zldmЗаводская лаборатория. Диагностика материаловIndustrial laboratory. Diagnostics of materials1028-68612588-0187ООО «Издательство «ТЕСТ-ЗЛ»10.26896/1028-6861-2022-88-9-28-34zldm-1746Research ArticleИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ. ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И КОНТРОЛЯTESTING OF STRUCTURE AND PARAMETERS. PHYSICAL METHODS OF TESTING AND QUALITY CONTROLИсследование теплофизических свойств жаропрочного интерметаллидного титанового γ-сплава, полученного методами фасонного литья и аддитивных технологийStudy of the thermophysical properties of heat-resistant intermetallic titanium γ-alloy obtained using methods of shaped casting and additive technologiesШорстовС. Ю.ShorstovS. Yu.

Сергей Юрьевич Шорстов

105005, Москва, ул. Радио, д. 17

Sergey Yu. Shorstov

17, ul. Radio, Moscow, 105005

Sshorstov7@gmail.comМараховскийП. С.MarakhovskyP. S.

Петр Сергеевич Мараховский

105005, Москва, ул. Радио, д. 17

Petr S. Marakhovsky

17, ul. Radio, Moscow, 105005

ПахомкинС. И.PakhomkinS. I.

Станислав Игоревич Пахомкин

105005, Москва, ул. Радио, д. 17

Stanislav I. Pakhomkin

17, ul. Radio, Moscow, 105005

РазмаховМ. Г.RazmakhovM. G.

Максим Геннадьевич Размахов

105005, Москва, ул. Радио, д. 17

Maxim G. Razmakhov

17, ul. Radio, Moscow, 105005

НИЦ «Курчатовский институт» — ВИАМРоссияNRC «Kurchatov Institute» — VIAMRussian Federation2022210920228892834Copyright © Шорстов С.Ю., Мараховский П.С., Пахомкин С.И., Размахов М.Г., 20222022Шорстов С.Ю., Мараховский П.С., Пахомкин С.И., Размахов М.Г.Shorstov S.Y., Marakhovsky P.S., Pakhomkin S.I., Razmakhov M.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.zldm.ru/jour/article/view/1746

На сегодняшний день для ряда материалов реализован переход от фасонного литья к методам селективного лазерного спекания и селективного электронно-лучевого спекания (СЭЛС). При проектировании и моделировании процессов тепломассопереноса при спекании порошков методами аддитивных технологий и контроле стабильности эксплуатационных свойств конечных изделий определяющую роль играют теплофизические свойства материалов. В работе представлены результаты исследования теплофизических свойств образцов жаропрочного интерметаллидного титанового γ-сплава, полученных методами фасонного литья и СЭЛС в диапазоне 200 – 900 °C. Приведены характеристические ДСК-кривые образов, экспериментальные температурные зависимости теплоемкости и теплопроводности. Сравнительный анализ измерений плотности образцов проводили до и после теплового воздействия. Установлено, что образцы имеют схожий характер температурных зависимостей удельной теплоемкости и теплопроводности. В образцах, полученных фасонным литьем, с помощью измерений термического коэффициента линейного расширения выявлено наличие термических напряжений. Однако дополнительное тепловое воздействие позволяет нивелировать напряженное состояние. Полученные результаты могут быть использованы при совершенствовании методики моделирования процессов тепломассопереноса при спекании металлопорошковых композиций.

Nowadays, the transition from shaped casting to the methods of selective laser sintering and selective electron beam sintering (SELS) has been implemented for a number of materials. The thermophysical properties of materials play a decisive role when designing and modeling heat and mass transfer processes during powder sintering by additive technologies and monitoring the stability of the operational properties of final products. We present the results of studying the thermophysical properties of the samples of heat-resistant intermetallic titanium γ-alloy obtained by shaped casting and SELS in the range of 200 – 900°C. The characteristic DSC curves of the images and experimental temperature dependences of the heat capacity and thermal conductivity are presented. Comparative analysis of sample density measurements was carried out before and after thermal exposure. Analysis of the results obtained revealed a similar nature of the temperature dependences of the specific heat capacity and thermal conductivity of the samples produced by the methods of shaped casting and SELS. The presence of thermal stresses was observed when measuring the thermal expansion coefficient in the samples obtained by shaped casting. However, leveling of the stress state by additional thermal exposure led to identical values of the thermal expansion coefficient for the samples obtained by both methods. The results obtained can be used to improve the methodology for modeling heat and mass transfer processes during sintering of metal-powder compositions.

титановые жаропрочные сплавыинтерметаллидные сплавыаддитивные технологиидилатометриядифференциальный сканирующий анализtitanium heat-resistant alloysintermetallic alloysadditive technologiesdilatometrydifferential scanning analysisReferencesКаблов Е. Н., Лукин В. И. Интерметаллиды на основе титана и никеля для изделий новой техники / Сварка и родственные технологии. 2008. № 11. С. 76 – 82.Kablov E. N., Lukin V. I. Intermetallic compounds based on titanium and nickel for new technology products / Svarka Rodstv. Tekhnol. 2008. N 11. P. 76 – 82 [in Russian].Gorbovets M. A., Bazyleva O. A., Belyaev M. S., Khodinev I. A. Low-cycle fatigue of vkna type single-crystal intermetallic alloy under «hard» loading conditions / Metallurgist. 2014. Vol. 58. N 7 – 8. P. 724 – 728. DOI: 10.1007/s11015-014-9984-1Gorbovets M. A., Bazyleva O. A., Belyaev M. S., Khodinev I. A. Low-cycle fatigue of vkna type single-crystal intermetallic alloy under «hard» loading conditions / Metallurgist. 2014. Vol. 58. N 7 – 8. P. 724 – 728. DOI: 10.1007/s11015-014-9984-1Лощинин Ю. В., Пахомкин С. И., Размахов М. Г. Температуры фазовых превращений и калориметрический анализ порошковых композиций жаропрочных никелевых сплавов / Авиационные материалы и технологии. 2020. № 1. С. 79 – 85. DOI: 10.18577/2071-9140-2020-0-1-79-85Loshchinin Yu. V., Pakhomkin S. I., Razmakhov M. G. Temperatures of phase transformations and calorimetric analysis of powder compositions of high-temperature nickel alloys / Aviats. Mater. Tekhnol. 2020. N 1. P. 79 – 85 [in Russian]. DOI: 10.18577/2071-9140-2020-0-1-79-85Ouested P., Brooks R., Chapman L., Morrell R., Youssel Y., Mills K. Mesurement and estimation of thermophysical properties of nickel based superalloys / Mater. Technol. 2009. Vol. 25. N 2. P. 154 – 162. DOI: 10.1179/174328408X361454Ouested P., Brooks R., Chapman L., Morrell R., Youssel Y., Mills K. Mesurement and estimation of thermophysical properties of nickel based superalloys / Mater. Technol. 2009. Vol. 25. N 2. P. 154 – 162. DOI: 10.1179/174328408X361454Belyaev M. S., Morozova L. V., Gorbovets M. A. Failure of single crystals samples of experimental nickel superalloy tested to high cycle fatigue / Inorg. Mater. Appl. Res. 2021. Vol. 12(1). P. 208 – 215. DOI: 10.1134/S2075113321010044Belyaev M. S., Morozova L. V., Gorbovets M. A. Failure of single crystals samples of experimental nickel superalloy tested to high cycle fatigue / Inorg. Mater. Appl. Res. 2021. Vol. 12(1). P. 208 – 215. DOI: 10.1134/S2075113321010044Svetlov I. L., Iskhodzhanova I. V., Evgenov A. G., Naprienko S. A. High-temperature creep and the defect structure of nickel-based superalloy single crystals after hot isostatic pressing / Russian Metallurgy (Metally). 2012. N 4. P. 330 – 335. DOI: 10.1134/S003602951204012XSvetlov I. L., Iskhodzhanova I. V., Evgenov A. G., Naprienko S. A. High-temperature creep and the defect structure of nickel-based superalloy single crystals after hot isostatic pressing / Russian Metallurgy (Metally). 2012. N 4. P. 330 – 335. DOI: 10.1134/S003602951204012XКашапов О. С., Новак А. В., Ночовная Н. А., Павлова Т. В. Состояние, проблемы и перспективы создания жаропрочных титановых сплавов для ГТД / Труды ВИАМ. 2013. № 3. Ст. 2.Kashapov O. S., Novak A. V., Nochovnaya N. A., Pavlova T. V. State, problems and prospects of creating heat-resistant titanium alloys for gas turbine engines / Trudy VIAM. 2013. N 3. Art. 2 [in Russian].Иноземцев А. А., Башкатов И. Г., Коряковцев А. С. Титановые сплавы в изделиях разработки ОАО «Авиадвигатель» / В сб.: Современные титановые сплавы и проблемы их развития. — М.: ВИАМ, 2010. С. 43 – 46.Inozemtsev A. A., Bashkatov I. G., Koryakovtsev A. S. Titanium alloys in products developed by Aviadvigatel OJSC / Modern titanic aaloys and development issues. — Moscow: VIAM, 2010. P. 43 – 46 [in Russian].Новак А. В., Ночовная Н. А., Алексеев Е. Б., Заводов А. В. Влияние технологических параметров обработки на морфологию структуры и механические свойства интерметаллидного титанового орто-сплава / Всероссийская науч.- тех. конф.: сб. мат. — М.: ВИАМ, 2018. С. 112 – 125.Novak A. V., Nochovnaya N. A., Alekseev E. B., Zavodov A. V. Influence of technological parameters of processing on the morphology of the structure and mechanical properties of the intermetallic titanium ortho-alloy / Proc. of the All-Russian Sci.-Tech. Conf. — Moscow: VIAM, 2018. P. 112 – 125 [in Russian].Ночовная Н. А., Иванов В. И., Алексеев Е. Б., Кочетков А. С. Пути оптимизации эксплуатационных свойств сплавов на основе интерметаллидов титана / В сб.: Авиационные материалы и технологии. — М.: ВИАМ, 2012. С. 196 – 206.Nochovnaya N. A., Ivanov V. I., Alekseev E. B., Kochetkov A. S. Ways to optimize the performance properties of alloys based on titanium intermetallic compounds / Aviation materials and technologies. — Moscow: VIAM, 2012. P. 196 – 206 [in Russian].Кочетков А. С., Панин П. В., Ночовная Н. А., Рассохина Л. И. Исследование влияния температурных параметров нагрева керамических форм на структурно-фазовый состав фасонных отливок лопаток из нового жаропрочного гамма-сплава на основе TiAl / Всероссийская науч.-тех. конф.: сб. мат. — М.: ВИАМ, 2018. С. 126 – 129.Kochetkov A. S., Panin P. V., Nochovnaya N. A., Rassokhina L. I. Investigation of the influence of temperature parameters of heating ceramic molds on the structural-phase composition of shaped castings of blades from a new heat-resistant gamma alloy based on TiAl / Proc. of the All-Russian Sci.-Tech. Conf. — Moscow: VIAM, 2018. P. 126 – 129 [in Russian].Иванов В. И., Ясинский К. К. Эффективность применения жаропрочных сплавов на основе интерметаллидов Ti3Al и TiAl для работы при температурах 600 – 800° С в авиакосмической технике / Технология легких сплавов. 1996. № 3. С. 7 – 12.Ivanov V. I., Yasinsky K. K. Efficiency of application of heat-resistant alloys based on Ti3Al and TiAl intermetallic compounds for operation at temperatures of 600 – 800 °C in aerospace engineering / Tekhnol. Legk. Splavov. 1996. N 3. P. 7 – 12 [in Russian].Kochetkov A. S., Panin P. V., Nochovnaya N. A., Makushina M. A. Study of chemical inhomogeneity in beta-solidifying TiAl alloys of various composition / Metallurgist. 2021. Vol. 64. N 9 – 10. P. 962 – 973. DOI: 10.1007/s11015-021-01077-1Kochetkov A. S., Panin P. V., Nochovnaya N. A., Makushina M. A. Study of chemical inhomogeneity in beta-solidifying TiAl alloys of various composition / Metallurgist. 2021. Vol. 64. N 9 – 10. P. 962 – 973. DOI: 10.1007/s11015-021-01077-1Panin P. V., Nochovnaya N. A., Lukina E. A., Kochetkov A. S. Effect of chemical composition variability on phase composition and structure of beta-solidifying TiAl-alloy in as-cast condition / Inorg. Mater. Appl. Res. 2019. Vol. 10. N 2. P. 316 – 321. DOI: 10.1134/S2075113319020333Panin P. V., Nochovnaya N. A., Lukina E. A., Kochetkov A. S. Effect of chemical composition variability on phase composition and structure of beta-solidifying TiAl-alloy in as-cast condition / Inorg. Mater. Appl. Res. 2019. Vol. 10. N 2. P. 316 – 321. DOI: 10.1134/S2075113319020333Panin P. V., Alekseev E. B., Lukina E. A. Deformability assessment of beta-solidifying TiAl-based alloy with Zr, Cr and Gd content variability / IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2021. Vol. 1014. Art. 012040. DOI: 10.1088/1757-899X/1014/1/012040Panin P. V., Alekseev E. B., Lukina E. A. Deformability assessment of beta-solidifying TiAl-based alloy with Zr, Cr and Gd content variability / IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2021. Vol. 1014. Art. 012040. DOI: 10.1088/1757-899X/1014/1/012040Panin P. V., Lukina E. A., Shiryaev A. A. Temperature – time – transformation diagrams construction for beta-solidifying TiAl-based alloy in as-cast condition / IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2021. Vol. 1079. Art. 062010. DOI: 10.1088/1757-899X/1079/6/062010Panin P. V., Lukina E. A., Shiryaev A. A. Temperature — time — transformation diagrams construction for beta-solidifying TiAl-based alloy in as-cast condition / IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng. 2021. Vol. 1079. Art. 062010. DOI: 10.1088/1757-899X/1079/6/062010Ren G., Dai C., Mei W., Sun J., Lu S., Vitos L. Formation and temporal evolution of modulated structure in high Nb-containing lamellar γ-TiAl alloy / Acta Mater. 2019. N 165. P. 215 – 227. DOI: 10.1016/j.actamat.2018.11.041Ren G., Dai C., Mei W., Sun J., Lu S., Vitos L. Formation and temporal evolution of modulated structure in high Nb-containing lamellar γ-TiAl alloy / Acta Mater. 2019. N 165. P. 215 – 227. DOI: 10.1016/j.actamat.2018.11.041Agapovichev A. V., Sotov A. V., Kokareva V. V., Smelov V. G., Kyarimov R. R. Study of the structure and mechanical characteristics of samples obtained by selective laser melting technology from VT6 alloy metal powder / Nanosc. Technol. 2017. Vol. 8(4). P. 323 – 330. DOI: 10.1615/NanoSciTechnolIntJ.v8.i4.30Agapovichev A. V., Sotov A. V., Kokareva V. V., Smelov V. G., Kyarimov R. R. Study of the structure and mechanical characteristics of samples obtained by selective laser melting technology from VT6 alloy metal powder / Nanosc. Technol. 2017. Vol. 8(4). P. 323 – 330. DOI: 10.1615/NanoSciTechnolIntJ.v8.i4.30Wimler D., Kindemann J., Reith M., Kirchner A., Allen M., Garcia Vargas W., Franke M., Klöden B., Weißgärber T., Güther V., Schloffer M., Clemens H., Mayer S. Designing advanced intermetallic titanium aluminide alloys for additive manufacturing / Intermetallics. 2021. N 131. DOI: 10.1016/j.intermet.2021.107109Wimler D., Kindemann J., Reith M., Kirchner A., Allen M., Garcia Vargas W., Franke M., Klöden B., Weißgärber T., Güther V., Schloffer M., Clemens H., Mayer S. Designing advanced intermetallic titanium aluminide alloys for additive manufacturing / Intermetallics. 2021. N 131. DOI: 10.1016/j.intermet.2021.107109Zhang X., Mao B., Mushongera L., Kundin J., Liao Y. Laser powder bed fusion of titanium aluminides: An investigation on site-specific microstructure evolution mechanism / Mater. Design. 2021. N 201. DOI: 10.1016/j.matdes.2021.109501Zhang X., Mao B., Mushongera L., Kundin J., Liao Y. Laser powder bed fusion of titanium aluminides: An investigation on site-specific microstructure evolution mechanism / Mater. Design. 2021. N 201. DOI: 10.1016/j.matdes.2021.109501Пескова А. В., Сухов Д. И., Мазалов П. Б. Исследование формирования структуры материала титанового сплава ВТ6, полученного методами аддитивных технологий / Авиационные материалы и технологии. 2020. № 1. С. 38 – 44. DOI: 10.18577/2071-9140-2020-0-1-38-44Peskova A. V., Sukhov D. I., Mazalov P. B. Investigation of the formation of the structure of the material of titanium alloy VT6, obtained by the methods of additive technologies / Aviats. Mater. Tekhnol. 2020. N 1. P. 38 – 44 [in Russian]. DOI: 10.18577/2071-9140-2020-0-1-38-44Князев А. Е., Неруш С. В., Алишин М. И., Куко И. С. Исследования технологических свойств металлопорошковых композиций титановых сплавов ВТ6 и ВТ20, полученных методом индукционной плавки и газовой атомизации / Труды ВИАМ. 2017. № 11(59). С. 46 – 55. DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-11-6-6Knyazev A. E., Nerush S. V., Alishin M. I., Kuko I. S. Research of technological properties of metal-powder compositions of titanium alloys VT6 and VT20, obtained by induction melting and gas atomization / Tr. VIAM. 2017. N 11(59). P. 46 – 55 [in Russian]. DOI: 10.18577/2307-6046-2017-0-11-6-6Каблов Е. Н. Инновационные разработки ФГУП «ВИАМ» ГНЦ РФ по реализации «Стратегических направлений развития материалов и технологий их переработки на период до 2030 года» / Авиационные материалы и технологии. 2015. № 1 (34). С. 3 – 33. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33Kablov E. N. Innovative developments of FSUE «VIAM» SSC RF for the implementation of «Strategic directions for the development of materials and technologies for their processing for the period up to 2030» / Aviats. Mater. Tekhnol. 2015. N 1(34). P. 3 – 33 [in Russian]. DOI: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33Панин П. В., Лукина Е. А., Кочетков А. С., Яковлев А. Л., Пахомкин С. И., Сперанский К. А. Определение критических точек γ-затвердевающего TiAl-сплава вариативного состава / Металлург. 2021. № 4. С. 74 – 82. DOI: 10.52351/00260827_2021_04_74Panin P. V., Lukina E. A., Kochetkov A. S., Yakovlev A. L., Pakhomkin S. I., Speransky K. A. Determination of critical points of beta-hardening TiAl-alloy of variable composition / Metallurg. 2021. N 4. P. 74 – 82 [in Russian]. DOI: 10.52351/00260827_2021_04_74Panin P. V., Kochetkov A. S., Zavodov A. V., Lukina E. A. Effect of Gd addition on phase composition, structure, and properties of beta-solidifying TiAl-based alloy with Zr and Cr content variability / Intermetallics. 2020. Vol. 121. Art. 106781. DOI: 10.1016/j.intermet.2020.106781Panin P. V., Kochetkov A. S., Zavodov A. V., Lukina E. A. Effect of Gd addition on phase composition, structure, and properties of beta-solidifying TiAl-based alloy with Zr and Cr content variability / Intermetallics. 2020. Vol. 121. Art. 106781. DOI: 10.1016/j.intermet.2020.106781

The authors declare that there are no conflicts of interest present.