиационных двигателей. Это жаропрочный сплав четвертого поколения на основе никеля, полученный методом порошковой металлургии, обладающий превосходными свойствами по сравнению с жаропрочными сплавами предыдущего, третьего поколения».
Его микроструктурная стабильность в экстремальных условиях востребована в производстве таких компонентов, как диски турбин, лопасти и камеры сгорания для летательных аппаратов в аэронавтике и космонавтике.
Сплав производится в виде порошка, для изготовления заготовок деталей его подвергают вакуумной плавке, затем консолидируют горячим изостатическим прессованием (HIP) и горячей экструзией под давлением (HEX).
Происходящая при этом высокотемпературная деформация сплава сопровождается взаимосвязанными металлургическими процессами в нем, такими как деформационное упрочнение, динамический возврат (DRV), динамическая рекристаллизация (DRX) и др.
При динамической рекристаллизации происходит измельчение зерен металла, что снижает его сопротивление деформации, возрастает его пластичность. Процессы, происходящие при DRX суперсплавов, уже изучались, но не для сплава FGH4113A.
Этот пробел решили заполнить своим исследованием доктор Маджид Насери с коллегами. Они использовали заготовки из сплава FGH4113A, которые были получены вакуумной плавкой с последующим распылением аргоном и обработаны при 1150 °C под давлением 150 МПа в течение 4 часов (HIP). Далее их подвергли горячей экструзии (HEX) с коэффициентом 4,7 при температуре 1110 °C и скорости 35 мм/с.
Для исследования процессов динамической рекристаллизации, происходящих при горячей деформации сплава FGH4113A, подвергнутого HEX, ученые провели ряд испытаний полученных заготовок на горячее сжатие с использованием термомеханического симулятора Gleeble-3500D для различных температур деформации: 1050 °C, 1080 °C, 1110 °C и 1140 °C со скоростями деформации 1 с⁻¹, 0,1 с⁻¹, 0,01 с⁻¹ и 0,001 с⁻¹.
Исследователями были выявлены два основных механизма DRX: прерывистая динамическая рекристаллизация (DDRX) и стимулированное частицами зародышеобразование (PSN). Была получена тонкая и однородная структура зерен.
Для точного описания процесса рекристаллизации (DRX) во время горячей деформации исследуемого сплава по полученным в ходе экспериментов данным учеными была разработана кинетическая модель, учитывающая параметр энергии активации PSN, которая позволяет планировать оптимальную микроструктуру порошковых суперсплавов на основе никеля.
Результаты исследования модели были представлены в статье «Новая модель кинетики динамической рекристаллизации, основанная на зародышеобразовании, стимулированном частицами, в горячепрессованном сплаве FGH4113A во время горячей деформации» (A novel dynamic recrystallization kinetics model based on particle-stimulated nucleation of the HEXed FGH4113A alloy during hot deformation), опубликованной в журнале Materials Characterization.
