Исследование теплофизических свойств жаропрочного интерметаллидного титанового γ-сплава, полученного методами фасонного литья и аддитивных технологий

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.

1. Каблов Е. Н., Лукин В. И. Интерметаллиды на основе титана и никеля для изделий новой техники / Сварка и родственные технологии. 2008. № 11. С. 76 – 82.

2. 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/s11015-014-9984-1

3. Лощинин 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: 10.18577/2071-9140-2020-0-1-79-85

4. Ouested 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: 10.1179/174328408X361454

5. Belyaev 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/S2075113321010044

6. Svetlov 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/S003602951204012X

7. Кашапов 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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/s11015-021-01077-1

14. Panin 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/S2075113319020333

15. Panin 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/1014/1/012040

16. Panin 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/1079/6/062010

17. Ren 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.2018.11.041

18. Agapovichev 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.i4.30

19. Wimler 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.2021.107109

20. Zhang 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.2021.109501

21. Пескова 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: 10.18577/2071-9140-2020-0-1-38-44

22. Князев 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: 10.18577/2307-6046-2017-0-11-6-6

23. Каблов 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: 10.18577/2071-9140-2015-0-1-3-33

24. Панин 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_74

25. Panin 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