Совершенствование состава и структуры хромоникелевого сплава с целью повышения жаропрочности камер сгорания термокаталитических двигателей тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.09, кандидат наук Румянцева Софья Борисовна

• Румянцева Софья Борисовна
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Румянцева Софья Борисовна

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.2 Жаропрочные сплавы общие сведения

1.2 Сплавы на основе хрома

1.3 Возможности улучшения прочностных характеристик хромоникелевых сплавов

1.4 Возможности удаления кислорода из сплавов на основе хрома

1.5 Использование хромоникелевого сплава в составе ТКД

1.6 Постановка задач исследования

ГЛАВА 2. ВОЗМОЖНОСТЬ ПОВЫШЕНИЯ ЖАРОПРОЧНОСТИ СПЛАВА Х65НВФТ, ЛЕГИРОВАННОГО ДОБАВКАМИ ТУГОПЛАВКИХ МЕТАЛЛОВ

2.1 Оценка жаропрочности хромоникелевого сплава с точки зрения диффузионных процессов

2.2 Оценка жаростойкости существующего сплава

2.3 Расчёт фазового состава

2.4 Выплавка экспериментального сплава

2.5 Выводы по Главе

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КИСЛОРОДА С ЭЛЕМЕНТАМИ-РАСКИСЛИТЕЛЯМИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К СПЛАВУ Х65НВФТ

3.1 Термодинамический расчет раскисления сплава Х65НВФТ

3.2 Выплавка модельных сплавов

3.3 Выводы по Главе

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОСНОВ ПРОИЗВОДСТВА ЗАГОТОВОК ИЗ НОВОГО СПЛАВА

4.1 Производство слитков из сплава Х65НВФТ с дополнительными добавками тугоплавких металлов

4.2 Анализ структуры и свойств полученных слитков

4.3 Изготовление прутков

4.4 Выводы по Главе

ГЛАВА 5. АНАЛИЗ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ ПРУТКОВ

5.1 Рентгенофазовый анализ

5.2 Исследование на РЭМ

5.3 Механические испытания при одноосном растяжении

5.4 Исследование микроструктуры образцов сплавов после испытаний на растяжение

5.5 Оценка ползучести экспериментального сплава

5.6 Выводы по Главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А Результаты расчёта в программе «Thermo-Calc»

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Патент на изобретение

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

ТКД - Термокаталитический двигатель

РФА - Рентгенофазовый анализ

МРСА - Микрорентгеноспектральный анализ

РЭМ - Растровый электронный микроскоп

РЗМ - Редкоземельные металлы

ЭДС - Энергодисперсионный

МГД - Магнитогидродинамический генератор

ОЦК - Оъёмно-центрированная кубическая

ГЦК - Гранецентрированная кубическая

КА - Космический аппарат

КС - Камера сгорания

ТПУ - Топологически плотноупакованная

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование состава и структуры хромоникелевого сплава с целью повышения жаропрочности камер сгорания термокаталитических двигателей»

ВВЕДЕНИЕ

Разработка новых и совершенствование существующих жаропрочных и жаростойких сплавов является одной из актуальных задач металловедения. Так ТКД должны обеспечивать корректировку орбиты космических аппаратов в условиях околоземного космического пространства в течении всего срока эксплуатации - т.е. не менее 7 лет. За это время происходит до 100 000 включений двигателя с высокой точностью длительности импульса, что предъявляет высокие требования к сопротивлению эрозии, поскольку не допускается изменение геометрии критического сечения сопла, диаметр которого не превышает 1 мм. В свою очередь, применяемые для изготовления таких деталей материалы должны иметь хорошие технологические свойства на ряду с высокой жаропрочностью и жаростойкостью.

Возрастающие требования к сроку эксплуатации космических аппаратов вызывают необходимость создания нового поколения двигателей и энергетических двигательных установок. При условии неизменности массы космического аппарата нового поколения, увеличение срока эксплуатации требует значительного снижения расхода топлива в совокупности с увеличением надежности двигательной установки. Это, в свою очередь, ведет к необходимости совершенствования существующих и создания новых сплавов для их использования в качестве деталей ответственного назначения, таких как камеры разложения топлива ТКД. Критическим в данном случае является параметр жаропрочности конструкционных материалов, так как повышение топливной экономичности сопровождается повышением рабочих температур процессов сжигания топлива [1, 2]. Перспективным подходом для решения данной проблемы может быть использование жаропрочных сплавов на основе Сг [3, 4].

Температура плавления Сг составляет ~1875 °С. Конструкционные сплавы на основе Сг относятся к числу жаропрочных и жаростойких материалов; имеют невысокую плотность (~ 7,2 г/см3). Главным недостатком многих сплавов на

основе хрома является низкая пластичность, что существенно ограничивает его применимость в качестве конструкционного материала. Основным способом борьбы с этим недостатком является легирование хрома никелем. Наибольшее распространение получили двухфазные хромоникелевые сплавы, которые в отличие от сплавов на основе чистого хрома обладают удовлетворительной пластичностью и обрабатываемостью резанием, приемлемо деформируются, но огромным недостатком является значительное падение жаропрочности, вплоть до температур 900-1000 °С.

В настоящее время для изготовления камер разложения топлива используется хромоникелевый сплав ВХ4 (Cr-(31,0-35,0)%Ni-(1,0-3,0)%W-(0,05-0,3)Ть(0,1-0,4)%У). Сплав обладает удовлетворительной жаропрочностью при температурах 800 - 900 °С и жаростойкостью вплоть до температуры 1200 °С, не взаимодействует с продуктами сгорания топлива. Такого рода «композитный» сплав представляет значительный интерес в качестве основы для создания конструкционных материалов [3]. Однако, данный материал обладает низкой технологичностью, в частности, низкой пластичностью при комнатной температуре, что связано с высоким уровнем кислорода и присутствием большого количества эвтектической фазы.

В работе [5] показано, что при ограничении содержания никеля до 31-33 % мас., образуется минимальное количество эвтектики, что вместе с применением технологии выплавки, обеспечивающей содержание кислорода в слитках не выше ~ 0,05 % мас., позволило получить значение относительного удлинения 24 % при комнатной температуре. Уточненный состав и метод выплавки сплава защищены патентом РФ 2557438. Сплав получил название Х65НВФТ. Однако при температуре испытаний 1100 °С сплав имеет высокую пластичность, что ограничивает его использование в качестве конструкционного материала [6].

Затем была предпринята попытка повысить жаропрочность сплава Х65НВФТ за счёт дополнительного легирования тугоплавкими металлами, которые были выбраны на основании расчетов из первых принципов и теории функционала плотности [7]. В сплав дополнительно были введены тантал,

ниобий, гафний и цирконий. Полученный сплав защищен патентом РФ 2620405. При испытаниях сплава было установлено, что введение малых добавок тугоплавких металлов приводит к снижению относительного удлинения при температуре испытаний 1100 °С с 137 до 20 %. Однако при его изучении было выявлено, что такие элементы как гафний и цирконий отсутствовали в составе сплава [8], что может быть связано с тем, что, прореагировав с примесными элементами, они были удалены из сплава вместе со шлаком. Таким образом, гафний и цирконий не внесли свой вклад в упрочнение. В ходе определения химического анализа, было установлено, что количество кислорода в сплаве по-прежнему велико и составляет порядка 0,030 - 0,045 % мас. В работах [9-13] показано, что в сплавах на основе хрома возможно снизить количество кислорода до уровня менее 0,01 % мас. Следовательно, актуальной становится задача поиска путей эффективного удаления кислорода из сплава Х65НВФТ.

В данной работе была рассмотрена возможность повышения жаропрочности сплава Х65НВФТ за счёт повышения металлургического качества сплава, поскольку рациональное раскисление должно способствовать лучшему усвоению таких близких по сродству к кислороду элементов как гафний и цирконий. Как следствие, эти элементы будут растворяться в матрице, и способствовать упрочнению сплава.

Исходя из вышесказанного, цель данной работы - увеличение срока эксплуатации камер сгорания путем повышения жаропрочности хромоникелевого сплава вследствие совершенствования химического состава.

Для решения цели были поставлены следующие задачи:

1. В соответствии с результатами термодинамических расчетов и анализа литературных данных дать рекомендации по выбору легирующих элементов с целью повышения жаропрочности хромоникелевого сплава.

2. На основе термодинамических расчетов оценить остаточное содержание кислорода в хромоникелевом сплаве при различных вариантах раскисления и разработать рекомендации по дополнительному легированию тугоплавкими металлами.

3. Исследовать структуру и фазовый состав экспериментального хромоникелевого сплава с добавками тугоплавких металлов.

4. Исследовать механические свойства хромоникелевого сплава при разных температурах, включая испытание на ползучесть.

Научная новизна

1. На основании термодинамического анализа был предложен вариант рационального раскисления, включающий в себя двойной переплав металла, а также, подбор оптимального содержания гафния, циркония и магния, позволивший впервые достигнуть снижения содержания кислорода в новом хромоникелевом сплаве с 400-500 до 42-48 ррт.

2. Установлено, что повышение жаропрочности хромоникелевого сплава обусловлено взаимным влиянием концентраций хрома и никеля на снижение скорости диффузии атомов хрома и никеля в твердом растворе, и твердорастворным упрочнением добавками Та, ЫЪ, Щ 7г.

Практическая значимость

1. Разработан и опробован двухстадийный вариант выплавки хромоникелевого сплава, включающий выплавку в среде аргона с введением магниевой лигатуры и последующий вакуумный переплав (остаточное давление не выше 5-10-3 мм.рт.ст.) с повторным введением магниевой лигатуры, что позволяет существенно снизить уровень кислорода с 400-550 ррт (штатная технология) до 40-50 ррт.

2. Введение в сплав добавок тугоплавких металлов 0,15Та-0,15МЬ-0,06Н1-0,067г повышает предел прочности с 87 до 150 МПа по сравнению с базовым сплавом при температуре 1100 °С и снижает скорость ползучести при температуре 800 °С на 30%.

Положения, выносимые на защиту

1. Разработан химический состав хромоникелевого сплава, включающий добавки тугоплавких металлов: тантала, ниобия, гафния и циркония.

2. Механизм повышения жаропрочности за счёт твердорастворного упрочнения фазы на основе никеля.

3. Результаты испытаний нового сплава по оценке механических свойств.

Апробация результатов работы

Результаты работы были представлены на следующих конференциях:

1. Доклад «Изучение влияния малолегирующих добавок тугоплавких металлов на микроструктуру и механические свойства хромоникелевого сплава» на VI Международной конференции с элементами научной школы для молодежи Функциональные наноматериалы и высокочистые вещества ФНМ 2016, (г. Суздаль, 3-7 октября 2016 г.).

2. Доклад «Влияния «малолегирующих» добавок тугоплавких металлов на длительную прочность и ползучесть хромоникелевого сплава при температурах до 1000 °С» на 16-й конференции молодых ученых и специалистов «Новые материалы и технологии» (КМУС-2017), (г. Санкт-Петербург, 20-21 июня 2017 г.).

3. Доклад «Исследование влияния малолегирующих добавок тугоплавких металлов на микроструктуру и механические свойства хромоникелевого сплава при различных температурах» на 3-м Междисциплинарном молодёжном научном форуме с международным участием «Новые материалы» НМ 2017, (г. Москва, 21-24 ноября 2017 г.).

4. Доклад «Разработка жаропрочных сплавов на основе хрома для перспективных двигателей космической техники» на научно-практической конференции «Перспективы развития российской космонавтики» (г. Москва, 12 апреля 2018 г.).

5. Доклад «Влияние малых добавок тугоплавких элементов на структуру двухфазного Сг-М-сплава при растяжении» на 1Х-ой Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур - ПРОСТ 2018», (г. Москва, 24-26 апреля 2018 г.).

6. Доклад «Влияние снижения уровня кислорода в хромоникелевом сплаве, дополнительно легированном тугоплавкими металлами, на механические

свойства и микроструктуру» на XVII Российской ежегодной конференции молодых научных сотрудников и аспирантов «Физико-химия и технология неорганических материалов» (г. Москва, 10-13 ноября 2020 г.).

7. Доклад «Обобщение методов упрочнения жаропрочного сплава на основе хрома» на VI Междисциплинарном научном форуме с международным участием «Новые материалы и перспективные технологии» (г. Москва, 23-26 ноября 2020 г.).

Достоверность полученных в работе результатов обеспечена большим массивом проведенных исследований с использованием современного оборудования атомно-эмиссионной спектрометрии, электронной микроскопии и экстракции в несущем газе, литературных данных, а также апробацией результатов работы.

Личный вклад автора состоит в выполнении всех этапов диссертационного исследования: в составлении плана научных исследований; анализе научно-технической литературы; расчете оптимального раскисления хромоникелевого сплава; сопровождении экспериментальных плавок; расчете состава твердых растворов; проведении металлографического анализа; анализе данных, полученных в ходе механических испытаний сплава; подготовке научных докладов и статей.

Публикации. По теме данной работы опубликовано 10 научных работ, общим объемом 3,5 п.л., в том числе 3 статьи опубликованы в изданиях, индексируемых базами данных Scopus, 1 патент на изобретение, 5 докладов в сборниках трудов конференций.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка использованной литературы из 129 наименований. Работа изложена на 119 страницах машинописного текста, содержит 51 рисунок и 30 таблиц.

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.2 Жаропрочные сплавы общие сведения

На сегодняшний день продолжают расти требования, предъявляемые к конструкционным материалам, работающим при повышенных температурах и агрессивных средах. [6, 14, 15]. Эксплуатация тяжелонагруженных деталей машин, газовых турбин, реактивных двигателей, атомных реакторов и др. невозможна без применения жаропрочных материалов [16].

В соответствии с современной теорией одним из главных факторов определяющих жаропрочность сплавов следует считать природу металла, взятого за основу, а именно прочность его межатомной связи. В металлах сила межатомной связи по современным представлениям [17], определяется распределением электронов между атомами в кристаллической решетке. Силу межатомных связей можно косвенно определить по таким физическим характеристикам, как температура плавления, модуль упругости, коэффициент линейного расширения.

На Рисунке 1.1 представлена общая закономерность изменения температуры плавления и модуля упругости переходных металлов в зависимости от положения их в Периодической системе. Графики отражают связь физических свойств и положения металлов в Периодической таблице, то есть связь с атомным строением. Видно, что самые высокие межатомные силы характерны для элементов VIA, VIIA и VIIIA групп. Поэтому неслучайно железо и никель -традиционная основа всех существующих жаропрочных сплавов. А такие элементы, как хром, молибден, ниобий и вольфрам вызывают интерес исследователей. [18].

Рисунок 1.1 - Закономерность изменения температуры плавления и модуля упругости переходных металлов в зависимости от положения их в Периодической

системе

При температурах свыше 0,6Тпл металлы являются равнопрочными [17], что подтверждается работами [19, 20], в которых говорится о том, что при температурах выше 0,6 - 0,8 Тпл прочность материала прямо пропорционально зависит только от его температуры плавления и может быть связана с силами его межатомной связи. Это объясняется тем, что при высоких температурах пластическая деформация, приводящая к разрушению металла, осуществляется преимущественно переползанием дислокаций - процессом, контролируемым константами самодиффузии [19, 20].

Пластическая деформация в этом интервале температур обусловлена перемещением дислокаций в плоскости сдвига под действием напряжения, достигшего критического значения. Величина критического напряжения сдвига зависит в изотропной среде (т.е. в совершенной по строению кристаллической решетке) от вектора Бюргерса, модуля сдвига и длины источника дислокации — величин, мало термически активируемых. Перемещение дислокаций в реальных

металлах затрудняется рядом других несовершенств решетки, например, скоплением примесных атомов, частицами вторых фаз, другими дислокациями, вакансиями, границами зерен и т. п. Все это приводит к возрастанию критического напряжения сдвига [21].

В связи с этим в экспериментах отчетливо выявляется влияние количества примесей в чистых металлах на прочность в интервале средних температур (0,3 -0,6 Тпл). В этой области температур легирование, наклеп, термическая обработка, в значительной мере изменяя микроструктуру и тонкую структуру металла, могут существенно повысить сопротивление металла пластической деформации и разрушению. Поэтому неслучайно рабочие температуры для жаропрочных сплавов, как правило, лежат в области средних температур 0,3 - 0,7 от температуры плавления металла - основы сплава [22].

Жаропрочные сплавы на основе железа и никеля обеспечивают работу при температурах 500 - 1000 °С [23]. Для обеспечения более высоких рабочих температур теоретически обосновано применение в качестве основы жаропрочных сплавов более тугоплавких металлов. Для работы при температурах 1000 - 2000 °С наиболее перспективными из тугоплавких металлов являются хром, молибден и ниобий (вольфрам - слишком тяжел, хрупок и труден в технологическом отношении, тантал - редкий и дорогой металл). [17, 19, 20].

В Таблице 1 приведены некоторые физические свойства данных металлов, являющихся основой жаропрочных сплавов [24].

Таблица 1 - Некоторые физические свойства металлов [24]

Характеристика Fe М & № Mo W

Температура плавления, °С 1589 1455 1903 2468 2625 3410

Температура кипения, °С 2740 2730 2469 3300 4800 5930

Модуль упругости х106, кгс/см2 2,16 2,1 2,9 1,6 3,3 4,15

Продолжение Таблицы 1

Коэффициент линейного расширения при комнатной температуре х106, 1/ °С 11,7 12,8 6,2 7,1 5,0 4,45

Плотность, г/см 7,87 8,9 7,2 8,57 10,2 19,3

Из перечисленных выше жаропрочных металлов наиболее жаростойким является хром, поскольку при контакте с окислителем на его поверхности образуются плотные, высокоадгезивные оксидные пленки [25-30]. Данная особенность выделяет этот элемент на фоне остальных тугоплавких металлов, так как он обладает жаропрочностью и жаростойкостью одновременно. Более того, в отличие от сплавов на основе никеля, хромистые сплавы устойчивы против газовой коррозии в продуктах сгорания высокосернистого топлива [31, 32].

С другой стороны, такие элементы как вольфрам и молибден начинают интенсивно окисляться при температуре 600 - 700 °С. Оба элемента образуют летучие оксиды, не препятствующие контакту газовой среды с поверхностью детали [18].

Скорость окисления Ta и МЬ на порядок ниже, чем у вольфрама (приблизительно в 3 раза), однако и они уступают никелевым жаропрочным сплавам. Но стоит отметить, что все перечисленные элементы уступают по жаростойкости хромистым сплавам [26].

Скорость окисления различных материалов приведена ниже: [16, 32, 33]:

- тугоплавкие металлы (кроме Сг) в интервале 700 - 800 °С -10\..103 (г/м2хч);

- Fe, М, Со: в интервале температур 500 - 600 °С -

3 1 2

10-...10- (г/м хч) и резко возрастает при повышении температуры до 700 - 800 °С - 1.10 (г/м2хч);

- Сг в интервале 400 - 600 °С - менее 10-6 (г/м2хч), а в интервале 700 - 800 °С - 10-4. 10-3 (г/м2хч).

Также немаловажным фактором является то, что из ряда тугоплавких металлов именно хром имеет наименьшую плотность, что является существенным преимуществом для деталей космических аппаратов.

В соответствии с вышесказанным, единственным тугоплавким металлом, обладающим жаростойкостью и низкой плотностью, является хром. Высокая жаростойкость хрома также важна при использовании его в качестве материала камер сгорания малых космических аппаратов, поскольку из-за малого критического сечения (до 1 мм), нанесение жаростойкого покрытия на внутреннюю поверхность камеры сгорания невозможно.

1.2 Сплавы на основе хрома

Как уже было сказано в предыдущей главе - сплавы на основе хрома обладают комплексом свойств, которыми должны обладать конструкционные материалы, работающие при высоких температурах и в агрессивных средах. Также к достоинствам можно отнести низкий коэффициент линейного расширения (9,6 х 10-6 1/°С в интервале 20 - 1000 °С [16, 25]), высокий модуль упругости (2,86 ГПа), теплопроводность (~ 94 Вт/мхК).

Активное изучение термодинамики, физико-химии и технологий производства сплавов на основе хрома ведется с 50-х годах ХХ века как в СССР/России так и за рубежом [1, 2, 6, 35 - 41]. Главной целью ученых является повышение рабочих температур конструкционных материалов до 1300 - 1800 °С [42, 43].

Основой всех сплавов на основе хрома является твердый раствор легирующих элементов в Сг с объемноцентрированной кубической решеткой (а) [44].

По способу получения различают деформируемые, литейные и спеченные сплавы на основе хрома. К деформируемым относят нелегированный Сг (может содержать до 1% по массе У), низколегированные ( с содержанием до 1,5% таких элементов как Л, V и У) и высоколегированные (до 40% М, 1,5-2% W, Т и V)

сплавы хрома. Литейные сплавы содержат 10-15% Мо, 3% W, 2-10% ЫЪ или Та, до 0,1% В и др.; спеченные - до 3-6% MgO или А12О3, 0,5% Т и др. [44, 45].

Деформируемые и литейные сплавы на основе хрома выплавляют в вакууме или среде инертного газа с использованием индукционного и электродугового нагрева. В качестве футеровки используется материалы на основе электрокорунда (А12О3), реже оксиды бериллия и иттрия. Спеченные сплавы на основе хрома изготавливают с использованием порошковой металлургии. Деформированные полуфабрикаты и готовые изделия получают методами горячей деформации и прецизионного литья. В качестве термообработки применяются высоко- или низкотемпературный отжиг. [15].

Сплавы на основе хрома находят применение при изготовлении конструкций и деталей, длительно работающих при температурах 1000-1300 °С или кратковременно при 1500-1600 °С в условиях агрессивной окружающей среды (детали двигателей, энергетических установок и нагревательных печей); спеченные сплавы применяют для изготовления деталей МГД-генераторов, жаростойких поддонов и другого термического оборудования [46, 47].

К вредным примесям, образующие твердые растворы внедрения относят углерод, азот и кислород. Их содержание в сплавах регламентировано и, как правило, не превышает 0,02-0,04% по массе, так как они значительно ухудшают технологические свойства, а также повышают температуру хрупко-вязкого перехода [44]. Так для наиболее пластичных сплавов хрома составляет 130-350 °С; при загрязнении О2 (и особенно N2) она повышается до 500-550 °С [48].

Одним из способов повышения пластичности хромистых сплавов является легирование никелем (сплавы типа ВХ4) [49-51] и перевод структуры в двухфазное состояние, когда наряду с а-твердым раствором на основе хрома образуется твердый раствор на основе никеля с гранецентрированной кубической решеткой (пластичная у-фаза). Влияние содержания никеля на кратковременные механические свойства Сг-М сплавов при комнатной температуре иллюстрирует Таблица 2 [49]. Сплав на двухфазной диаграмме состояния приведен на Рисунке 1.2.

Таблица 2 - Кратковременные прочность и пластичность некоторых Сг-М сплавов при комнатной температуре.

N (ат. %) Предел прочности (МПа) Удлинение(%)

65 480 62

50 540-680 7-24

40 800-1000 1-2

1700 /500 1300 1100 900 700 500

с г. (по массе) О 10 го 30 ио 50 ВО 70 80 90 100

I I Т" г п— "1- ] 18<

1**55\ ж 1 Г

О (Сг)

/ *

(N1) / \

/ г 1

Аа* с г \Х 5900

N 3

О 10 70 УО ио 50 60 70 80 90 ЮО А/1 Сг, •/• (от ) С Г

Рисунок 1.2 - Диаграмма состояния Сг-М [52]

Однако, следует отметить, что присадка никеля в хром сопровождается , в соответствии с диаграммой состояния, снижением температуры плавления. Это резко снижает уровень рабочих температур сплавов на основе хрома и приближает их по этой характеристике к жаропрочным никелевым сплавам [53]. Таким образом, при легировании хрома никелем выигрыш в пластичности и технологичности хромовых сплавов происходит за счет потери преимущества по тугоплавкости.

Среди достаточно обширной номенклатуры сплавов на основе хрома особое место занимает сплав системы Сг-(31-35)М-(1-3^-(0,1-0,4)У-(0,05-0,3уЛ, мас. % (ВХ4Ш, Х65НВФТ) [54], используемый для изготовления камер сгорания двигателей малых космических аппаратов и диффузоров форсажной камеры авиационных двигателей [34]. Сплавы данного типа обладают высокой стойкостью к циклическим режимам термического напряжения в интервале температур от комнатной до 1200 °С.

Данная химическая композиция представляет собой примерно равное количество двух фаз: никелевой у-фазой с ГЦК решеткой (пластичной составляющей) и жаропрочной, жаростойкой, но хрупкой хромистой а-фазы с ОЦК решеткой, что положительно влияет на свойства получаемого сплава: он обладает достаточной для обрабатываемости пластичностью при сохранении высокой жаростойкости [55].

Следует отметить, что, в отличие от никелевых сплавов, жаропрочность которых обеспечивается стабильной гетерофазной структурой, подобная структура сплава делает его привлекательным для исследования фундаментальной проблемы влияния легирующих элементов на эксплуатационные характеристики сплава через формирование высокотемпературных свойств обеих а- и у-фаз [56].

1.3 Возможности улучшения прочностных характеристик хромоникелевых сплавов

Элементы замещения, входящие в твердый раствор, могут увеличивать высокотемпературную прочность. Самые высокие скорости удельного упрочнения твердого раствора на основе хрома достигаются при легировании танталом, ниобием и ванадием. Тантал и, вероятно, ниобий теряют свое упрочняющее влияние при легировании малыми добавками вследствие ограниченной растворимости в хроме, равной для обоих элементов 0,5 - 1,0 % (ат.) в исследуемой температурной области. Ванадий тоже становится менее эффективным при легировании в количестве выше 1 % (ат.), хотя он полностью

растворен в хроме. Из элементов 6й группы вольфрам является более сильным упрочнителем, чем молибден, и оба эти элемента более эффективны, чем рений. Эти элементы имеют большую растворимость в хроме, чем тантал и ниобий, но сплавы, содержащие эти элементы в количестве 4 % (ат.) и выше, трудно обрабатываются. Цирконий оказался разупрочнителем [57].

Относительные скорости упрочнения растворенных элементов V, Via, Vila групп находятся в качественном соответствии с хорошо известными принципами упрочнения твердого раствора, которые связывают эффективность упрочнения с разницей в атомных размерах и модулях упругости [58].

Наиболее сильные упрочнители в этих двух группах - тантал и ниобий имеют самую большую разницу в атомных размерах и модулях упругости по сравнению с хромом. Для корреляции упрочняющих эффектов легирующих элементов из различных групп Периодической системы необходим дополнительный неизвестный фактор, связанный, вероятно, с положением легирующего элемента в Периодической системе.

К сожалению, большинство растворенных элементов, упрочняющих твердый раствор, охрупчивают сплав при низких температурах. Исключение составляют железо, кобальт, рений и рутений, которые при легировании большими количествами способствуют повышению пластичности благодаря «рениевому эффекту» [59].

Молибден оказывает незначительное влияние на температуру вязкого перехода хрома, однако, по некоторым данным [60], он охрупчивал хром почти так же, как и вольфрам. Таким образом, элементы замещения могут существенно упрочнять хром, но такое упрочнение достигается лишь ценой значительного увеличения температуры вязко-хрупкого перехода [60].

Среди дисперсионно-упрочняющих, наименьшим упрочняющим эффектом обладает карбид ZrC, а самым высоким - карбиды NbC и TaC. Эта разница связана с низкой растворимостью циркония в хроме, которая мешает измельчению карбидов путем растворения и способствует сохранению крупных карбидов, которые упрочняют в меньшей степени [61].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Румянцева Софья Борисовна, 2021 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Аулт Г.М. Требования к высокотемпературным материалам для космических кораблей / Пер. с англ. А.С. Соболева и Ф.С. Новика // Жаропрочные материалы. 1969. С. 41-65.

2. Тугоплавкие сплавы в изделиях авиационной и космической техники / Воронин Г.М. [и др.] // Авиационные материалы на рубеже XX-XXI ВЕКОВ. М. 1994. С. 264-273.

3. Бутрим В.Н. Технологические решения в металлургическом производстве полуфабрикатов из двухфазного хромоникелевого сплава // Проблемы черной металлургии и материаловедения. 2017. Вып. 2. С. 1-15.

4. Гарынин И.В., Бурханов Г.С., Фармаковский Б.В. Перспективы разработок конструкционных материалов на основе тугоплавких металлов и соединений // Вопросы материаловедения. 2012. № 2 (70). С. 5-15.

5. Бутрим В.Н. Технологические аспекты повышения свойств и качества полуфабрикатов из сплавов на основе хрома для изделий космической техники // Технология легких сплавов. М: ВИЛС. 2015. № 2. С. 95-104.

6. Захаров А.М. Сплавы хрома // Химическая энциклопедия в пяти томах. М.: Большая Российская энциклопедия. 1998. Том 5. 313 с.

7. Effect of alloying elements and impurity (N) on bulk and grain boundary cohesion in Cr-base alloys / V.N. Butrim [et al.] // Advanced Materials Research. 2015. Vol. 1119. pp 569-574.

8. Improvement of chemical composition, structure and mechanical properties of heat-resistant chromium-nickel alloy / S. Varlamova [et al.] // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2018, Vol. 347, pp 012007.

9. Brady M.P., Sachenko P. Effects of Fe on the oxidation/internal nitridation behavior and tensile properties of Cr and oxide dispersion ductilized Cr // Scripta Materialia. 2005. Vol. 52. pp 809-814.

10. Кубашевский О. Окисление металлов и сплавов // Пер. с англ. В.А. Алексеева. М.: Металлургия. 2-е изд. 1965. 428 с.

11. Тумарев А.С., Панюшин Л.В., Гуц А.В. Механизм окисления сплавов никеля с хромом // Изв. вузов. Черная металлургия. 1963. №3. С. 26-33.

12. Amano T., Momose O. High temperature oxidation of Ni-Cr alloys // High Temperature Corrosion of Advanced Materials and Protective Coatings. Amsterdam, Netherlands: Elsevier Science. 1992. pp. 111-114.

13. Газонасыщение сплавов хрома при плавке и разработка способов его уменьшения / А.Н. Ракицкий [и др.] // Конструкционные сплавы хрома. Металлургия: Сб. науч. тр. / Редкол.: В.И. Трефилов (отв. ред.). Киев, Наукова думка. 1988. С. 107-116.

14. Панасюк И.О. Хром и его сплавы: обзор зарубежной и некоторой отечественной литературы за 1950-1960 гг. М.: ОНТИ. 1961. 40 c.

15. Химушин Ф.Ф. Жаропрочные стали и сплавы. М. Металлургия. 1969. 750 с.

16. Плющева В.Е. Справочник по редким металлам. М.: Мир. 1965. 922 с.

17. Моргунова Н.Н., Клыпин Б.А., Бояршинов В.А. Сплавы молибдена М.: Металлургия. 1975. С. 392.

18. Sims C. Т., Stoloff N. S. and Hagel W. C. Superalloys II. Wiley, NY, USA. 1987. 615 р.

19. Грузин П.Л., Курдюмов Г.В., Тютюник А.Д. Исследование по жаропрочным сплавам. М.: АН СССР. 1957. Том 2. 364 с.

20. Васильева Е.В., Прокошкин Д.А. // Металловедение и термическая обработка металлов. 1967. Вып. 8. С. 2-7.

21. Малыгин Г.А. Структурные факторы, влияющие на устойчивость пластической деформации при растяжении металлов с ОЦК решеткой // Физика твердого тела. 2005. Том. 47. Вып. 5. С. 870-875.

22. История авиационного материаловедения. ВИАМ - 75 лет поиска, творчества, открытий / под общ. ред. Е.Н. Каблова. М.: Наука. 2007. 544 с.

23. С.Т. Кишкин Создание, исследование и применение жаропрочных сплавов: Избр. тр. (К 100-летию со дня рождения). М.: Наука. 2006. 407 с.

24. Справочник. Материалы в машиностроении. Выбор и применение / Под общ. ред. И.В. Кудрявцева. М.: Машиностроение. 1968. Том 3. 446 с.

25. Масленков С.Б. Жаропрочные стали и сплавы. Справочник. М.: Металлургия. 1988. 191 с.

26. Масленков С.Б. Легирование и термическая обработка жаропрочных сталей и сплавов. // Металловедение и термическая обработка. Справочник. М.: Металлургия. 1983. Вып. 2. С. 329-340.

27. Effect of Cr and Re on the oxidation resistance of Ni3Al-base single crystal alloy IC21 at 1100 °C / Xu X.J. [et al.] // Materials Science Forum. 2013. Vol. 747-748. pp. 582-587.

28. Eliaz N., Shemesh G., Latanision R.M. Hot corrosion in gas turbine components // Eng. Failure Anal. 2002. Vol. 9. pp. 31-43.

29. Okazaki M. High-temperature strength of Ni-base superalloy coatings // Sci. Technol. Adv. Mater. 2001. Vol. 2. pp. 357-366.

30. Influence of chromium and molybdenum on the corrosion of nickel-based alloys / Hayes J.R. [et al.] // Corros. Sci. 2006. Vol. 62. pp. 491-500.

31. А.М. Адаскин, В.Н. Бутрим, И.Ю. Сапронов Фазовые превращения, структура и свойства сплава Х65НВФТ на основе хрома // Металлофизика и новыйшие технологии. Киев. 2013. T. 35. Вып. 11. С. 1475-1486.

32. Арзамасов Б.Н. Конструкционные материалы. Справочник. М.: Машиностроение. 1990. 688 с.

33. Каблов Д.Е., Чабина Е.Б., Сидоров В.В. Исследование влияния азота на структуру и свойства монокристаллов из литейного жаропрочного сплава ЖС30-ВИ // МиТОМ. 2013. Вып. 8. С. 2-3.

34. Пономарев Ю.Н., Карсанов Г.В. Механические свойства листов из сплава ВХ4А // Жаропрочные и тугоплавкие сплавы. 1977. Вып. 3. С. 196-201.

35. Исследование структурного состояния и механических свойств двухфазного хромоникелевого сплава / Карсанов Г.В. [и др.] // Физика и химия обработки материалов. M. 1971. С. 67-74.

36. Карсанов Г.В., Панасюк И.О., Ракицкий А.Н. Высокопластичный сплав на основе хрома // Жаропрочные и тугоплавкие материалы. 1977. Вып. 3. С. 173-181.

37. Особенности технологии получения гранул штампового сплава на основе хрома / Некрасов Б.Р. [и др.] // Труды ВИАМ. 2017. № 11(59). С. 21-28.

38. Салли А., Брендз Э. Хром. М.: Металлургия. 1971. 360 с.

39. Клопп У.Д., Симс Ч.Т., Столофф Н.С. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок / пер. с англ. под ред. Р.Е. Шалина. 1е изд. М.: Металлургия. 1995. С. 166-186.

40. Brady M.P., Zhu J.H., Liu C.T. Intermetallic Reinforced Cr Alloys for High-temperature use // Materials at high temperatures. 1999. № 16. рр. 189-193.

41. Белянчиков Л.Н. Металловедческие и физико-химические аспекты металлургии жаропрочных сплавов хрома. Часть 2. Оценка термодинамики металлургических процессов в расплавах на основе хрома // Известия Высших учебных заведений. Черная металлургия. 2014. Вып. 57. С. 23-31.

42. Effects of Fe on the Mechanical Properties and oxidation Resistance of Cr2Ta Laves phase Reinforced Cr / Brady M.P. [et. al.] // Scripta Materialia. 2005. №. 52. рр. 815-819.

43. Леонович Б.И., Гусинская К.С. Термодинамический анализ системы хром-никель-азот // Вестник ЮУрГУ. 2010. Вып. 13. С. 14-18.

44. Симс Ч., Хагель В. Жаропрочные сплавы. М.: Металлургия. 1976. 568 с.

45. Бокштейн С.З. Строение и свойства металлических сплавов. М.: Металлургия. 1971.496 с.

46. Материалы в машиностроении. Справочник в 5 томах. Том 3. Специальные стали и сплавы / под ред. Ф.Ф. Химушина. М.: Машиностроение. 1968. 448 с.

47. Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Структура и механические свойства металлов. М.: Металлургия. 1979. 496 с.

48. Kittel C. Introduction to Solid State Physics. New-York: Wiley. 1996. 689 р.

49. Перепелкин А.В., Саржан Г.Ф., Фирстов С.А. Исследование особенностей механизма деформации и разрушения двухфазного хромоникелевого сплава ВХ-4 // Физика металлов и металловедение. 1979. Вып. 48. №. 3. С. 588-593.

50. Хазанова Изменение структуры и механических свойств двухфазного сплава ВХ4 в процессе пластической деформации / Карсанов Г.В. [и др.] // Физика и химия обработки материалов. 1975. № 6. С. 77-82.

51. Г.В. Карсанов, Т.П. Хазанова, В.Г. Юшко, К.С. Туманская, Ю.Н. Понаморев, В.П. Селезнев Способ термомеханической обработки конструкционных хромовых сплавов // А.С. 312891, C22F 1/18, заявл. 17.06.1968, № 1249075/22-1, опубл. 31.08.1971, бюл. № 26.

52. Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник: В 3 т.: Т. 2 / Под общ. ред. Н.П. Лякишева. М.: Машиностроение. 1997. 1024 с.

53. Хансен М., Андерко К. Структуры двойных сплавов. Том I. М.: Металлургия. 1962. 608 с.

54. Сплавы хромовые и высокохромистые. Марки. Технические условия ТУ 1809-321-87. М.: ВИЛС. 1987. 4 с.

55. Савицкий Е.М., Бурханов Г.С. Металловедение тугоплавких материалов и сплавов. Москва: Наука. 1967. 323 с.

56. Reed R.C. The Superalloys: Fundamentals and Applications. New-York: Cambridge University press. 2006. 372 р.

57. Ракицкий А.Н., Трефилов В.И. Успехи в разработке конструкционных сплавов на основе хрома. Возможности и ограничения. Физико-химические основы создания пластичных сплавов хрома с заданными свойствами // Киев «Наукова думка». 1986. С. 5-32.

58. Трефилов В.И., Мильман Ю.В., Фирстов С.А. Физические основы прочности тугоплавких металлов // Наук. Думка. 1975. 315 с.

59. Ракицкий А.Н., Рудой А.П. Влияние РЗМ на температуру хрупкого перехода хром // Металлофизика. Киев: Наукова думка. 1971. Вып. 36. С. 59-62.

60. Ракицкий А.Н., Трефилов В.И. Об оптимальном легировании хрома высокоактивными элементами // Порошковая металлургия. 1977. Вып. 9. С. 62-72.

61. Ракицкий А.Н., Трефилов В.И. Влияние редкоземельных металлов на структуру и свойства литого хрома // Изв. АН СССР Металлы. 1974. Вып. 2. С. 153-158.

62. Ракицкий А.Н., Трефилов В.И. Влияние карбидообразующих элементов на свойства хрома и его сплавов с РЗМ // Металлофизика. Киев: Наукова думка. 1974. Вып. 50. С. 31-36.

63. Савицкий Е.М., Тылкина М.А., Поварова К.Б. Сплавы рения. М.: Наука. 1965. 336 с.

64. Лондонская биржа металлов [электронный ресурс // lme.ru] (дата обращения 30.06.2020).

65. Патент RU 2557438. Жаропрочный сплав на основе хрома и способ выплавки сплава на основе хрома / В.Н. Бутрим, А.М. Адаскин [и др. - заявлено 04.07.2014. - Опубл. 20.07.2015. - Бюл. №20].

66. Yamaguchi M., Shiga M., Kaburaki H. Grain Boundary Decohesion by Impurity Segregation in a Nickel-Sulfur System // Science. 2005. Vol. 307. рр. 393-397.

67. Wang L.G., Wang C.Y. Effect of boron and Sulphur on the electronic structure of grain boundaries in Ni // Computational Materials Science. 1998. Vol. 11 (4). рр. 261269.

68. Rice J.R., Wang J.S. Embrittlement of Interfaces by Solute Segregation // Materials Science and Engineering: A. 1989. Vol. 107. рр. 23-40.

69. Суперсплавы II. Жаропрочные материалы для аэрокосмических и промышленных энергоустановок / под ред. Симса Ч.Т., Столоффа Н.С., Хагеля У.К., пер. с англ., книга 1, / Под ред. Шалина Р.Е. М.: Металлургия. 1995. 384 с.

70. Жаропрочности литейных никелевых сплавов и защита их от окисления / Патон Б.Е. [и др.] // Киев: Наукова думка. 1987. 258 с.

71. Петрушин Н.В., Логунов А.В., Горин В.А. Структурная стабильность никелевых жаропрочных сплавов при высоких температурах // Металловедение и термическая обработка металлов. 1984. № 5. С. 36-39.

72. Каблов Е.Н. Литейные жаропрочные сплавы. Эффект С.Т. Кишкина. Научно-техн. сб. М.: Наука. 2006. 272 с.

73. Кишкин С.Т., Строганов Г.Б., Логунов А.В. Литейные жаропрочные материалы на никелевой основе. М.: Машиностроение. 1987. 112 с.

74. Каблов Е.Н., Петрушин Н.В., Светлов И.Л. Литейные жаропрочные никелевые сплавы для перспективных авиационных ГТД // Технология легких сплавов. 2007. № 2. С. 17-23.

75. Каблов Е.Н. Литые лопатки газотурбинных двигателей. М.: МИСиС. 2001. 632 с.

76. Теоретический анализ системы легирования и разработка новых жаропрочных никелевых сплавов / А.В. Логунов [и др.] // Доклады Академии наук. 2008. Том. 421. №5. С. 621-624.

77. Effect of a number transition metals on the cohesion properties of Cr-base alloys / Butrim V. [et. al.] // Materials Science Forum. 2016. Vol. 879. pp. 1998-2002.

78. Береснев А.Г., Разумовский В.И., Лозовой А.Ю. Развитие теории легирования для создания нового поколения жаропрочных никелевых сплавов, получаемых методами порошковой металлургии // Теория легких сплавов. 2012. Вып. 2. С. 52-61.

79. Rice J.R., Wang J.S. Embrittlement of Interfaces by Solute Segregation // Materials Science and Engineering: A. 1989. Vol. 107. pp. 23-40.

80. Kresse G., Furthmuller J. Efficient iterative schemes for ab initiototal-energy calculations using a plane-wave basis set // Physical Review B: Condensed Matter and Materials Physics. 1996. Vol. 54. №16. pp. 11169-11186.

81. Kresse G., Furthmuller J. Efficiency of ab-initio totalenergy calculations for metals and semiconductors using aplane-wave basis set // Computational Materials Science. 1996. Vol. 6. №1. pp. 15-50.

82. Горелик С. С., Добаткин С. В., Капуткина Л.М. Рекристаллизация металлов и сплавов. М.: МИСИС. 2005. 3е издание. 432 с.

83. Isothermal Sections of the Ni-Cr-Ta Ternary System at 1200 °C and 1300 °C / Wang C. [et. al.] // Metals - Open Access Metallurgy Journal. 2019. Vol. 9(7):770. DOI: 10.3390/met9070770.

84. A thermodynamic modeling of the Cr-Nb-Ni system / Yong D. [et. al.] // CALPHAD Computer Coupling of Phase Diagrams and Thermochemistry. 2005. Vol. 29. рр. 140-148. DOI: doi.org/10.1016/j.calphad.2005.06.001.

85. Шеин Е.А. Тенденции в области легирования и микролегирования жаропрочных монокристаллических сплавов на основе никеля (обзор) // Труды ВИАМ. 2016. Вып. 3(39). С. 10-22. DOI: 10.18577/2307-6046-2016-0-3-2-2.

86. Goswami K.N., Mottura A. Can slow-diffusing solute atoms reduce vacancy diffusion in advanced high-temperature alloys? // Materials Science & Engineering: A. 2014. № 617. pp. 194-199.

87. Белова А.Ф. Строение и свойства авиационных материалов. - М.: Металлургия, 1989. С. 367.

88. Бутрим В.Н. Развитие научных основ технологии производства и модернизации хромоникелевых сплавов для серийных и перспективных изделий космической техники. Москва: ученая степень доктора технических наук, 2017. С. 312.

89. Dashevskii V. Y., Aleksandrov A.A., Leontev L.I. Deoxidation of Ni-Cr Alloys with Aluminum and Titanium // Russian Internet Journal of Industrial Engineering. 2018. Vol. 6. № 4. pр. 7-12.

90. Основы теории тепловых ракетных двигателей. Теория, расчет и проектирование: учебник / А.А. Дорофеев. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. 571с.

91. Tracer diffusion of Cr in Ni and Ni-22Cr studied by SIMS / Gheno T. [et. al.] // Materialia. Vol. 3. 2018. pp. 145-152.

92. Monma K., Suto H., Oikawa H. Diffusion of 63Ni and 51Cr in nickelchromium alloys // Journal of the Japanese Institute for Metals. 1964. 28. pp. 188-192. DOI: 10.2320/jinstmet1952.28.4 188.

93. Ruzickova J., Million B. Self-diffusion of the components in the F.C.C. phase of binary solid solutions of the Fe-Ni-Cr system // Materials Science and Engineering. 1981. Vol. 50. pp. 59-64. DOI: 10.1016/0025-5416(81)90086-0.

94. Влияние диффузионных процессов при пакетной прокатке на стабильность многослойных материалов / Власова Д.В. [и др.] // Металлург. 2018. № 5. С. 33-38.

95. Le Claire A. D., Neumann G. Diffusion of impurities in solid metallic elements / ed. Mehrer H. Diffusion in Solid Metals and Alloys, (Landolt-Bornstein New Series). Springer-Verlag, III. 1990. №26. pp. 85-212.

96. Krell J., Rottger A., Theisen W. Chromium-nickel-alloys for wear application at elevated temperature // Wear. 2019. pp. 432-433: 102924.

97. Kaufman L., Nesor H. Calculation of the binary phase diagrams of iron, chromium, nickel and cobalt // Metallkd. 1973. Vol. 64. pp. 249-257.

98. Kaufman L., Nesor H. Coupled phase diagrams and thermochemical data for transition metal binary systems // Calphad. 1978. Vol. 2 (4). pp. 325-348.

99. Kaufman L., Nesor H. Treatise on Solid State Chemistry / ed. Hannay N.B. Plenum Press. New York. 1975. Vol. 5. pp. 175-232.

100. Kaufman L., Nesor H. Calculation of Superalloy Phase Diagrams: Part I // Metallurgical Transactions. 1974. Vol. 12. pp.1617-1621.

101. Могутнов Б.М. , Томилин И.А. , Шварцман Л.А. Термодинамика сплавов железа 1984. М. 207 с.

102. Влияние структуры и температуры испытаний на виды изломов жаропрочного сплава / Адаскин А.М. // Вестник МГТУ Станкин. 2016. № 4 (39). С. 57-62.

103. Трусов Б.Г. Международный симпозиум по теоретиче^ой и прикладной плазмохимии // Программная система Терра для моделирования фазовых и химических равновесий в плазмохимических процессах. Иваново. 2002. С. 217220.

104. TCNI8: TCS Ni-based Superalloys Database // www.thermocalc.com. URL: www.thermocalc.com/media/23650/tcni8_extended_info.pdf.

105. Thermo-Calc Software: Thermo-Calc State Variables and State Variables. Stockholm, Sweden. 2006.

106. Патент № RU 2620405 С. 1. Сплав на основе хрома и способ выплавки сплава / В.Н. Бутрим В.Н., В.Н. Каширцев [и др.], - заявлено 24.03.2016. - Опубл. 25.05.2017. - Бюл. №15.

107. ГОСТ 1778 Сталь. Металлографические методы определения неметаллических включений.

108. ГОСТ 1497-84 Металлы. Методы испытаний на растяжение.

109. ГОСТ 9651-84 Металлы. Методы испытаний на растяжение при повышенных температурах.

110. Структура и механизм разрушения двухфазного хромоникелевого сплава при высокотемпературной деформации / Мироненко В.Н. // Физика металлов и металловедение. 2016. ^м 117. № 9. С. 969-976.

111. Особенности структуры сплава ХН35В3ФТ после высокотемпературной деформации / Мироненко В.Н. // Сб. трудов VII-ой Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур» - ПРОСТ-14. 22-24 апреля 2014 г., Москва, НИТУ "МИСИС" М.: ПОЧЕРК МАСТЕРА. 2014. С. 79.

112. New Cr-Ni-Base Alloy for High-Temperature Applications Designed on the Basis of First Principles Calculations / V.I. Razumovskiy // Advances in Condenst Matter Physics. 2018. 9383981.

113. ГОСТ 3248-81 Металлы. Метод испытания на ползучесть.

114. Дашевский В.Я. Физико-химические расчеты раскисления железо-никелевых расплавов. Москва. 2014. 152 с.

115. Туркдоган Е.Т. Физическая химия высокотемпературных процессов / пер. с англ. М.: Металлургия. 1985. 344 с.

116. Куликов И.С. Раскисление металлов. М.: Металлургия. 1975. 504 с.

117. Зубарев К.А. Исследование процессов рафинирования сплавов на основе железа и никеля в вакууме с целью совершенствования технологии плавки в вакуумной индукционной печи: дис. ... канд. техн. наук. Москва. 2016. 171 с.

118. The Thermodynamics of Dilute Liquid Nickel Alloys / Sigworth K. [et. al.] // Metallurgical Soc. CIM. Vol. Annual Volume. 1977. pp. 104-110.

119. Выбор оптимального раскисления хромоникелевого сплава Х65НВФТ, дополнительно легированного тугоплавкими металлами / Румянцева С.Б. [и др.] // ЭлектроМеталлургия. 2020. № 1. С. 9-17. DOI: 10.31044/1684-5781-2020-0-1-9-16.

120. Григорян В.А., Белянчиков Л.Н., Стомахин А.Я. Теоретические основы сталеплавильных процессов. М.: Металлургия. 1987. 272 с.

121. Пономарев Ю.Н. Исследование некоторых параметров и разработка технологии индукционной и вакуумной дуговой выплавки высоколегированных хромовых сплавов ВХ4 и ВХ4А: автореферат дис. ... канд. техн. наук 05.323 ВИЛС. Москва. 1970. 33 с.

122. Parry P.J., Bridges P.J. New Approach to the Workability of Nickel-Chromium Alloys Containing 35-70% Chromium // Journal of the Institute of Metals. 1969. №97. pp. 373-381.

123. Изменение структуры и механических свойств двухфазного сплава ВХ4 в процессе пластической деформации / Карсанов Г.В. //Сб. Металлофизика. Киев, «Наукова думка». 1975. Вып. 57. 59 с.

124. Ткаченко В.Г., Трефилов В.И., Фирстов С.А. Структура и свойства хромовой фольги // Изв. АН СССР, Металлы. 1971. Вып. 2. 153-157.

125. Охрименко Я.М., Тюрин В.А. Теория обработки металлов давлением. Выпуск I. М. 1970. 163 с.

126. Суворов И.К. Обработка металлов давлением. М.: Высшая школа, 1980. 364 с.

127. Томленов Л.Д. Механика процессов обработки металлов давлением. М.: МАШГИЗ. 1963 235 с.

128. Универсальная система легирования жаропрочных сплавов переходными металлами с высокой энергией когезии / Разумовский И.М. // Конструкционные и функциональные материалы. 2014. № 1. С. 33-36.

129. New generation of Ni-based superalloys designed on the basis of first-principles calculations / I.M. Razumovskii // Material Science Engineering: A. 2008. Vol. 497. pp. 18-24.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Результаты расчёта в программе «ТЬегто-Са1с»

Количество ниобия в разных фазах при его концентрации в сплаве 0,15 % масс.

Тем пера тура , к Количес тво ЫЬ в МэМ [то1] Количе ств ЫЬ в ОЦК [то1] Количес тво ЫЬ в ГЦК [то1] Количест в ЫЬ в ГЦК 2#2 [то1] Количест во ЫЬ в ГЦК 2#3 [то1] Количест во ЫЬ в ГЦК 2#4 [то1] Количеств № в №3Т1_Б0 24 [то1] Количес тво ЫЬ в М23С6 [то1]

290 2,17Е-05 5,91Е-13 3,44Е-10 0,001239 8,54Е-16 0 3,81Е-07 0

1040 0 6,59Е-07 6,01Е-05 0,001051 9,74Е-07 0 2,7Е-07 0

1074 0 0 0 0,001153 1,26Е-06 0 5,01Е-07 0

1172 0 5,75Е-06 0 0,001233 1,17Е-07 0 0 0

1350 0 5,28Е-05 2,45Е-05 0,001161 6,28Е-07 0 0 0

1360 0 5,99Е-05 2,03Е-05 0,001158 6,69Е-07 0 0 0

1370 0 6,81Е-05 1,68Е-05 0,001154 7,12Е-07 0 0 0

1380 0 7,77Е-05 1,42Е-05 0,001147 7,59Е-07 0 0 0

Количество тантала в разных фазах при его концентрации в сплаве 0,15 % масс.

Тем пера тура , к Количес тво Та в Ш3М [то1] Количе ств Та в ОЦК [то1] Количес тво Та в ГЦК [то1] Количест в Та в ГЦК 2#2 [то1] Количест во Та в ГЦК 2#3 [то1] Количест во Та в ГЦК 2#4 [то1] Количеств Та в К13Т1_Б0 24 [то1] Количес тво Та в М23С6 [то1]

290 6,49Е-08 5,91Е-13 0,00060 5 0 2,49Е-16 0 1,88Е-06 0

1040 0 2,3Е-10 9,32Е-08 0,000584 7,79Е-09 0 8,92Е-06 0

1064 0 5,6Е-17 0 0,006988 0,301154 0 2,06Е-05 6,44Е-14

1074 0 7,15Е-17 0 0,007474 0,301336 0 2,12Е-05 5,46Е-14

1172 0 5,4Е-09 0 0,000606 3,58Е-09 0 0 0

1350 0 2,7Е-07 2,95Е-07 0,000605 6,18Е-08 0 0 0

1360 0 3,45Е-07 2,52Е-07 0,000605 6,68Е-08 0 0 0

1370 0 4,45Е-07 2,14Е-07 0,000605 7,23Е-08 0 0 0

1380 0 5,81Е-07 1,86Е-07 0,000605 7,83Е-08 0 0 0

Количество циркония в разных фазах при его концентрации в сплаве 0,05 % масс.

Тем пера тура , к Количес тво 2г в Ш3М [то1] Количе ств 2г в ОЦК [то1] Количес тво 2г в ГЦК [то1] Количест в 2г в ГЦК 2#2 [то1] Количест во 2г в ГЦК 2#3 [то1] Количест во 2г в ГЦК 2#4 [то1] Количеств 2г в К13Т1_Б0 24 [то1] Количес тво 2г в М23С6 [то1]

290 0 5,91Е-13 3,62Е-12 0 0,000249 0 1,86Е-14 0

1040 0 1,95Е-09 1,36Е-08 0,000166 0,000107 0 6,36Е-15 0

1064 0 1,13Е-10 0 0,00133 0,001885 0 1,29Е-05 0

1074 0 1,24Е-10 0 0,001357 0,001858 0 1,28Е-05 1,11Е-07

1172 0 2,36Е-08 0 0,000234 4,16Е-05 0 0 0

1350 0 5,14Е-07 1,66Е-06 0,000267 8,11Е-06 0 0 0

1360 0 6,29Е-07 1,35Е-06 0,000267 7,91Е-06 0 0 0

1370 0 7,78Е-07 1,1Е-06 0,000268 7,73Е-06 0 0 0

1380 0 9,73Е-07 9,09Е-07 0,000268 7,56Е-06 0 0 0

Количество гафния в разных фазах при его концентрации в сплаве 0,05 % масс.

Темп ерату ра, К Колич ество И в №3М [то1] Колич еств ИГ в ОЦК [то1] Количес тво ИГ в ГЦК [то1] Количеств ИГ в ГЦК 2#2 [то1] Количест во ИГ в ГЦК 2#3 [то1] Количест во ИГ в ГЦК 2#4 [то1] Количест в ИГ в Ш3Т1_Б0 24 [то1] Количес тво ИГ в М23С6 [то1]

290 0 5,91Е-13 0,000153 0 2,51Е-07 0 1,86Е-14 0

1040 0 5,03Е-09 1,15Е-07 7,09Е-05 5,85Е-05 0 3,59Е-15 0

1064 0 1,54Е-12 0 1,79Е-07 5,59Е-05 0 0,000316 8,47Е-05

1172 0 5,31Е-08 0 0,000107 2,04Е-05 0 0 0

1350 0 7Е-07 2,18Е-06 0,000118 5,1Е-06 0 0 0

1360 0 8,23Е-07 1,76Е-06 0,000119 5Е-06 0 0 0

1370 0 9,73Е-07 1,42Е-06 0,000119 4,91Е-06 0 0 0

1380 0 1,16Е-06 1,17Е-06 0,000119 4,83Е-06 0 0 0

Количество ниобия в разных фазах при его концентрации в сплаве 0,20 % масс.

Температ ура, К Количе ство ЫЬ в №3М [то1] Количе ств ЫЬ в ОЦК [то1] Количе ство ЫЬ в ГЦК [то1] Количе ств ЫЬ в ГЦК 2#2 [то1] Количе ство ЫЬ в ГЦК 2#3 [то1] Количе ство ЫЬ в ГЦК 2#4 [то1] Количе ств ЫЬ в №3Т1_ Б024 [то1] Количе ство ЫЬ в М23С6 [то1] Количе ство № в С14 ЬЛУЕ8

290 1,21Е-05 3,97Е-08 4,58Е-11 0,00145 1 8,54Е-16 0 3,81Е-07 0 5,53615 Е-5

1040 0 6,04Е-08 9,53Е-11 0,00145 1 9,74Е-07 0 2,7Е-07 0 5,90439 Е-5

1074 0 6,04Е-08 9,53Е-11 0,00145 1 1,26Е-06 0 5,01Е-07 0 5,90897 Е-5

1172 0 6,73Е-08 1,18Е-10 0,00211 9 1,17Е-07 0 0 0 5,75Е-5

1350 0 1,05Е-07 2,85Е-10 0,00257 4 6,28Е-07 0 0 0 7,62Е-5

1360 0 1,56Е-07 6,32Е-10 0,00292 6 6,69Е-07 0 0 0 2,24515 Е-12

1370 0 1,56Е-07 6,32Е-10 0,00321 7,12Е-07 0 0 0 3,7672Е -12

1380 0 1,51Е-07 6,4Е-10 0,00347 7,59Е-07 0 0 0 6,23094 Е-12

Количество тантала в разных фазах при его концентрации в сплаве 0,20 % масс.

Температ ура, К Количе ство Та в №3М [то1] Количе ств Та в ОЦК [то1] Количе ство Та в ГЦК [то1] Количе ств Та в ГЦК 2#2 [то1] Количе ство Та в ГЦК 2#3 [то1] Количе ство Та в ГЦК 2#4 [то1] Количе ств Та в №3Т1_ Б024 [то1] Количе ство Та в М23С6 [то1] Количе ство Та в С14 ЬЛУЕ8

290 6,49Е-08 5,9Е-13 7,29Е-09 0,00464 2,49Е-16 0 1,03Е-06 0 1,71Е-5

1040 0 5,9Е-13 1,55Е-08 0,00979 7,79Е-09 0 1,15Е-06 0 1,82 Е-5

1064 0 5,9Е-13 1,55Е-08 0,00979 0,30115 4 0 1,22Е-06 0 2,121 Е-5

1074 0 5,9Е-13 5,44Е-08 0,01744 0,30133 6 0 1,22Е-06 0 2,543 Е-5

1172 0 5,9Е-13 1,25Е-07 0,02257 3,58Е-09 0 0 0 2,78 Е-5

1350 0 5,91Е-13 2,44Е-07 0,02647 6,18Е- 08 0 0 0 2,78 Е-5

1360 0 5,91Е-13 4,31Е-07 0,02967 6,68Е-08 0 0 0 2,79 Е-5

1370 0 5,91Е-13 7,11Е-07 0,03242 7,23Е-08 0 0 0 3,112 Е-5

1380 0 5,92Е-13 7,11Е-07 0,03242 7,83Е-08 0 0 0 3,114 Е-5

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Патент на изобретение

ропетфежлш &ЗДШ51РАЦЖШ

НА ИЗОБРЕТЕНИЕ

№ 2620405

СПЛАВ НА ОСНОВЕ ХРОМА И СПОСОБ ВЫПЛАВКИ

СПЛАВА

Патентообладатель: Открытое Акционерное Общество "Композит" (Яи)

Авторы: Бутрим Виктор Николаевич (ЯС), Разумовский Игорь Михайлович (IIV), Каширцев Валентин Николаевич (ЯС), Береснев Александр Германович (ЯП), Трушникова Анна Сергеевна (ЯС), Варламова Софья Борисовна (Я11), Мурашко Вячеслав Михайлович (ЯП), Дембицкий Александр Марьянович (ЯП), Панфилов Виталий Алексеевич (ЯП), Адаскин Анатолий Матвеевич (ЁЩ

Заявка № 2016110773 Приоритет изобретения 24 марта 2016 Г. Дата государственной регистрации в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 25 мая 2017 г. Срок действия исключительного права на изобретение истекает 24 марта 2036 г.

Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной собственности

шшш

Г.П. Ивлиев

"йЖЖЖЖЖЖЖЖЖЖ^бх!